Шляхи вдосконалення 5G до 5G Advanced

Размещено на http://www.allbest.ru/

Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації імені Героїв Крут, м. Київ

Шляхи вдосконалення 5G до 5G Advanced

Яковчук Олександр Вікторович

Зінченко Михайло Олександрович

Лазута Роман Романович

Коваленко Ілля Григорович

Процюк Юрій Олександрович

Коротченко Людмила Анатоліївна

Атаманенко Микола Валерійович

Зіборєва Ольга Борисівна

Пантась Сергій Олегович

Пантась Іван Олегович



Анотація

інноваційний технологія мобільний зв'язок

Мережі мобільного зв'язку п'ятого покоління протягом найближчих років мають стати невід'ємною частиною цифровізації України в багатьох галузях. Досягнуті на теперішній час основні характеристики і параметри мережі 5G можуть бути істотно поліпшені в нових вдосконалених варіантах реалізації, спрямованих на створення наступної фази розвитку мобільного зв'язку - 5G Advanced.

В статті докладно аналізуються інноваційні технології, задіяні в розвитку перспективних мереж зв'язку наступних поколінь. Визначаються їх переваги та сфери застосування. Докладно проводиться аналіз поточної діяльності Партнерського проєкту розробки стандартів 3GPP з формування технічних вимог і характеристик мобільних мереж покоління 5G останніх версій. Ці вимоги та характеристики містять близько 50 інноваційних технологій і 400 перспективних тем досліджень з різних аспектів еволюційного розвитку мереж 5G у напрямку 5G Advanced. Окремо розглядаються стандартизація вдосконалених технологій фізичного рівня мережі радіодоступу 5G RAN, інтерфейсу 5G NR, архітектури мережі радіодоступу 5G RAN, NR Light, радіодоступу NR для підтримки неназемних мереж, використання спектра до 71 ГГц, мережевих шарів RAN Slicing для радіоінтерфейсу NR, управління приватними мережами та розширена підтримка непублічних мереж 5G, поділу мережі 5G на мережеві шари, підключення, ідентифікації та відстеження БПЛА, граничних обчислень (MEC) у 5G Core, технології розширеної реальності в мережах 5G.

Проведений в статті аналіз новітніх технологій та їх стандартизації дозволяє поглянути в майбутнє розвитку мобільних мереж зв'язку та оцінити переваги розвитку інформаційних технологій, еволюції мереж покоління 5G у напрямі 5G Advanced, що характеризуватиметься більш досконалими функціональними можливостями, а також вищими технічними характеристиками і параметрами.

Ключові слова: партнерський проєкт 3GPP, мережі 5G, 5G Advanced, інноваційні технології 5G.



Yakovchuk Oleksandr Viktorovych Head of the Research Department - Deputy Head of the Research Department, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Zinchenko Mikhail Oleksandrovych Head of the Research and Development Department, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Lazuta Roman Romanovich Head of the Research Department, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Kovalenko Illia Grigorovich Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Protsiuk Yurii Oleksandrovych Leading Researcher, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Korotchenko Liudmyla Anatolievna Leading Researcher, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Atamanenko Nikolay Valerievich Junior Researcher, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Ziborieva Olga Borisovna Doctor of Philosophy in Law, Senior Assistant to the Head of the Scientific and Organisational Department, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Pantas Sergey Olegovich Senior Lecturer at the Department of Telecommunication Systems and Networks, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Pantas Ivan Olegovich Lecturer at the Department of Telecommunication Systems and Networks, Kruty Heroes Military Institute of Telecommunications and Information Technology, Kyiv

Ways to upgrade 5G to 5G Advanced



Abstract

Over the next few years, fifth-generation mobile communication networks are poised to become an integral part of Ukraine's digitization across various sectors. The fundamental characteristics and parameters of the current 5G network can be significantly enhanced in new improved implementations aimed at creating the next phase of mobile communication development - 5G Advanced.

This article provides a detailed analysis of innovative technologies involved in shaping the future generations of communication networks. The advantages and application areas of these technologies are identified. The paper extensively examines the ongoing activities of the Partnership Project for 3rd Generation Partnership Project (3GPP) standards development, focusing on defining technical requirements and characteristics of 5G mobile networks' latest versions. These requirements and characteristics encompass around 50 innovative technologies and 400 prospective research topics from various aspects of the evolutionary development of 5G networks towards 5G Advanced.

The article separately addresses the standardization of enhanced technologies in the physical layer of the 5G Radio Access Network (RAN), 5G New Radio (NR) interface, 5G RAN architecture, NR Light, NR Radio Access for non-terrestrial networks, spectrum utilization up to 71 GHz, RAN Slicing for NR radio interface, private network management, extended support for private 5G networks, network slicing in 5G, connection, identification, and tracking of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), Multi-access Edge Computing (MEC) in 5G Core, and augmented reality technologies in 5G networks.

