5G Новое Радио. Стандартизация.
Что такое 5G новое радио?
Стандарт дает описание нового подхода при создании сетей пятого поколения 5G. Первой попыткой реализации таких сетей является создание системы доступа RAN NSA.
Ответ на вопрос в стандарте 3GPP показан на рисунке выше.
- Работа на частотах от узкой до очень высокой полосы частот: 0,4 – 100ГГц, включая изолированную работу в нелицензионных полосах частот
- Ультра-широкая полоса частот в диапазонах ниже 6ГГц равная 100МГц и выше 6 ГГц – 400МГц
- Множество разных нумерологий для оптимальной работы в разных частотных диапазонах (синонимом слова нумерология является divination — гадание, предсказание)
Тенденция развертывания высокочастотных полос не связано с плохим радио покрытием, что обычно приводит к необходимости построения новых сайтов, а значит, и к высокой стоимости развертывания новой сети. Это, однако, совсем не так для 5G New Radio (NR). 5G NR предназначен для использования частотной полосы выше 3GHz и предлагает возможность ввести новые полосы частот — как правило, выше 3GHz — в существующие сети 4G. [1]
Появление новых частот более высокого диапазона снижает покрытие, что на практике означает необходимость увеличения коэффициента усиления антенн. При этом возможно уменьшение размеров антенн.
Антенны в NR должны поддерживать управление формированием луча (beam management). Для достижения максимально возможного покрытия и емкости существующих сайтов с NR требуется использование технологии множественного использования антенн (MIMO) вместе с техникой формирования луча (beamforming).
По результатам моделирования компании Эрикссон передатчики, работающие в диапазоне 3-6 ГГц, обеспечивают лучшее покрытие в направлении DL (DOWNLINK) по сравнению с излучением в диапазоне 1800 МГц. [1]
Преимуществом размещения 5G NR в диапазоне 3-6 ГГц на существующих сайтах 4G является увеличение емкости сайта. Например, моделирование NR с 100 МГЦ полосой в режиме TDD позволило в восемь раз увеличить емкость сайта по сравнению с LTE (2×50 МГц в режиме FDD) с улучшением скоростей передачи в направлении DL. [1]
Завершение первого этапа стандарта 5G NR заложило основу для глобальной мобильной индустрии, с целью начала полномасштабной разработки 5G NR для испытаний и коммерческого развертывания уже в 2019 году.
Согласно 3GPP возможные варианты архитектуры сети представлены на рисунке ниже:
Dual Connectivity — Двойное Подключение
Single Connectivity — Единое Подключение
EPC – ядро сети системы EPS (LTE)
LTE eNB — базовая станция, работающая в стандарте LTE.
eLTE eNB = NR-eLTE Dual Connectivity
NG- Network Gateway
NGC Network Gateway Core – ядро систем NG-C NG-U
gNB — NR Node B
Xx – Xx Application Protocol
Xn — Xn Application Protocol
EN-DC — E-UTRA-NR Dual Connectivity
NR — New Radio
SA — Stand-Alone (NR)
NSA — Non-Stand-Alone
SUL — Supplementary UpLink
NSA означает, что узел NR развертывается вместе с eNodeB. Функции базовой станции разделены между eNodeB и узлом NR.
Одним из решений для развертывания NR NSA является E-UTRAN R Dual Connectivity (EN-DC). В EN-DC UE всегда подключен к LTE RAN и может подключаться к NR RAN, если терминал обладает данной возможностью. NR RAN повышает производительность сети для терминалов способных поддерживать работу NR.
На пленарном заседании TSG RAN группа приняла некоторые решения в отношении графика поставок – или на языке 3GPP «график замораживания» для 2-й волны спецификаций 5G.
Как описано ранее в статьях 3GPP, первые развертывания 5G будут использовать сентябрьскую версию спецификаций 2018 и выбранные дополнительные запросы на изменение, которые были одобрены на RAN#82. неделе. Эти спецификации являются завершенными и обеспечат стабильную базу для пробных графиков развертывания 5G по всему миру.
