MForum.ru
09.01.2018,
В декабре 2017 в рамках 3GPP были завершены работы над первыми спецификациями систем мобильной связи пятого поколения (5G) [1]. Это означает, что уже очень скоро мы сможем увидеть первые образцы оборудования и первые сети 5G.
Лидия Варукина, к.т.н., директор по технологическому развитию Nokia в Восточной Европе
В начале прошлого года вышла статья с обзором технологии 5G и статуса стандартизации [2]. В продолжение первой публикации в данной статье покажем те технологические составляющие 5G, которые достигли статуса стандарта на данный момент.
Как и планировалось к концу 2017 были одобрены первые спецификации радиоподсистемы релиза 15 3GPP, так называемой «фазы 0» стандарта 5G. Планы по стандартизации систем 5G в рамках 3GPP показаны на рис. 1. В спецификациях фазы 0 определены минимальный набор требований, архитектура и протоколы, необходимые для запуска сетей 5G.
Из нескольких прорабатываемых вариантов архитектуры сети [2] сейчас специфицирован вариант неавтономной архитектуры 5G (Non-Standalone), см. рис. 2. Такая архитектура упрощает запуск первых сетей 5G, так как в этом случае можно использовать существующие опорные сети LTE (EPC). В такой сети 5G-базовые станции (gNB) работают в связке с LTE-базовыми станциями (eNB). Абонентская станция взаимодействует одновременно с базовой станцией LTE и базовой станцией 5G, т.е. работает в режиме «двойного соединения» (dual-connectivity).
В случае неавтономной архитектуры сети базовые станции LTE должны поддерживать расширенный функционал для взаимодействия с базовыми станциями 5G, в частности, для передачи трафика управления для базовых станций 5G. Этот набор функционала является предметом спецификаций LTE и должен быть зафиксирован в спецификациях релиза 15 в первом квартале 2018 г. В сети автономной архитектуры базовые станции 5G будут работать в связке с новой опорной сетью 5G (NGC). Варианты автономной архитектуры сети 5G (Standalone) будут стандартизированы в середине 2018 г. в рамках полноценного релиза 15.
Из архитектурных вопросов в исследовательских группах по радиодоступу в 3GPP рассматривались также варианты новой архитектуры в подсистеме радиодоступа [2] для внедрения технологии облачных вычислений. Подсистема базовых станций 5G может быть реализована с использованием централизованной топологии, где средства цифровой обработки сигналов и управления базовой станции располагаются в центральном узле c облачной инфраструктурой, а приемопередающее радиооборудование располагается на радиосайтах.
Для снижения нагрузки на транспорт между центральным узлом и радиосайтами (fronthaul), см. рис. 3, рассматривалось несколько вариантов разделения между ними функций цифровой обработки и управления [2]. К сожалению, в рамках 3GPP на данный момент не достигнуто консенсуса по разделению функций. Но другой индустриальный форум Common Public Radio Interface (CPRI) принял спецификацию с требованиями к транспортному каналу между указанными элементами – «усовершенстованный общий открытый радиоинтерфейс eCPRI» [3]. В спецификации содержатся требования к физическому уровню и протоколам транспортного канала для нескольких вариантов разделения функций цифровой обработки сигналов между центральным узлом и радиосайтами. Использование спецификаций eCPRI может позволить передавать трафик между центральным узлом и радиосайтами через пакетные сети, работающие по протоколам Ethernet или IP, если эти сети будут удовлетворять требованиям по пропускной способности и задержке в радиоподсистеме.
Что касается целевых сценариев использования сетей 5G: улучшенный мобильный широкополосный доступ (enhanced Mobile Broadband, eMBB); массовое подключение и обмен данными между машинными терминалами (massive Machine Type Communications, mMTC); ультранадежная связь с низкими задержками (Ultra-Reliable and Low Latency Communications, URLLC), то на данный момент в релизе 15 спецификаций прописаны процедуры для сервисов eMBB. В первом квартале 2018 г. должны быть завершены работы над процедурами для поддержки URLLC. А поддержка сервисов mMTC должна стать предметом спецификаций релиза 16.
Радиоинтерфейс в сетях 5G – New Radio (NR) – специфицирован для диапазонов частот до 40 ГГц и базируется на технологии ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) [4]. На данный момент решено для систем 5G на линии вниз использовать технологию CP-OFDM (Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing/ортогональное частотное мультиплексирование с использованием циклического префикса). А для линии вверх помимо CP-OFDM есть возможность также использовать технологию DFT-S-OFDM (Discrete Fourier Transform – Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing/ ортогональное частотное мультиплексирование с предобработкой на базе дискретного преобразования Фурье). Параметры OFDM для радиоинтерфейса NR представлены в табл. 1.
