eng
Выпуск #5/2018
В.Тихвинский
Архитектура построения и характеристики сетей радиодоступа NG-RAN 5G
Архитектура построения и характеристики сетей радиодоступа NG-RAN 5G
Просмотры: 8775
В статье показаны достижения и возможности сети радиодоступа 5G для внедрения новой архитектуры построения и технических характеристик оборудования беспроводной связи.
УДК 621.391.82
DOI: 10.22184/2070-8963.2018.74.5.42.51
УДК 621.391.82
DOI: 10.22184/2070-8963.2018.74.5.42.51
Теги: 3gpp releases 5g radio access networks ng-ran architecture radio resource for 5g архитектура ng-ran? радиочастотный ресурс для 5g релизы 3gpp сети радиодоступа 5g
Введение
В июне 2018 года Партнерским проектом 3GPP было заморожено раcширение Релиза 15, определившего фазу 1 развития сетей пятого поколения мобильной связи (5G) на основе новой сети радиодоступа NG-RAN[1]. Эта сеть должна реализовать три бизнес-модели [2] – eMBB (enhanced Mobile Broadband – расширенный мобильный широкополосный доступ), uRLLC (ultra-Reliable Low Latency Communications – сверхнадежная связь с низким уровнем задержки) и mMTC (Massive Machine-Type Communications – массовое подключение устройств машинного типа, именуемая также mIoT), а также технологии виртуализации сетевых функций, управления и оркестрации онлайновых виртуальных сетей на основе формирования сетевых слоев и управления выбором диапазонов радиочастотного спектра и используемых частотных каналов.
Архитектура построения сети NG-RAN 5G
Требования к сети радиодоступа 5G будут определяться прежде всего совокупностью услуг, поддерживаемых сетями пятого поколения, которые объединены упомянутыми выше тремя основными бизнес-моделями: eMBB, uRLLC и mMTC или mIoT. Эта концепция получила название сервисно-ориентированной архитектуры сети 5G [3].
Архитектура NG-RAN определена техническими спецификациями 3GPP TS 38.300[4], согласно которым сеть радиодоступа NG-RAN может быть построена с использованием базовых станций (БС) gNB поколения 5G и БС ng-eNB нового поколения 4G (4GPro), подключенных к базовой сети 5GCore. Сеть радиодоступа NG-RAN (рис.1) должна включать совокупность БС, присоединенных к базовой сети 5G Core посредством следующих NG-интерфейсов:
• NG2: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости управления сети (СР) 5G через модуль управления доступом и мобильностью AMF;
• NG3: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости пользователя сети (UP) 5G через модуль передачи данных абонентов UPF.
Таким образом, эта совокупность базовых станций сети NG-RAN в зависимости от используемого сценария может содержать [5]:
• БС типа gNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа 5-го поколения NR (NR RadioAccess);
• БС типа ng-eNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа LTE-Advanced (E-UTRA).
Базовые станции будут взаимодействовать между собой – по интерфейсу Xn, а с базовой сетью 5G Core – по интерфейсам NG2 и NG3.
К особенностям построения сети радиодоступа NG-RAN 5G следует отнести сценарии использования базовых станций, при которых:
• БС gNB поддерживают режим FDD, TDD или совмещенный режим dualmode;
• БС gNB взаимодействуют между собой при помощи Xn-интерфейса;
• БС gNB могут иметь распределенную архитектуру, включающую центральный модуль gNB-CU и один или несколько распределенных модулей gNB-DU (рис.2);
• распределенный центральный модуль gNB-CU также может состоять из модуля gNB-CU-CP плоскости управления сетью и одного или нескольких gNB-CU-UP плоскости данных пользователей.
Центральный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-CU, представляет логический узел, в котором размещены протоколы уровня RRC, SDAP и PDCP, входящие в стек протоколов gNB или протоколы RRC и PDCP стека протоколов en-gNB, которые управляют работой одного или нескольких распределенных модулей gNB-DU. Модуль gNB-CU обеспечивает терминацию интерфейса F1, подключенного к модулю gNB-DU.
