Tehnologii utilizate în comunicațiile 5G

Frecvențe New Radio

Interfața aeriană definită de 3GPP pentru 5G este cunoscută sub numele de New Radio (NR), iar specificația este subdivizată în două benzi de frecvență, FR1 (sub 6 GHz) și FR2 (24–54 GHz).

Gama de frecvență 1 (< 6 GHz)

Lățimea de bandă maximă a canalului definită pentru FR1 este de 100 MHz, din cauza deficitului de spectru continuu în acest interval de frecvențe aglomerat. Banda cea mai utilizată pentru 5G în acest interval este 3,3–4,2 GHz. Operatorii coreeni folosesc banda n78 la 3,5 GHz.

Gama de frecvență 2 (24–54 GHz)

Lățimea de bandă minimă a canalului definită pentru FR2 este de 50 MHz, iar cea maximă este de 400 MHz, cu agregarea pe două canale acceptată în 3GPP Versiunea 15. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea de a accepta viteze mari de transfer de date.

Acoperire FR2

5G în intervalul de 24 GHz sau mai sus utilizează frecvențe mai mari decât 4G și, prin urmare, unele semnale 5G nu sunt capabile să parcurgă distanțe mari (peste câteva sute de metri), spre deosebire de semnalele 4G sau cu frecvență mai mică (sub 6 GHz). Acest lucru necesită plasarea stațiilor de bază 5G la fiecare câteva sute de metri pentru a utiliza benzi de frecvență mai înalte. De asemenea, aceste semnale 5G cu frecvență mai mare nu pot pătrunde cu ușurință în obiectele solide, cum ar fi mașinile, copacii și pereții, din cauza naturii acestor unde electromagnetice de frecvență mai înaltă. Celulele 5G pot fi proiectate în mod deliberat pentru a fi cât mai discrete posibil, ceea ce găsește aplicații în locuri precum restaurante și centre comerciale.[54]

Tipuri de celule		Mediu de implementare	Numărul max. de utilizatori	Putere de ieșire (mW)	Distanța max. față de stația de bază
5G NR FR2	Femtocelule	Case, afaceri	Acasă: 4–8 Afaceri: 16–32	în interior: 10–100 în aer liber: 200–1,000	zeci de metri
	Picocelule	Zone publice cum ar fi centre comerciale, aeroporturi, gări, zgârie-nori	64 până la 128	în interior: 100–250 în aer liber: 1,000–5,000	zeci de metri
	Microcelule	Zonele urbane pentru a umple golurile de acoperire	128 până la 256	în aer liber: 5,000−10,000	câteva sute de metri
	Metrocelule	Zonele urbane pentru a oferi capacitate suplimentară	mai mult de 250	în aer liber: 10,000−20,000	sute de metri
Wi-Fi (pentru comparație)		Case, afaceri	mai putin de 50	în interior: 20–100 în aer liber: 200–1,000	câțiva zeci de metri

MIMO masiv

Sistemele MIMO folosesc mai multe antene la capetele emițătorului și receptorului unui sistem de comunicații fără fir. Antenele multiple folosesc dimensiunea spațială pentru multiplexare în plus față de cele de timp și frecvență, fără a modifica cerințele de lățime de bandă ale sistemului.

Antenele masive MIMO (cu intrări multiple și ieșiri multiple) măresc debitul sectorului și densitatea capacității utilizând un număr mare de antene. Aceasta include MIMO pentru un singur utilizator și MIMO pentru mai mulți utilizatori (MU-MIMO). Fiecare antenă este controlată individual și poate încorpora componente ale transceiver-ului radio. Nokia a susținut o creștere de cinci ori a creșterii capacității pentru un sistem de antenă 64-Tx/64-Rx.

Sistem periferic (Edge computing)

Edge computing este furnizat de servere de calcul mai aproape de utilizatorul final. Reduce latența și congestionarea traficului de date.[55][56]

Celulă mică

Celulele mici sunt noduri de acces radio celular cu putere redusă care funcționează în spectru licențiat și fără licență, care au o rază de acțiune de la 10 metri până la câțiva kilometri. Celulele mici sunt esențiale pentru rețelele 5G, deoarece undele radio ale 5G nu pot călători pe distanțe lungi, din cauza frecvențelor mai mari ale 5G.

Filtrarea spațială (Beamforming)

Există două tipuri de beamforming: digital și analogic. Beamforming digital implică trimiterea datelor prin mai multe fluxuri (straturi), în timp ce beamforming analogic modelează undele radio pentru a îndrepta într-o direcție specifică. Tehnica analogică BF combină puterea elementelor matricei de antene în așa fel încât semnalele din anumite unghiuri suferă interferențe constructive, în timp ce alte semnale care indică alte unghiuri suferă interferențe distructive. Acest lucru îmbunătățește calitatea semnalului în direcția specifică, precum și vitezele de transfer de date. 5G utilizează atât formarea fasciculului digital, cât și analogic pentru a îmbunătăți capacitatea sistemului.

