ویژگی‌های فنی برجسته رادیو 5G (RAN) نسخه 15

نسخه 15، که در ژوئن 2018 نهایی شد، راه را برای تجاری‌سازی فناوری 5G (NR) هموار کرد. R15 با معرفی معماری‌های مستقل (SA) و غیرمستقل (NSA)، معرفی یک شبکه هسته‌ای مجازی مبتنی بر سرویس و فناوری‌های لایه فیزیکی جدید برای افزایش ظرفیت، کاهش تأخیر و بهبود انعطاف‌پذیری، زیربنای شبکه‌های 5G را بنا نهاد. در این دوره، گروه‌های کاری رادیویی 3GPP،RAN1-RAN5، سهم قابل توجهی در استانداردسازی فناوری 5G (NR) داشتند. کار و نکات فنی کلیدی هر گروه به شرح زیر است:

I. RAN1 (نوآوری در لایه فیزیکی)حوزه‌های کاری کلیدی شامل شکل موج‌ها، مجموعه‌های پارامتر، دسترسی چندگانه، MIMO و سیگنال‌های مرجع است:

1. فاصله زیرحامل انعطاف‌پذیر و ساختار فریم؛معرفی فاصله زیرحامل مقیاس‌پذیر:

• پشتیبانی از محدوده‌های تأخیر و فرکانس مختلف (FR1 و FR2)؛
• پشتیبانی از تأخیر کم (<1 میلی‌ثانیه TTI) و برنامه‌های با توان عملیاتی بالا.

پیاده‌سازی: پردازش باند پایه اندازه FFT و پیشوند چرخه‌ای را با توجه به فواصل زیرحامل مختلف به صورت پویا تنظیم می‌کند.

موارد کاربرد: کنترل صنعتی با تأخیر کم (30 کیلوهرتز) و پیوندهای eMBB موج میلی‌متری با پهنای باند بالا (120 کیلوهرتز).

2. MIMO انبوه و شکل‌دهی پرتو

• پشتیبانی کامل از شکل‌دهی پرتو سه‌بعدی و نگاشت پورت آنتن انعطاف‌پذیر (تا 64 عنصر TRx).
• تخمین کانال مبتنی بر CSI-RS برای مدیریت پرتو مخصوص کاربر.

مثال: آرایه‌های 64T64R gNB پرتوهای پویا مخصوص UE را تشکیل می‌دهند و راندمان طیفی را در استقرار متراکم بهبود می‌بخشند.

3. دوبلکسینگ مبتنی بر OFDM و تخصیص منابع

• پشتیبانی از TDD و FDD با ساختار اسلات زمانی یکپارچه.
• انتقال مینی اسلات (2-7 نماد OFDM) زمان‌بندی فوری داده‌ها را فعال می‌کند که برای URLLC حیاتی است.

پیاده‌سازی: زمان‌بند gNB به صورت پویا انتقال‌های downlink در حال انجام را برای پشتیبانی از انتقال‌های burst URLLC پیش‌دستی می‌کند.

4. سیگنال‌های مرجع و همگام‌سازیمعرفی سیگنال‌های جدید SS/PBCH، CSI-RS، PTRS و SRS.

• SS/PBCH برای همگام‌سازی اولیه و کشف پرتو استفاده می‌شود.
• CSI-RS برای بهینه‌سازی پرتو و ردیابی تحرک استفاده می‌شود.

5. تکامل کدگذاری کانال:کدگذاری LDPC برای کانال داده استفاده می‌شود و جایگزین کدگذاری Turbo برای بهبود راندمان توان عملیاتی eMBB می‌شود.

• کدهای قطبی برای کانال‌های کنترل (PDCCH، PUCCH) به دلیل مزایای عملکردی طول بلوک کوتاه معرفی شده‌اند.

سناریوی کاربرد: سیگنال‌دهی کنترل با قابلیت اطمینان بالا در محیط‌های نرخ داده متغیر.

II. RAN2 (رابط رادیویی)پروتکل‌های MAC، RLC، PDCP و RRC معماری رابط رادیویی، زمان‌بندی، وضعیت RRC، ایجاد حامل و بهینه‌سازی سیگنال‌دهی را تعریف می‌کنند.

1. اتصال دوگانه (DC)معماری gNB master-slave را معرفی می‌کند، جایی که UE می‌تواند ترافیک را بین LTE و NR (حالت NSA) توزیع کند.

سناریوی کاربرد: بهبود توان عملیاتی در فاز اولیه استقرار 5G قبل از شبکه هسته‌ای 5G خالص (EN-DC مبتنی بر EPC).

2. حالت RRC_INACTIVE:یک حالت UE جدید را معرفی می‌کند تا سربار سیگنال‌دهی را به حداقل برساند و در عین حال بازیابی با تأخیر کم را حفظ کند.

پیاده‌سازی: UE زمینه RRC را ذخیره می‌کند تا اتصال سریع را برای ترافیک متناوب (تقریباً 10 میلی‌ثانیه) فعال کند.

سناریوی کاربرد: حسگرهای IoT با burstهای داده کوچک دوره‌ای.

3. معماری مبتنی بر جریان QoS:PDCP به شناسه جریان QoS بازسازی می‌شود که با معماری 5GC سازگار است.

پیاده‌سازی: هر جلسه PDU جریان‌های QoS را از طریق نگاشت SDAP به DRB هدایت می‌کند.

موارد استفاده: جریان‌های ویدئویی با تطبیق نرخ بیت پویا.