Распределенный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-DU, представляет собой логический узел, в котором размещаются протоколы уровня RLC, MAC и PHY, входящие в стек протоколов gNB или en-gNB, а его работа частично контролируется gNB-CU. Один распределенный модуль gNB-DU поддерживает одну или несколько сот. Одна сота сети радиодоступа, как правило, поддерживается только одним модулем gNB-DU. gNB-DU терминирует (завершает) интерфейс F1, подключенный к модулю gNB-CU. Модули распределенной БС gNB-CU и gNB-DU соединены F1-интерфейсом. Модуль gNB-DU может поддерживать одну или несколько сот и присоединен только к одному модулю gNB-CU.
Интерфейсы сети радиодоступа 5G F1, Xn, NG2 и NG3 являются открытыми логическими интерфейсами.
F1-интерфейс [6] поддерживает обмен данными пользователя и сигнализации, выполняет разделение плоскости пользователя и плоскости управления и обеспечивает разделение уровня сети радиодоступа и транспортного уровня сети.F1 должен обеспечивать возможность сетевого взаимодействия между gNB-CU и gNB-DU базовых станций 5G различных производителей оборудования.
Xn-интерфейс [7] обеспечивает обмен данными пользователя (Xn-U) и сигнализации (управления) (Xn-C) между двумя БС узлами сети NG-RAN. Этот интерфейс поддерживает режимы внутрисетевой мобильности и двойного присоединения (dual connectivity) для базовых станций. Интерфейс Xn, построенный по принципу "точка-точка", должен быть осуществим даже при отсутствии прямого физического соединения между двумя БС – узлами NG-RAN. Так же, как и интерфейс F1, интерфейс Xn обеспечивает взаимную совместимость подключения оборудования базовых станций 5G различных поставщиков.
При развертывании сети радиодоступа 5G могут быть использованы следующие сценарии развертывания gNB, которые определены в TS 38.401 [8]:
• на основе gNB, которая не имеет распределенной структуры;
• на основе gNB, состоящей из элементов gNB-CU и gNB-DU (s);
• на основе gNB с распределенной структурой, которая состоит из трех видов элементов gNB-CU-CP, gNB-CU-UP (s) и gNB-DU (s).
Аналогичные сценарии развертывания предусмотрены для базовых станций gn-еNB.
В сценариях 3GPP базовые станции 5G для задания требований и использования в сетях радиодоступа классифицированы [9] на четыре типа (1-С, 1-Н, 1-О, 2-О) по частотным диапазонам, компоновке модулей БС и антенным системам, а также зонам обслуживания, которые делятся на широкие, средние и локальные. Характеристики базовых станций по указанным параметрам представлены в табл.1 и 2.
Анализ данных табл.1 и 2 позволяет сделать вывод, что на первом этапе развития рассматриваемых сетей радиодоступа в диапазоне миллиметровых длин волн (ММДВ) будет выпускаться только один класс базовых станций – 2-О с широкой зоной обслуживания (до 35 м). Архитектурно базовые станции 5G типа 1-С будут иметь распределенную структуру передающей и приемной части, показанную на рис.3 [9].
Базовые станции типа 1-Н архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.4.
Как видно из рис.4, композитная антенна будет содержать модуль RDN (radio distribution network) и антенную решетку АА. Модуль RDN представляет линейную пассивную сеть, которая передает высокочастотный сигнал, генерируемый приемопередающим модулем решетки TRXUA для антенной решетки базовой станции и принимает сигналы, получаемые с приемных элементов АА.
Базовые станции типа 1-О и 2-О (диапазоны ММДВ) архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.5.
Как видно из рис.5, БС типа 1-О и 2-О будут иметь моноблочную архитектуру, объединяющую модули решетки TRXUA, модуль RDN и антенную решетку АА. Базовая станция типа 1-О должна содержать как минимум восемь передающих и восемь приемных антенн.
Частотные аспекты функционирования сети радиодоступа 5G
Исследования доступности спектра для совместного использования и совместимости в частотных диапазонах, определенных резолюцией COM 6/20 (ВКР-15), должны быть проведены администрациями связи до конференции ВКР-19 [10] в полосах 24,25–27,5 ГГц, 37–40,5 ГГц, 42,5–43,5 ГГц, 45,5–47 ГГц, 47,2–50,2 ГГц, 50,4–52,6 ГГц, 66–76 ГГц и 81–86 ГГц, которые будут распределены мобильной подвижной службе на первичной основе; и в полосах 31,8–33,4 ГГц, 40,5–42,5 ГГц и 47–47,2 ГГц, которые требуют их дополнительного распределения мобильной подвижной службе на первичной основе.