Convergența dintre Wi-Fi și celular

Un beneficiu așteptat al tranziției la 5G este convergența mai multor funcții de rețea pentru a obține reduceri de cost, putere și complexitate. LTE a vizat convergența cu banda/tehnologia Wi-Fi prin diferite eforturi, cum ar fi accesul asistat de licență (LAA; semnal 5G în benzi de frecvență fără licență care sunt utilizate și de Wi-Fi) și agregarea LTE-WLAN (LWA; convergența cu Wi-Fi). Fi Radio), dar capacitățile diferite ale celularelor și Wi-Fi au limitat domeniul de convergență. Cu toate acestea, îmbunătățirea semnificativă a specificațiilor de performanță celulară în 5G, combinată cu migrarea de la Rețeaua de acces radio distribuită (D-RAN) la RAN în cloud sau centralizat (C-RAN) și lansarea celulelor mici poate reduce decalajul dintre Wi-Fi și rețele celulare în implementări dense și în interior. Convergența radio ar putea duce la partajare, de la agregarea canalelor celulare și Wi-Fi până la utilizarea unui singur dispozitiv de siliciu pentru mai multe tehnologii de acces radio.

NOMA (acces multiplu non-ortogonal)

NOMA (non-orthogonal multiple access) este o tehnică de acces multiplu propusă pentru viitoarele sisteme celulare prin alocare de putere.

SDN/NFV

Inițial, tehnologiile de comunicații mobile celulare au fost concepute în contextul furnizării de servicii de voce și acces la Internet. Astăzi, o nouă eră a instrumentelor și tehnologiilor inovatoare este înclinată spre dezvoltarea unui nou grup de aplicații. Acest grup de aplicații constă din diferite domenii, cum ar fi Internetul lucrurilor (IoT), rețeaua de vehicule autonome conectate, roboți controlați de la distanță și senzori eterogene conectați pentru a servi aplicații versatile.[57] În acest context, segmentarea rețelei a apărut ca o tehnologie cheie pentru a îmbrățișa eficient acest nou model de piață.[58]

Codarea canalului

Tehnicile de codare a canalelor pentru 5G NR s-au schimbat de la coduri Turbo în 4G la coduri polare pentru canalele de control și LDPC (coduri de verificare a parității cu densitate scăzută) pentru canalele de date.[59][60]

Funcționare în spectru fără licență

În decembrie 2018, 3GPP a început să lucreze la specificații de spectru fără licență cunoscute sub numele de 5G NR-U, vizând versiunea 16 a 3GPP.[61] Qualcomm a făcut o propunere similară pentru LTE în spectru fără licență.

5G-Advanced

5G-Advanced este un nume pentru versiunea 18 a 3GPP, care din 2021 este în curs de dezvoltare conceptuală.[62][63][64]

Referințe

54. „5G speed vs 5G range-What is the value of 5G speed,5G range”. rfwireless-world.com. Archived
55. „IT Needs to Start Thinking About 5G and Edge Cloud Computing”. February 7, 2018. Archived
56. „Mobile Edge Computing – An Important Ingredient of 5G Networks”. IEEE Softwarization. March 2016. Archived
57. „WS-21: SDN5GSC – Software Defined Networking for 5G Architecture in Smart Communities”. IEEE Global Communications Conference. May 17, 2018. Archived
58. Ordonez-Lucena, J.; Ameigeiras, P.; Lopez, D.; Ramos-Munoz, J. J.; Lorca, J.; Folgueira, J. (2017). „Network Slicing for 5G with SDN/NFV: Concepts, Architectures, and Challenges”. IEEE Communications Magazine. 55 (5): 80–87. arXiv:1703.04676. Bibcode:2017arXiv170304676O. doi:10.1109/MCOM.2017.1600935. hdl:10481/45368. ISSN 0163-6804. S2CID 206456434.
59. „5G Channel Coding” (PDF). Archived from the original (PDF) on December 6, 2018.
60. Maunder, Robert (September 2016). „A Vision for 5G Channel Coding” (PDF). Archived from the original (PDF)
61. „5G NR 3GPP | 5G NR Qualcomm”. Qualcomm. December 12, 2018. Archived
62. „Release 18”. www.3gpp.org.
63. „5G-Advanced’s system architecture begins taking shape at 3GPP”. Nokia.
64. „Four ways 5G-Advanced will transform our industry”. Nokia.

Include text tradus și adaptat din Wikipedia