Technologia nowego radia 5G (NR) stanowi podstawę sieci komórkowych piątej generacji, reprezentującą technologię komunikacji bezprzewodowej, która umożliwia szybką, niską latencję i masywną łączność w szerokim zakresie zastosowań. Opracowana przez międzynarodowe organizacje normalizacyjne, takie jak Projekt Partnerstwa Trzeciej Generacji (3GPP), technologia 5G NR wprowadza kilka udoskonaleń w porównaniu z poprzednimi generacjami, w tym nowe pasma częstotliwości, schematy modulacji i technologie antenowe. Oto szczegółowe wyjaśnienie kluczowych aspektów technologii 5G NR:
1. Pasma częstotliwości:
- mmWave i widmo poniżej 6 GHz: 5G NR działa zarówno w pasmach częstotliwości milimetrowych (mmWave), jak i poniżej 6 GHz. Pasma mmWave oferują wysokie szybkości transmisji danych, ale mają krótszy zasięg, podczas gdy pasma poniżej 6 GHz zapewniają równowagę pomiędzy zasięgiem a pojemnością, wspierając różne scenariusze wdrażania.
2. Modulacja i kodowanie:
- Modulacja wyższego rzędu: 5G NR wykorzystuje schematy modulacji wyższego rzędu, takie jak 256-QAM (modulacja kwadraturowa), umożliwiając zakodowanie większej ilości danych w każdym symbolu i zwiększając szybkość transmisji danych.
- Adaptacyjna modulacja i kodowanie: System dynamicznie dostosowuje modulację i kodowanie w oparciu o warunki kanału, optymalizując szybkości transmisji danych przy jednoczesnym zachowaniu niezawodności.
3. Technologie wielu anten:
- Massive MIMO (wiele wejść i wiele wyjść): 5G NR wykorzystuje technologię Massive MIMO, która wymaga rozmieszczenia dużej liczby anten w stacjach bazowych. Technologia ta usprawnia komunikację w łączu w dół i w górę, co prowadzi do poprawy przepustowości sieci i wydajności widmowej.
- Kształtowanie wiązki: Technologia NR wykorzystuje techniki kształtowania wiązki do skupiania sygnałów w określonych kierunkach, poprawiając siłę sygnału, zasięg i ogólną wydajność sieci.
4. Numerologia i struktura ramy:
- Elastyczna numerologia: 5G NR wprowadza elastyczną numerologię, która umożliwia dostosowanie odstępów podnośnych i czasu trwania symbolu, zaspokajając różnorodne wymagania usług i scenariusze wdrożenia.
- Konfiguracje TDD i FDD: NR obsługuje zarówno konfiguracje z dupleksem z podziałem czasu (TDD), jak i konfiguracje z dupleksem z podziałem częstotliwości (FDD), zapewniając elastyczność dla różnych operatorów i regionów.
5. Schematy dupleksowe:
- Pełny dupleks: Technologia NR obsługuje komunikację w trybie pełnego dupleksu, umożliwiając jednoczesną transmisję i odbiór na tej samej częstotliwości, zwiększając wydajność i przepustowość.
- Półdupleks: Obsługiwane są także konfiguracje półdupleksu, umożliwiające komunikację w jednym kierunku na raz.
6. Struktura gniazd i symboli:
- Elastyczność konfiguracji gniazd i symboli: Technologia NR ma elastyczną strukturę gniazd i symboli, umożliwiającą dostosowanie różnych konfiguracji w celu spełnienia określonych wymagań przypadków użycia, w tym scenariuszy o niskim opóźnieniu i wysokiej przepustowości.
7. Kodowanie kanałów i korekcja błędów:
- Zaawansowane kodowanie kanałów: 5G NR wykorzystuje zaawansowane techniki kodowania kanałów w celu zwiększenia możliwości korekcji błędów, zapewniając niezawodną komunikację nawet w trudnych warunkach radiowych.
8. Techniki przebiegu i wielokrotnego dostępu:
- Ortogonalne multipleksowanie z podziałem częstotliwości (OFDM): OFDM to podstawowy kształt fali stosowany w NR, zapewniający odporność na selektywne częstotliwościowo zanikanie i wspierający wysoką wydajność widmową.
- Wielokrotny dostęp bez dotacji i w oparciu o dotacje: NR wprowadza schematy wielokrotnego dostępu zarówno bez dotacji, jak i w oparciu o dotacje, umożliwiając wydajną komunikację dla różnych typów urządzeń i charakterystyki ruchu.
9. Początkowy dostęp i wyszukiwanie komórek:
- Sygnały synchronizacji: Technologia NR obejmuje sygnały synchronizacji, ułatwiające początkowy dostęp i procedury wyszukiwania komórek dla urządzeń użytkownika wchodzących do sieci.
10. Sygnały referencyjne:
- Pilotowe i sondujące sygnały referencyjne: NR zawiera pilotujące i sondujące sygnały referencyjne, które pomagają w szacowaniu kanału, umożliwiając efektywne kształtowanie wiązki i ogólną optymalizację sieci.
11. Konfiguracje przepustowości:
- Szeroki zakres przepustowości: NR obsługuje szeroki zakres konfiguracji przepustowości, umożliwiając operatorom wdrażanie sieci o różnych pojemnościach i charakterystykach zasięgu.
12. Elastyczne konfiguracje ramek:
- Obsługa zmiennych konfiguracji ram: Technologia NR pozwala na zmienne konfiguracje ramek, obsługując różne usługi i scenariusze wdrażania przy różnorodnych wymaganiach.
13. Integracja z siecią rdzeniową 5G:
- Interfejs z rdzeniem 5G: Technologia NR łączy się z różnymi funkcjami sieci rdzeniowej 5G, w tym z gNB (nowa radiowa stacja bazowa 5G), AMF (funkcja zarządzania dostępem i mobilnością) oraz SMF (funkcja zarządzania sesją).
14. Architektura oparta na usługach:
- Przejście na architekturę opartą na usługach: Technologia 5G NR wykorzystuje architekturę opartą na usługach, umożliwiając bardziej elastyczne i wydajne świadczenie usług, promując modułowość i umożliwiając nowe modele biznesowe.
15. Ewolucja i przyszłe postępy:
- Ciągły rozwój: Technologia 5G NR stale się rozwija, a badania i rozwój mają na celu uwzględnienie pojawiających się wymagań, technologii i przypadków użycia. Oczekuje się, że przyszłe wydania, takie jak wydanie 17, przyniosą dalsze ulepszenia.
Podsumowując, technologia 5G NR to kompleksowy zestaw osiągnięć w komunikacji bezprzewodowej, który obejmuje nowe pasma częstotliwości, schematy modulacji, technologie wielu anten, elastyczną numerologię, schematy dupleksu, zaawansowane kodowanie kanałów i obsługę szerokiego zakresu usług. Elementy te wspólnie przyczyniają się do poprawy możliwości i wydajności oferowanej przez technologię 5G, umożliwiając różnorodne zastosowania i przypadki użycia w różnych branżach.