Характеристики использования спектра радиооборудованием сети радиодоступа 5G RAN, определенные МСЭ-Р, в части разделения частотных каналов и значения ширины каналов представлены в табл.3.
Как видно из табл.3, администрациями связи при исследовании доступности спектра для совместного использования и обеспечения электромагнитной совместимости в планируемых частотных диапазонах будет рассматриваться использование только частотного канала с шириной 200 МГц.
Главным отличием требований Партнерского проекта 3GPP от требований МСЭ является ограничение на применение в частотном диапазоне миллиметровых волн. Верхний предел их использования в Релизе 15 ограничен пока частотой 40 ГГц несмотря на то, что рабочий диапазон определен полосой 24,25–52,6 ГГц (FR2).
Используемые частотные поддиапазоны приемников и передатчиков базовых и абонентских станций сети радиодоступа 5G разделены на поддиапазоны FR1 (0,450–6 ГГц) и FR2 (24,25–52,6 ГГц), как показано в табл.4 и 5 [9, 11].
Анализ табл.4 и 5 показывает, что в число диапазонов ниже 6 ГГц включены не все из 46 диапазонов частот, определенных ранее 3GPP для сетей LTE, и впервые в число рабочих диапазонов включен диапазон 600 МГц (n71). Диапазоны выше 6 ГГц используются только для режима TDD с ограничением до 40 ГГц, а ширина рабочего диапазона полос достигает 2,5–3 ГГц. Кроме того, ряд полос поддиапазона FR2 имеет частичное перекрытие между собой, как например, диапазоны n257 и n258, а частотный разнос между диапазонами n257 и n260 составляет 7,5 ГГц.
Технические характеристики радиооборудования сети радиодоступа 5G
Для фазы 1 развития сети радиодоступа NG-RAN Партнерским проектом 3GPP принято, что в линии вниз будет использоваться технология CP-OFDM (Cyclic Prefix – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с использованием циклического префикса). Для линии вверх, помимо CP-OFDM, будет использоваться технология DFT-S-OFDM (Discrete Fourier Transform – Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с предобработкой на базе дискретного преобразования Фурье).
Формируемые базовой и абонентской станцией частотные каналы, как и для технологии 4G(LTE), будут состоять из определенного числа радиоблоков. Каждый радиоблок формируется из поднесуших (SCS) с различной шириной: 15, 30 и 60 кГц для поддиапазона спектра FR1 (ниже 6 ГГц), 60 и 120 кГц – для поддиапазона FR2 (ММДВ).
Максимальные конфигурации радиоблоков NRB при формировании частотных каналов базовых и абонентских станций поддиапазонов FR1 (5–100 МГц) и FR2 (50–400 МГц) для различных разносов между поднесущими SCS представлены в табл.6 и 7 [9].
Из анализа табл.6 и 7 видно, что на первой фазе развития сетей 5G в диапазоне частот ниже 6 ГГц предусмотрено использование полос частот, близких по ширине к ширине агрегированных полос частот предыдущего поколения (4G), а в диапазоне ММДВ – полос шириной 200 и 400 МГц. Максимальное количество радиоблоков, используемых для построения сигнала 5G, может достигать 273 для FR1 и 264 для FR2.
Мощностные характеристики основного и побочного излучений передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G приведены в табл.8 [9].
Анализ табл.8 показывает, что мощность передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом базовой станции и лежать в пределах 24–38 дБм. Для БС, относимых к типу 1-О и 2-О, мощность передатчиков будет определена в Релизе 16.
Характеристики чувствительности приемников базовых станций сетей 5G в диапазоне ММДВ для ширины частотного канала 50 МГц показаны в табл.9 [9].
Из табл.9 следует, что чувствительность приемников базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом БС и лежать в пределах от –86 до –119 дБм. Для базовых станций, относимых к типу 1-С и 1-Н, чувствительность приемников также будет определена в Релизе 16. Однако для наиболее популярного диапазона 3300–3800 МГц (n78) чувствительность приемников уже специфицирована для того, чтобы не тормозить развитие сетей. Значения этой чувствительности показаны в табл.10 [9].