В течение 2018 года 3GPP RAN уделил особое внимание обеспечению стабильности и совместимости этих спецификаций, которые должны использоваться для первых развертываний 5G. Как следствие, работа над компонентами для дальнейшего развития, которые связаны с дополнительными вариантами архитектуры, была немного задержана, чтобы помочь миграции с LTE на 5G. Таким образом, график замораживания выпуска ревизии 15 с опозданием был сдвинут на 3 месяца.
Однако важно отметить, что этот сдвиг никоим образом не влияет на первые развертывания 5G. Совместимость устройств и сетей, используемых для первых развертываний, соблюдается.
Чтобы обеспечить лучшую стабильность завершения для будущих выпусков, RAN#82 решил ввести 3-месячный разрыв между завершением спецификаций радиофизического уровня (т. е. RAN1) и завершением радио протокола более высокого уровня и спецификаций RF/RRM (RAN2, RAN3, RAN4 core). Для выпуска ревизии 16 включен 3-месячный сдвиг общей временной шкалы завершения выпуска ревизий стандарта.
3GPP 5G стандарт появился в сентябре 2015г. Более 550 экспертов приняли решение выдать первую фазу 5G стандарта к середине 2018г. (Release15), а вторую – к 2019г. (Release16). Определено, что стандарт будет иметь 3 направления:
- Enhanced mobile broadband;
- Massive machine type communications;
- Ultra-reliable low latency communications.
Основные этапы развития стандартов.
Две ключевые и взаимосвязанные области для успеха IMT-2020 & 5G [3]:
- IMT-2020 назначение спектра частот:
- Работа комиссии Международного Союза Электросвязи (ITU) WRC
- Распределение спектра для мобильных устройств и идентификация IMT
- Членство в МСЭ, исследовательские группы МСЭ-R, региональные группы, международные организации
- Предложения государств членов МСЭ
2. IMT-2020 процесс стандартизации радио интерфейса
- Процесс ITU-R Study Group 5
- MT-2020 Vision, общие требования, спецификации радио-интерфейса
- Членство в МСЭ, другие органы по разработке стандартов
- Предложения промышленности
- Отчеты и рекомендации, утвержденные государствами-членами
5G / IMT-2020 представление [4]:
● Удовлетворять потребности и бизнес запросы 2020 года и далее.
● Создание полностью мобильного и объединенного связью общества
● Расширение возможностей социально-экономических преобразований
Для этого потребуется:
Enhanced Mobile Broadband
Enhanced Mobile Broadband (eMBB) – это:
- Высокие скорости передачи данных
- Большая пользовательская мобильность
- Высокие переменные скорости передачи данных
- Разнообразные возможности развертывание систем
- Улучшенное покрытие
Massive Internet of Things
Much greater variety of service compared with existing 4G network
Массовый интернет вещей — Massive Internet of Things (mIoT) – это:
Гораздо большее разнообразие по сравнению с существующей сетью 4G
Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC) – это:
Требования ультра- надежности
- Фабрика будущего
- Электронное здравоохранение
- Автоматизация зданий
- Подключенный к сети автомобиль
- Умный город
- Распределение электроэнергии
- Железнодорожный транспорт
Требования низкой задержки
- Фабрика будущего
- Электронное здравоохранение
- Автоматизация зданий
- Подключенный к сети автомобиль
- Умный город
- Технология дополненной/виртуальной реальности AR / VR
- Программы и специальные мероприятия
Литература:
- ERICSSON TECHNOLOGY REVIEW https://www.ericsson.com/assets/local/publications/ericsson-technology-review/docs/2019/etr-magazine-2019-01.pdf
- Workshop on 3GPP Submission towards IMT-2020, 23-24 October, 2018, Brussels, BE, System and Core Network Aspects
- ITU-R Working Party 5D, Introduction to IMT-2020, October 24, 2018
- 3GPP Workshop on IMT2020 submission, 24-25 October, 2018,Bruxelles, Belgium, RAN outlook – Rel16 and beyond