Таблица 1. Варианты параметров OFDM
В частотной области, как и в системах LTE, поднесущие OFDM объединяются в ресурсные блоки группами по 12 последовательных поднесущих. В отличие от системы LTE размер ресурсного блока на несущей NR варьируется в зависимости от разноса между поднесущими.
Во временной области, как и в системах LTE, ресурсы объединяются в кадры длительностью 10 мс, состоящие из 10 субкадров, каждый по 1 мс. В отличие от системы LTE количество символов OFDM в кадре и субкадре варьируется. Минимальный интервал передачи – слот – формируется из 14 символов при использовании обычного циклического префикса и из 12 символов в случае расширенного циклического префикса (необходим для обеспечения связи в сотах большого радиуса, применяется только при разносе поднесущих 60 кГц). Кроме того, для поддержки сервисов с минимальными задержками (URLLC) применяются минислоты – интервалы передачи с числом символов 2, 4 или 7. Таким образом, наименьший достижимый интервал передачи в системе 5G может составлять ~ 18 мкс (при разносе поднесущих 120 кГц). Это определяет теоретически минимальную задержку передачи пакетов в радиоподсистеме NR, которая примерно на порядок больше длительности минимального интервала передачи.
Одним из кардинальных изменений в технологии 5G по сравнению с LTE является использование массивных многоантенных систем (Massive Multiple-Input-Multiple-Output) и поддержка их, начиная с самого первого релиза спецификаций NR. Под массивными многоантенными системами понимаются системы, в которых на базовых станциях используется большое число управляемых антенн, или приемо-передающих трактов, более 8. В абонентских станциях ввиду компактности этих устройств реализуется, конечно, гораздо меньше приемо-передатчиков и антенн. Сейчас в спецификациях релиза 15 включено требование по поддержке, как минимум, 4 приемных и 2 передающих антенн.
Большое число управляемых антенн на базовой станции позволяет эффективно сформировать фиксированный набор узконаправленных лучей. Концепция Massive MIMO в системах 5G подразумевает обслуживание пользователей в различных пространственных сегментах одного сектора базовой станции, или внутри узконаправленных лучей, см. рис. 4.
Такая концепция позволяет также эффективно реализовать многопользовательские схемы MIMO (Multi User MIMO), когда несколько пользователей обслуживаются в разных пространственных сегментах, разных лучах диаграммы направленности антенны, и им предоставляются одни и те же частотно-временные ресурсы радиоканала.
Для базовых станций в релизе 15 сейчас специфицированы процедуры поддержки до 32 передающих трактов (antenna port) и до 8 пространственных уровней (layer) на линии вниз. А в случае реализации MU-MIMO можно сформировать даже до 12 пространственных уровней. [5]
Технология Massive MIMO позволяет в несколько раз увеличить пропускную способность системы по сравнению с технологией MIMO. Другим неоспоримым достоинством технологии Massive MIMO является значительное улучшение радиопокрытия как на линии вниз, так и на линии вверх.
Для улучшения радиопокрытия сетей 5G в высоких диапазонах частот, где ограничивающей по дальности связи, как правило, будет являться линия вверх, также предусмотрена возможность работы с дополнительной несущей на линии вверх (Supplementary Uplink) в более низком диапазоне частот.
На данный момент в спецификации релиза 15 вошли около 30 диапазонов частот [6]. Приведем здесь список ключевых для Европы диапазонов частот, табл. 2.
В табл. 3. сведены основные особенности радиоинтерфейса 5G, релиз 15, в сравнении с LTE-Advanced, релиз 10 (отправная точка для реализации систем 4-го поколения).
Несмотря на то, что основные принципы дизайна радиоинтерфейсов 4G и 5G и даже многие их параметры совпадают, имеются существенные различия между производительностью и эффективностью систем этих двух поколений. Даже без учета выигрыша от Massive MIMO (т.е. при использовании схемы MIMO одного и того же порядка) спектральная эффективность в системе 5G может быть по предварительным оценкам на 50% - 80% выше, чем в системе 4G, за счет:
Будем ожидать первых запусков сетей 5G, тестирования уже стандартизированных решений и проверки результатов многолетних исследований огромных индустриальных институтов.