Сравнение технических характеристик радиооборудования (базового и абонентского) сети радиодоступа NG-RAN, разработанных в МСЭ [10] и 3GPP, приведенных в табл.3–10, показывает их различия, порой существенные, связанные с осторожной политикой разработчиков и производителей в области декларирования прорывных достижений радиоэлектроники и электронной компонентной базы, разрабатываемой для оборудования сетей радиодоступа NG-RAN.
Заключение
Публикация технических спецификаций Релиза 15 3GPP (фаза 1 5G) вооружила инженеров-разработчиков и специалистов по управлению радиочастотным спектром ориентирами и пониманием технического облика сети радиодоступа NG-RAN, а также количественными значениями основных технических характеристик радиооборудования сети 5G (базового и абонентского) для его разработки и предъявления рынку мобильной связи в 2020 году.
Сравнение технических характеристик радиооборудования NG-RAN от МСЭ и Партнерского проекта 3GPP показывает их различия, обусловленные разными целями формирования требований к сети. В первом случае характеристики носят индикативный характер для администраций связи, исследующих возможности выделения спектра. Во втором – в центре внимания были обязательства по созданию и предъявлению рынку коммерческих образцов оборудования.
При проведении оценок эффективности использования радиочастотного спектра и ЭМС для получения непротиворечивых результатов следует учитывать специфику и целевую направленность опубликованных технических и ЭМС-характеристик радиооборудования сети радиодоступа NG-RAN (базового и абонентского), четко оговаривая, какие характеристики использовались при проведении исследований дляразработки оборудования и подготовки вкладов и расчетов в рабочие органы международных организаций связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. 3GPP TS 38.201. NR; Physical Layer – General Description.
2. 3GPP TS 38.202. NR; Services provided by the physical layer.
3. Service-Based Architecture in 5Gby NGMN Alliance.V.1.0, NGMN, 19 January 2018.
4. 3GPP TS 38.300: NR; Overall description; Stage2.
5. 3GPP TS 38.410: NG-RAN; NG general aspect and principles.
6. 3GPP TS 38.470:NG-RAN; F1 general aspects and principles.
7. 3GPPTS 38.420: NG-RAN; Xn general aspects and principles.
8. 3GPP TS 38.401: NG-RAN; Architecture description.
9. 3GPP TS 38 104. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Base Station (BS) radio transmission and reception (Release 15).
10. Resolution COM 6/20 (WRC-15) Studies on frequency-related matters for International Mobile Telecommunications identification including possible additional allocations to the mobile services on a primary basis in portion(s) of the frequency range between 24.25 and 86 GHz for the future development of International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond.
11. 3GPP TS 38 101. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception.
В июне 2018 года Партнерским проектом 3GPP было заморожено раcширение Релиза 15, определившего фазу 1 развития сетей пятого поколения мобильной связи (5G) на основе новой сети радиодоступа NG-RAN[1]. Эта сеть должна реализовать три бизнес-модели [2] – eMBB (enhanced Mobile Broadband – расширенный мобильный широкополосный доступ), uRLLC (ultra-Reliable Low Latency Communications – сверхнадежная связь с низким уровнем задержки) и mMTC (Massive Machine-Type Communications – массовое подключение устройств машинного типа, именуемая также mIoT), а также технологии виртуализации сетевых функций, управления и оркестрации онлайновых виртуальных сетей на основе формирования сетевых слоев и управления выбором диапазонов радиочастотного спектра и используемых частотных каналов.
Архитектура построения сети NG-RAN 5G
Требования к сети радиодоступа 5G будут определяться прежде всего совокупностью услуг, поддерживаемых сетями пятого поколения, которые объединены упомянутыми выше тремя основными бизнес-моделями: eMBB, uRLLC и mMTC или mIoT. Эта концепция получила название сервисно-ориентированной архитектуры сети 5G [3].
Архитектура NG-RAN определена техническими спецификациями 3GPP TS 38.300[4], согласно которым сеть радиодоступа NG-RAN может быть построена с использованием базовых станций (БС) gNB поколения 5G и БС ng-eNB нового поколения 4G (4GPro), подключенных к базовой сети 5GCore. Сеть радиодоступа NG-RAN (рис.1) должна включать совокупность БС, присоединенных к базовой сети 5G Core посредством следующих NG-интерфейсов:
• NG2: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости управления сети (СР) 5G через модуль управления доступом и мобильностью AMF;
• NG3: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости пользователя сети (UP) 5G через модуль передачи данных абонентов UPF.
