Technologia dostępu radiowego 5G 3GPP (3rd Generation Partnership Project) określa specyfikacje komponentów interfejsu radiowego i sieci dostępu radiowego (RAN) w sieciach 5G. Specyfikacje te stanowią podstawę komunikacji między urządzeniami użytkownika (UE) a stacjami bazowymi w sieci 5G. W projekcie 3GPP nakreślono kilka kluczowych funkcji i technologii w ramach dostępu radiowego 5G. Zagłębmy się w szczegóły:
- NR (Nowe radio):
- Wprowadzenie: NR, czyli New Radio, to standard interfejsu radiowego opracowany przez 3GPP do komunikacji bezprzewodowej 5G. Stanowi znaczącą ewolucję w stosunku do poprzednich generacji (4G LTE) i wprowadza nowe funkcje, aby sprostać różnorodnym wymaganiom zastosowań 5G.
- Elastyczna numerologia: NR wprowadza elastyczną numerologię, która umożliwia transmisję danych w różnych konfiguracjach odstępów podnośnych, zaspokajając różnorodne przypadki użycia z różnymi wymaganiami dotyczącymi opóźnień i szybkości transmisji danych.
- Wiele pasm widma:
- Niskie pasmo (poniżej 1 GHz): 5G NR działa w pasmach częstotliwości poniżej 1 GHz, zapewniając szeroki zasięg i lepszą charakterystykę propagacji sygnału. Jest to niezbędne do rozszerzenia łączności 5G na obszary podmiejskie i wiejskie.
- Średnie pasmo (1 GHz–6 GHz): Częstotliwości średniego pasma zapewniają równowagę pomiędzy zasięgiem a pojemnością, oferując większą szybkość transmisji danych niż częstotliwości dolnego pasma, przy jednoczesnym zachowaniu szerszego zasięgu w porównaniu z częstotliwościami górnego pasma (mmWave).
- High-Band (mmWave, 24 GHz i więcej): Wysokie częstotliwości w zakresie mmWave umożliwiają wyjątkowo duże prędkości transmisji danych, dzięki czemu nadają się do gęstych obszarów miejskich i lokalizacji o dużym zapotrzebowaniu użytkowników. Wiążą się one jednak z wyzwaniami związanymi z zasięgiem i penetracją przez przeszkody.
- Massive MIMO (wiele wejść, wiele wyjść):
- Przegląd: Massive MIMO to kluczowa technologia w radiowej sieci dostępowej 5G, polegająca na zastosowaniu dużej liczby anten zarówno na stacji bazowej, jak i na urządzeniu użytkownika.
- Korzyści: Masywny MIMO zwiększa wydajność widmową, zwiększa pojemność i poprawia ogólną wydajność sieci, umożliwiając wiele strumieni przestrzennych i wspierając techniki kształtowania wiązki.
- Kształtowanie wiązki:
- Dynamiczne kształtowanie wiązki: 5G NR wykorzystuje techniki dynamicznego kształtowania wiązki, umożliwiając stacjom bazowym skupianie sygnałów w kierunku określonych urządzeń lub obszarów użytkownika. Poprawia to jakość sygnału, zwiększa zasięg i wspiera efektywne wykorzystanie zasobów widma.
- Większy zasięg przestrzenny: Kształtowanie wiązki ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wysokopasmowych, takich jak mmWave, gdzie sygnały mogą być bardziej podatne na blokowanie i tłumienie.
- Elastyczny TDD (dupleks z podziałem czasu) i FDD (dupleks z podziałem częstotliwości):
- Obsługa TDD i FDD: 5G NR obsługuje zarówno tryby TDD, jak i FDD, oferując elastyczność we wdrażaniu sieci w oparciu o regionalne przydziały widma i preferencje operatora.
- Dynamiczne udostępnianie widma: TDD umożliwia dynamiczną alokację zasobów widma pomiędzy łączem w górę i w dół, podczas gdy FDD zapewnia dedykowane pasma częstotliwości dla komunikacji w łączu w górę i w dół.
- Agregacja przewoźników:
- Łączenie pasm widma: Agregacja nośnych umożliwia agregację wielu pasm częstotliwości w celu zwiększenia ogólnej szybkości transmisji danych. Jest to kluczowa funkcja dla 5G, wspierająca wykorzystanie różnorodnych pasm widma w celu zapewnienia większej przepustowości i większych prędkości transmisji danych.
- Komunikacja w trybie pełnego dupleksu:
- Jednoczesne nadawanie i odbieranie: 5G NR wprowadza możliwości komunikacji w trybie pełnego dupleksu, umożliwiając jednoczesną transmisję i odbiór na tym samym kanale częstotliwości. Zwiększa to wydajność widmową i poprawia ogólną wydajność sieci.
- URLLC (ultra-niezawodna komunikacja o niskim opóźnieniu):
- Konstrukcja o niskim opóźnieniu: 5G NR została zaprojektowana do obsługi zastosowań URLLC, zapewniając bardzo małe opóźnienia i wysoką niezawodność w zastosowaniach takich jak automatyka przemysłowa, pojazdy autonomiczne i komunikacja o znaczeniu krytycznym.
- Integracja z LTE (długoterminowa ewolucja):
- Tryby NSA (niesamodzielne) i SA (samodzielne): 5G NR można wdrożyć w połączeniu z istniejącą infrastrukturą LTE w trybie NSA, umożliwiając operatorom wykorzystanie sieci LTE przy jednoczesnym wprowadzeniu możliwości 5G. Tryb SA reprezentuje w pełni niezależną architekturę sieci 5G.
Podsumowując, specyfikacje dostępu radiowego 3GPP 5G obejmują szereg technologii i funkcji zaprojektowanych w celu spełnienia różnorodnych wymagań zastosowań 5G. Od elastycznego wykorzystania widma po zaawansowane technologie antenowe, takie jak Massive MIMO i kształtowanie wiązki, specyfikacje te stanowią podstawę do wdrażania solidnych i wydajnych sieci 5G.