Литература
+
Подписывайтесь на Telegram-канал, посвященный телекому и ИТ
теги: пятое поколение
+ +
© Лидия Варукина, к.т.н., директор по технологическому развитию Nokia в Восточной Европе,
Публикации по теме:
05.06.2026. Samsung и MediaTek показали 670 Мбит/с в восходящем канале 5G
29.05.2026. Лед тронулся? Каким будет 5G в России в ближайшие годы
24.05.2026. Миландр обеспечил импортзамещение ряда изделий, необходимых для отечественных БС 5G
18.05.2026. Билайн показал на ЦИПР-2026 сеть p5G на отечественном оборудовании
18.05.2026. На телефонах клиентов Билайн в 11 городах появилась индикация 5G
15.05.2026. Ericsson предупреждает операторов - они упускают возможности, связанные с 5G и ИИ
14.05.2026. Абоненты Билайн могут пользоваться 5G - в международном роуминге
30.04.2026. Британская EE подключила к сети 5G+ более 50 млн человек
30.04.2026. "Билайн бизнес" представил проект решения для управления горными работами pLTE/5G
26.04.2026. Балтийские страны построят сплошное покрытие 5G вдоль автомагистрали Via Baltica
10.04.2026. Оператор сети 5G SA Perfectum начал экспансию за пределы Ташкента
10.04.2026. Realme C100 4G – в000 мАч, IP69K и Helio G92 Max за 292 доллара
03.04.2026. 1 апреля 2026 года в Беларуси объявили о запуске 5G в коммерческую эксплуатацию
02.04.2026. Yadro инвестирует 135 млрд рублей в развитие 5G до 2031 года
19.03.2026. Сети 5G в России должны будут уметь использовать отечественный алгоритм шифрования
09.03.2026. Oppo представит новый складной смартфон OPPO Find N6 с "невидимой складкой" экрана
11.02.2026. В МТС готовятся к запуску 5G
09.02.2026. Аналитики прогнозируют резкий рост объема мирового рынка решений 5G
04.02.2026. Частные сети 5G станут эффективнее с технологией XCOM RAN?
13.09. В Японии успешно испытали беспроводный безбатарейный датчик утечки воды
13.09. Первый серийный фотолитограф ЗНТЦ 350 нм будет использовать компания «Маппер»
12.09. ASML раскрыла дорожную карту литографии: после High-NA последует Hyper-NA с апертурой 0,75
11.09. АО «Трамплин Холдинг» вложилась в дизайн-центр Malt System
11.09. МегаФон запустил в России сеть 5G
11.09. Билайн запустил 5G с увеличением скорости мобильного интернета в зоне покрытия до 30%
11.09. Т2 о запуске сети 5G в России
11.09. МТС открыла абонентам скоростную гигабитную сеть в 5 городах и включила 5G на частотах LTE
11.09. Минцифры объявило о запуске 5G в России в 16 городах
11.09. Сети NTN 5G и спутниковая подключенность - взгляд GSA
10.09. Ericsson развернула p5G в аэропорту США
10.09. MWS Cloud: ритейл стал лидером по потреблению услуг резервного копирования
09.09. Дата-центры снижают долю использования воздушного охлаждения в пользу жидкостных методов
09.09. CXMT начала массовый выпуск LPDDR6 - китайский производитель догоняет лидеров
09.09. Qualcomm заключает сделку с Amazon о разработке кастомных ИИ-чипов
11.09. HMD возрождает бренд Asha - представлен бюджетный смартфон Asha 30
11.09. Apple представила AirPods 5 – улучшенное шумоподавление и Live Translation
11.09. Apple представила Watch Series 12 и Watch Ultra 4 – новый чип S11 и рекордная автономность
10.09. Apple представила iPhone 18 Pro и 18 Pro Max: 2-нм чип A20 Pro и камера с переменной диафрагмой
10.09. Apple iPhone Duo – первый складной смартфон Apple оценен в $1999
10.09. Realme представит 16 Pro и Buds T500 Pro в стилистике вселенной Гарри Поттера
10.09. Tecno Camon Slim 5G получил корпус толщиной 6.39 мм, 144 Гц AMOLED-экран и АКБ 6000 мАч
09.09. Xiaomi Pad 9 Pro Max – флагманский планшет на Xring O3 с 13.3" 144 Гц и 12000 мАч
09.09. Oppo A7 Pro с АКБ 8000 мАч, зарядкой 45 Вт и ценой от $330 представлен в Китае
09.09. Infinix Xpad 30 Pro с 2.5K-экраном и АКБ 8200 мАч представлен глобально
08.09. Samsung Galaxy A07s – доступный смартфон с шестью годами обновлений
08.09. Xplora Go Pad – планшет для детей с упором на родительский контроль
08.09. Появилась информация дизайне и характеристиках Poco C95 Pro 4G
07.09. Xiaomi Smart Band 11 стал ярче, тоньше и дольше работает
07.09. Oppo A7 Pro с АКБ 8000 мАч, IP69K и AI-защитой замечен в официальном листинге
07.09. Motorola Edge 70 Plus с 200 МП камерой и АКБ 6500 мАч представлен в Европе
07.09. Poco X8 Power с АКБ 10 000 мАч, зарядкой 100 Вт и защитой IP69 представлен в Индии
05.09. Lenovo Yoga Tab Gen 2 и Plus Gen 2 – экран 4K@144 Гц, 7 лет обновлений и AI-функции
04.09. Poco F9 Pro с экраном 10 000 нит при 185 Гц и АКБ 6330 мАч дебютировал глобально
03.09. Poco X8 с AMOLED-экраном 1.5K@120 Гц и защитой IP69 представлен глобально