Таким образом, эта совокупность базовых станций сети NG-RAN в зависимости от используемого сценария может содержать [5]:
• БС типа gNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа 5-го поколения NR (NR RadioAccess);
• БС типа ng-eNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа LTE-Advanced (E-UTRA).
Базовые станции будут взаимодействовать между собой – по интерфейсу Xn, а с базовой сетью 5G Core – по интерфейсам NG2 и NG3.
К особенностям построения сети радиодоступа NG-RAN 5G следует отнести сценарии использования базовых станций, при которых:
• БС gNB поддерживают режим FDD, TDD или совмещенный режим dualmode;
• БС gNB взаимодействуют между собой при помощи Xn-интерфейса;
• БС gNB могут иметь распределенную архитектуру, включающую центральный модуль gNB-CU и один или несколько распределенных модулей gNB-DU (рис.2);
• распределенный центральный модуль gNB-CU также может состоять из модуля gNB-CU-CP плоскости управления сетью и одного или нескольких gNB-CU-UP плоскости данных пользователей.
Центральный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-CU, представляет логический узел, в котором размещены протоколы уровня RRC, SDAP и PDCP, входящие в стек протоколов gNB или протоколы RRC и PDCP стека протоколов en-gNB, которые управляют работой одного или нескольких распределенных модулей gNB-DU. Модуль gNB-CU обеспечивает терминацию интерфейса F1, подключенного к модулю gNB-DU.
Распределенный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-DU, представляет собой логический узел, в котором размещаются протоколы уровня RLC, MAC и PHY, входящие в стек протоколов gNB или en-gNB, а его работа частично контролируется gNB-CU. Один распределенный модуль gNB-DU поддерживает одну или несколько сот. Одна сота сети радиодоступа, как правило, поддерживается только одним модулем gNB-DU. gNB-DU терминирует (завершает) интерфейс F1, подключенный к модулю gNB-CU. Модули распределенной БС gNB-CU и gNB-DU соединены F1-интерфейсом. Модуль gNB-DU может поддерживать одну или несколько сот и присоединен только к одному модулю gNB-CU.
Интерфейсы сети радиодоступа 5G F1, Xn, NG2 и NG3 являются открытыми логическими интерфейсами.
F1-интерфейс [6] поддерживает обмен данными пользователя и сигнализации, выполняет разделение плоскости пользователя и плоскости управления и обеспечивает разделение уровня сети радиодоступа и транспортного уровня сети.F1 должен обеспечивать возможность сетевого взаимодействия между gNB-CU и gNB-DU базовых станций 5G различных производителей оборудования.
Xn-интерфейс [7] обеспечивает обмен данными пользователя (Xn-U) и сигнализации (управления) (Xn-C) между двумя БС узлами сети NG-RAN. Этот интерфейс поддерживает режимы внутрисетевой мобильности и двойного присоединения (dual connectivity) для базовых станций. Интерфейс Xn, построенный по принципу "точка-точка", должен быть осуществим даже при отсутствии прямого физического соединения между двумя БС – узлами NG-RAN. Так же, как и интерфейс F1, интерфейс Xn обеспечивает взаимную совместимость подключения оборудования базовых станций 5G различных поставщиков.
При развертывании сети радиодоступа 5G могут быть использованы следующие сценарии развертывания gNB, которые определены в TS 38.401 [8]:
• на основе gNB, которая не имеет распределенной структуры;
• на основе gNB, состоящей из элементов gNB-CU и gNB-DU (s);
• на основе gNB с распределенной структурой, которая состоит из трех видов элементов gNB-CU-CP, gNB-CU-UP (s) и gNB-DU (s).
Аналогичные сценарии развертывания предусмотрены для базовых станций gn-еNB.
В сценариях 3GPP базовые станции 5G для задания требований и использования в сетях радиодоступа классифицированы [9] на четыре типа (1-С, 1-Н, 1-О, 2-О) по частотным диапазонам, компоновке модулей БС и антенным системам, а также зонам обслуживания, которые делятся на широкие, средние и локальные. Характеристики базовых станций по указанным параметрам представлены в табл.1 и 2.