The analysis of cutting-edge technologies and their standardization in this article provides insights into the future development of mobile communication networks, evaluating the benefits of information technology development, the evolution of 5G networks towards 5G Advanced. This evolution is characterized by more advanced functional capabilities and higher technical characteristics and parameters.

Keywords: 3GPP partnership project, 5G networks, 5G Advanced, innovative 5G technologies



Постановка проблеми

Мережі мобільного зв'язку п'ятого покоління протягом найближчих років мають стати невід'ємною частиною цифровізації України в багатьох галузях. Досягнуті сьогодні ключові характеристики і параметри мережі 5G у Релізах 15 і 16 можуть бути істотно поліпшені в нових Релізах 3GPP, спрямованих на створення наступної фази розвитку мобільного зв'язку - 5G Advanced.

Стандартизація технічних специфікацій мобільного стільникового зв'язку відіграє вирішальну роль у забезпеченні майбутніх інновацій, що розробляються 3GPP та іншими організаціями зі стандартизації. Кожна хвиля інновацій 5G структурується як черговий Реліз цього Партнерського проєкту, в якому надано набір функціональних можливостей і технологій мобільного бездротового зв'язку.

Наразі постає актуальною постає задача визначення тенденцій подальшого розвитку стандартів мобільних мереж 5GG, аналізу інноваційних технологій, що впроваджуються, їх переваг та можливих сфер застосування.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Після успішного завершення Релізу 16 в 3GPP було розпочато роботу з формування наступної хвилі інновацій, згрупованих у Релізі 17. Було затверджено пакет із приблизно 50 нових проєктів. Реліз 17 являє собою набір технічних специфікацій (вимог), спрямованих на подальше вдосконалення технологій мереж 5G у фазі 3.

На пленарному засіданні 3GPP TSG# 87 було погоджено пропозицію керівництва цільових (TSG) і робочих (WG) груп щодо подовження робіт зі створення Релізу 17 спочатку на три місяці, а потім і перенесення низки термінів завершення робіт над технічними специфікаціями через використання в діяльності онлайн - зборів. Практика показала, що такий формат роботи 3GPP не давав змоги оперативно узгоджувати позиції для досягнення взаєморозуміння між розробниками технічних специфікацій і призводив до тривалого листування з метою досягнення консенсусу. Прийняті в план роботи 3GPP зміни передбачають [1]:

заморожування технічних специфічних специфікацій Релізу 17 у частині досліджень робочої підгрупи RAN1 (опис функцій і процедур у загальному вигляді, логічний аналіз, опис потоків повідомлень і функціональних елементів);

заморожування технічних специфікацій Релізу 17 фази 3 (опис процедур, повідомлень та інформаційних елементів (IE), визначення поведінки обладнання для забезпечення сумісності з різними постачальниками);

закриття доповнень до технічних специфікацій Релізу 17 (опис нотацій кодування ASN.1 та інтерфейсів Open API);

заморожування зміни до мережі радіодоступу RAN.

До Релізу 17, який знаходиться на стадії розробки, були включені такі інноваційні технології, що стосуються неназемних мереж зв'язку (NTN) (супутникових мереж і мереж на високопіднятих на дирижаблях платформах), промислових бездротових сенсорних мереж (IWSN), транспортних засобів, приєднаних “до всього” (V2X), промислового Інтернету (IIoT), розширеного широкосмугового мобільного та фіксованого бездротового доступу (eMBB і FWA).

Наступним кроком у розвитку мобільного зв'язку п'ятого покоління стане Реліз 18 (рис. 1), який сформує вигляд еволюційного розвитку мереж 5G Advanced.



Рис. 1. Плани робіт 3GPP щодо Релізу 18

В ході формування Релізу 18 були визначені офіційний логотип нової фази розвитку 5G Advanced і робочі плани спеціальних цільових груп проєкту. Пропозиції 3GPP щодо тематики робіт для Релізу 18 зосереджені в галузях:

функціональної еволюції на основі послуг eMBB;

функціональної еволюції, не пов'язаної з послугами eMBB (тобто орієнтованої на uRLLC і mMTC);

крос-функціональності, як для еволюції послуг eMBB, так і для сервісів не-eMBB.

Наразі починає готуватися технічний звіт TR 21.918 “Release description; Release 18” [2], у якому буде визначено основні технології, що розвиваються в мережах 5G Advanced.

Мета статті - Аналіз інноваційних радіотехнологій подальшого розвитку перспективних мобільних мереж зв'язку 5G.

Виклад основного матеріалу

Загальна стратегія та напрямки робіт у Релізі 17.

Загальну стратегію робіт Партнерського проєкту 3GPP можна структурувати за основними складовими системи 5G. Необхідно пояснити, що відмінність поняття “система 5G” від поняття “мережа 5G” полягає у включенні до системи 5G (скорочено: 5GS) функціональності абонентського обладнання 5G UE згідно з TS23.501 [3].