4. فشرده‌سازی هدر و امنیت:بهینه‌سازی RoHCv2 و رمزگذاری پیشرفته برای کاهش سربار صفحه کنترل اتخاذ شده است.

5. پیشرفت‌های تحرک و Handover:سیگنال‌دهی handover بین-RAT یکپارچه بین شبکه‌های LTE-NR (NSA) و NR-NR (SA) تعریف شده است.

III. RAN3 (رابط NG و تکامل اتصال دوگانه)فناوری‌ها شامل: تعاریف رابط F1، Xn و NG، مدیریت gNB-CU/DU و قابلیت همکاری است.

1. معماری جدا شده gNB (CU/DU):جداسازی منطقی بین واحدهای متمرکز (CU) و واحدهای توزیع شده (DU).

پیاده‌سازی: رابط‌های F1-C (کنترل) و F1-U (کاربر) یک طراحی انتقال fronthaul انعطاف‌پذیر را اتخاذ می‌کنند.

سناریوهای کاربرد: Cloud-RAN و قابلیت همکاری چند فروشنده.

2. رابط‌های NG و 5GC:رابط‌های NG-C (صفحه کنترل) و NG-U (صفحه کاربر) را معرفی می‌کند و جایگزین رابط S1 در LTE می‌شود. از عملکردهای شبکه هسته‌ای 5G مبتنی بر سرویس از طریق AMF/SMF پشتیبانی می‌کند.

3. معماری EN-DC:سیگنال‌دهی Xn و S1* را برای قابلیت همکاری بین eNB و gNB تعریف می‌کند. از عملکرد روان نقاط لنگر LTE در مراحل اولیه استقرار 5G پشتیبانی می‌کند.

4. تداوم جلسه و برش شبکه:یک مکانیسم تحرک بین برش مبتنی بر QoS را ادغام می‌کند.

مثال کاربرد: handover بدون درز بین برش‌های مختلف بر اساس الزامات تأخیر (eMBB→URLLC).

IV. RAN4 (تعاریف باند رادیویی و طیفی)، سطوح قدرت، تجمیع طیف و همزیستی.

1. محدوده‌های باند فرکانسی جدید (FR1 و FR2)

• FR1: 410MHz – 7.125GHz
• FR2: 24.25 – 52.6 GHz (موج میلی‌متری)

پیاده‌سازی: طراحی مدولار front-end RF دستگاه از عملکرد دو باند با استفاده از زنجیره‌های تقویت‌کننده کم‌نویز (LNA) قابل تعویض پشتیبانی می‌کند.

2. پهنای باند و تجمیع حامل:پهنای باند کانال تا 400 مگاهرتز در FR2 تعریف شده است. حامل‌های تجمیع شده NR و LTE را برای استقرار ترکیبی ترکیب می‌کنند.

3. رتبه‌بندی قدرت و کالیبراسیون EIRP:رتبه‌بندی UE برای دستگاه‌های موج میلی‌متری ایجاد شده است. پارامترهای EVM و ACLR سختگیرانه معرفی شده‌اند.

موارد کاربرد: ایستگاه‌های پایه سلول کوچک و CPEها با استفاده از کنترل پرتو برای 5G FWA.

4. همزیستی و کنترل انتقال:ماسک‌های طیفی برای اطمینان از همزیستی در میان چندین فناوری دسترسی رادیویی (RAT) تعریف شده‌اند. پشتیبانی از اشتراک طیف NR با LTE یا NR-U در باندهای بدون مجوز.

5. عملکرد RF و حساسیت مرجع:مدل‌سازی حساسیت پیشرفته برای ایستگاه‌های پایه آرایه MIMO انبوه. معرفی کنترل قدرت مبتنی بر پرتو برای مدیریت توان تابشی همسانگرد معادل (EIRP) هر پرتو.

V. RAN5 (آزمایش تجهیزات و انطباق):روش‌های انطباق، سیگنال‌دهی و آزمایش عملکرد UE.

1. هم‌ترازی مشخصات تست:معرفی TS 38.521/38.533/38.141 برای آزمایش انطباق RF و پروتکل UEs و ایستگاه‌های پایه NR.

2. چارچوب تست OTA (Over-The-Air):معرفی یک مدل تست اتاق بی‌انعکاس تجهیزات موج میلی‌متری، با در نظر گرفتن کنترل پرتو و الگوهای تابش پویا.

مثال: تجزیه و تحلیل ویژگی‌های تلفن هوشمند 5G و تأیید سوئیچینگ پرتو آرایه فازی.

3. تأیید سیگنال‌دهی End-to-End:تأیید قابلیت همکاری لایه‌های RRC/PDCP/PHY که برای ادغام اولیه NSA حیاتی است.

4. معیار عملکرد:تعریف شاخص‌های کلیدی عملکرد (KPI) برای تأخیر، توان عملیاتی و حساسیت مرجع در یک محیط انتشار واقعی.

نسخه 15 زیربنای فاز اول 5G را بنا می‌کند و لایه فیزیکی NR، پروتکل‌های رادیویی جدید، معماری انعطاف‌پذیر و جنبه‌های RF/coherence را تعریف می‌کند. این سرویس‌های کلیدی 5G، از جمله eMBB، URLLC و mMTC را پشتیبانی می‌کند که بر روی یک معماری یکپارچه اجرا می‌شوند و همزمان از حالت‌های NSA و SA پشتیبانی می‌کنند.