Анализ данных табл.1 и 2 позволяет сделать вывод, что на первом этапе развития рассматриваемых сетей радиодоступа в диапазоне миллиметровых длин волн (ММДВ) будет выпускаться только один класс базовых станций – 2-О с широкой зоной обслуживания (до 35 м). Архитектурно базовые станции 5G типа 1-С будут иметь распределенную структуру передающей и приемной части, показанную на рис.3 [9].
Базовые станции типа 1-Н архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.4.
Как видно из рис.4, композитная антенна будет содержать модуль RDN (radio distribution network) и антенную решетку АА. Модуль RDN представляет линейную пассивную сеть, которая передает высокочастотный сигнал, генерируемый приемопередающим модулем решетки TRXUA для антенной решетки базовой станции и принимает сигналы, получаемые с приемных элементов АА.
Базовые станции типа 1-О и 2-О (диапазоны ММДВ) архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.5.
Как видно из рис.5, БС типа 1-О и 2-О будут иметь моноблочную архитектуру, объединяющую модули решетки TRXUA, модуль RDN и антенную решетку АА. Базовая станция типа 1-О должна содержать как минимум восемь передающих и восемь приемных антенн.
Частотные аспекты функционирования сети радиодоступа 5G
Исследования доступности спектра для совместного использования и совместимости в частотных диапазонах, определенных резолюцией COM 6/20 (ВКР-15), должны быть проведены администрациями связи до конференции ВКР-19 [10] в полосах 24,25–27,5 ГГц, 37–40,5 ГГц, 42,5–43,5 ГГц, 45,5–47 ГГц, 47,2–50,2 ГГц, 50,4–52,6 ГГц, 66–76 ГГц и 81–86 ГГц, которые будут распределены мобильной подвижной службе на первичной основе; и в полосах 31,8–33,4 ГГц, 40,5–42,5 ГГц и 47–47,2 ГГц, которые требуют их дополнительного распределения мобильной подвижной службе на первичной основе.
Характеристики использования спектра радиооборудованием сети радиодоступа 5G RAN, определенные МСЭ-Р, в части разделения частотных каналов и значения ширины каналов представлены в табл.3.
Как видно из табл.3, администрациями связи при исследовании доступности спектра для совместного использования и обеспечения электромагнитной совместимости в планируемых частотных диапазонах будет рассматриваться использование только частотного канала с шириной 200 МГц.
Главным отличием требований Партнерского проекта 3GPP от требований МСЭ является ограничение на применение в частотном диапазоне миллиметровых волн. Верхний предел их использования в Релизе 15 ограничен пока частотой 40 ГГц несмотря на то, что рабочий диапазон определен полосой 24,25–52,6 ГГц (FR2).
Используемые частотные поддиапазоны приемников и передатчиков базовых и абонентских станций сети радиодоступа 5G разделены на поддиапазоны FR1 (0,450–6 ГГц) и FR2 (24,25–52,6 ГГц), как показано в табл.4 и 5 [9, 11].
Анализ табл.4 и 5 показывает, что в число диапазонов ниже 6 ГГц включены не все из 46 диапазонов частот, определенных ранее 3GPP для сетей LTE, и впервые в число рабочих диапазонов включен диапазон 600 МГц (n71). Диапазоны выше 6 ГГц используются только для режима TDD с ограничением до 40 ГГц, а ширина рабочего диапазона полос достигает 2,5–3 ГГц. Кроме того, ряд полос поддиапазона FR2 имеет частичное перекрытие между собой, как например, диапазоны n257 и n258, а частотный разнос между диапазонами n257 и n260 составляет 7,5 ГГц.
Технические характеристики радиооборудования сети радиодоступа 5G
Для фазы 1 развития сети радиодоступа NG-RAN Партнерским проектом 3GPP принято, что в линии вниз будет использоваться технология CP-OFDM (Cyclic Prefix – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с использованием циклического префикса). Для линии вверх, помимо CP-OFDM, будет использоваться технология DFT-S-OFDM (Discrete Fourier Transform – Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с предобработкой на базе дискретного преобразования Фурье).
Формируемые базовой и абонентской станцией частотные каналы, как и для технологии 4G(LTE), будут состоять из определенного числа радиоблоков. Каждый радиоблок формируется из поднесуших (SCS) с различной шириной: 15, 30 и 60 кГц для поддиапазона спектра FR1 (ниже 6 ГГц), 60 и 120 кГц – для поддиапазона FR2 (ММДВ).
Максимальные конфигурации радиоблоков NRB при формировании частотных каналов базовых и абонентских станций поддиапазонов FR1 (5–100 МГц) и FR2 (50–400 МГц) для различных разносов между поднесущими SCS представлены в табл.6 и 7 [9].
Из анализа табл.6 и 7 видно, что на первой фазе развития сетей 5G в диапазоне частот ниже 6 ГГц предусмотрено использование полос частот, близких по ширине к ширине агрегированных полос частот предыдущего поколения (4G), а в диапазоне ММДВ – полос шириной 200 и 400 МГц. Максимальное количество радиоблоков, используемых для построения сигнала 5G, может достигать 273 для FR1 и 264 для FR2.
Мощностные характеристики основного и побочного излучений передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G приведены в табл.8 [9].
Анализ табл.8 показывает, что мощность передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом базовой станции и лежать в пределах 24–38 дБм. Для БС, относимых к типу 1-О и 2-О, мощность передатчиков будет определена в Релизе 16.
Характеристики чувствительности приемников базовых станций сетей 5G в диапазоне ММДВ для ширины частотного канала 50 МГц показаны в табл.9 [9].
Из табл.9 следует, что чувствительность приемников базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом БС и лежать в пределах от –86 до –119 дБм. Для базовых станций, относимых к типу 1-С и 1-Н, чувствительность приемников также будет определена в Релизе 16. Однако для наиболее популярного диапазона 3300–3800 МГц (n78) чувствительность приемников уже специфицирована для того, чтобы не тормозить развитие сетей. Значения этой чувствительности показаны в табл.10 [9].
Сравнение технических характеристик радиооборудования (базового и абонентского) сети радиодоступа NG-RAN, разработанных в МСЭ [10] и 3GPP, приведенных в табл.3–10, показывает их различия, порой существенные, связанные с осторожной политикой разработчиков и производителей в области декларирования прорывных достижений радиоэлектроники и электронной компонентной базы, разрабатываемой для оборудования сетей радиодоступа NG-RAN.
Заключение
Публикация технических спецификаций Релиза 15 3GPP (фаза 1 5G) вооружила инженеров-разработчиков и специалистов по управлению радиочастотным спектром ориентирами и пониманием технического облика сети радиодоступа NG-RAN, а также количественными значениями основных технических характеристик радиооборудования сети 5G (базового и абонентского) для его разработки и предъявления рынку мобильной связи в 2020 году.
Сравнение технических характеристик радиооборудования NG-RAN от МСЭ и Партнерского проекта 3GPP показывает их различия, обусловленные разными целями формирования требований к сети. В первом случае характеристики носят индикативный характер для администраций связи, исследующих возможности выделения спектра. Во втором – в центре внимания были обязательства по созданию и предъявлению рынку коммерческих образцов оборудования.
При проведении оценок эффективности использования радиочастотного спектра и ЭМС для получения непротиворечивых результатов следует учитывать специфику и целевую направленность опубликованных технических и ЭМС-характеристик радиооборудования сети радиодоступа NG-RAN (базового и абонентского), четко оговаривая, какие характеристики использовались при проведении исследований дляразработки оборудования и подготовки вкладов и расчетов в рабочие органы международных организаций связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. 3GPP TS 38.201. NR; Physical Layer – General Description.
2. 3GPP TS 38.202. NR; Services provided by the physical layer.
3. Service-Based Architecture in 5Gby NGMN Alliance.V.1.0, NGMN, 19 January 2018.
4. 3GPP TS 38.300: NR; Overall description; Stage2.
5. 3GPP TS 38.410: NG-RAN; NG general aspect and principles.
6. 3GPP TS 38.470:NG-RAN; F1 general aspects and principles.
7. 3GPPTS 38.420: NG-RAN; Xn general aspects and principles.
8. 3GPP TS 38.401: NG-RAN; Architecture description.
9. 3GPP TS 38 104. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Base Station (BS) radio transmission and reception (Release 15).
10. Resolution COM 6/20 (WRC-15) Studies on frequency-related matters for International Mobile Telecommunications identification including possible additional allocations to the mobile services on a primary basis in portion(s) of the frequency range between 24.25 and 86 GHz for the future development of International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond.
11. 3GPP TS 38 101. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception.
Отзывы читателей