Дослідження Релізу 17 зосереджені в кількох ключових галузях системи 5G, частина їх уже перебуває на стадії впровадження в обладнання провідними вендорами (рис. 2).

Рис. 2. Основні поліпшення та інноваційні технології Релізу 17

До них належать: покращення покриття та позиціонування (перехід від метрів до сантиметрів), удосконалення роботи радіоінтерфейсу NR та покращення якості сприйняття послуг QoE для різних мережевих шарів 5G, додавання нових частотних діапазонів до піддіапазонів FR1 (нижні та середні діапазони радіохвиль) та FR2 (міліметровий діапазон хвиль, ММДХ), створення пристроїв зі зменшеною пропускною спроможністю в радіоінтерфейсі NR, розширення підтримки приватних мереж (NPN), вдосконалення підтримки безпілотних повітряних систем зв'язку для дронів, підтримка мобільних граничних обчислень (MEC) в опорній мережі 5G Core, надання послуг на основі прямої взаємодії 5G UE (proximity services) у 5GS, автоматизація мережі 5G для фази 2 і функцій управління, покращення технології комутації та поділу трафіку доступу (ATSSS) для забезпечення безперебійної спільної роботи мереж 5G і Wi-Fi/Wi-Fi 6Е.

Завдання Релізу 17, на які також слід звернути увагу фахівцям, включають наступні рішення та інновації: послуги uRLLC промислового Інтернету речей через радіоінтерфейс NR, підтримка радіоінтерфейсу NR у неназемних мережах (супутникових і HAPS - на висотних платформах), антени та алгоритми Massive MIMO, інтегрований доступ через базові станції gNB для транзитних з'єднань у мережах 5G (IAB), позиціонування MBS, багатоадресні та широкомовні послуги NR, мережеві шари в мережі радіодоступу RAN для радіоінтерфейсу NR, бічної лінії зв'язку NR (Side Link), можливості подвійного підключення (multi- RAT), підтримки абонентських послуг пристроїв з кількома SIM - картками (MUSIM) для радіоінтерфейсів LTE/NR, передача “малих” даних у радіоінтерфейсі NR у неактивному стані та послуги пріоритету мультимедіа. І це лише деякі з них.

Стандартизація вдосконаленого фізичного рівня мережі радіодоступу 5G RAN.

Підгрупа RAN1 (Фізичний рівень мережі радіодоступу) розпочала роботи над кількома функціями фізичного рівня, що забезпечують підвищення загальної ефективності та продуктивності технік радіоінтерфейсу 5G NR: вдосконалення технології MIMO, покращення спільного використання спектра, удосконалення енергозбереження та покращення покриття UE. Підгрупа RAN1 також проводить необхідні дослідження та специфікацію технічних вимог для поліпшення фізичного рівня в смугах частот від 52,6 і до 71 ГГц.

Крім того, буде вдосконалено технологію позиціонування мережі 5G для задоволення суворих вимог до точності та затримки для промислових приміщень і всередині приміщень. Додано додаткові функціональні можливості для промислового IoT, а також технології NB-IoT. Буде додано підтримку специфікацій для комбінації пристроїв NR з нижчою пропускною спроможністю і розширення покриття NR для підтримки сценарію з малою мобільністю для великих сот (LMLC), важливого для впровадження 5G у країнах, що розвиваються.

У межах Релізу 17 підгрупа RAN1 продовжила роботу над стандартизацією радіодоступу 5G NR для підтримки мереж неназемного доступу (NTN), а саме супутникових мереж і мереж на висотних платформах (HAPS), прокладаючи шлях до запровадження підтримки технік NB-IoT і eMTC для супутників із різними орбітами.

Стандартизація вдосконаленого інтерфейсу 5G NR.

Підгрупа RAN2 (“Рівень протоколів мережі радіодоступу”) також почала працювати над стандартизацією функцій, які спрямовані на поліпшення ефективності та продуктивності 5G NR: удосконалення технології Multi Radio в режимі подвійного приєднання (DC) та агрегації спектра (CA), поліпшення технології інтегрованого доступу та транспортної мережі (IAB), використання інтерфейсу 5G NR для передавання невеликих даних, підвищення енергоощадності в абонентському пристрої (UE), покращення рішень самоорганізованих мереж SON/технології багатоадресних передач MDT (Multicast Transmission). Підгрупа RAN2 забезпечить стандартизацію технології багатоадресних передач MDT, приділяючи особливу увагу функціональності багатоадресного розсилання для однієї соти в напрямку мультистільникового передавання. Важливо зазначити, що багато адресна розсилка буде повністю повторно використовувати фізичний рівень одноадресного передавання протоколу NR для підвищення можливостей багатоадресного розсилання, координації пошукового виклику для UE з декількома SIM-картами MU SIM.

Стандартизація вдосконаленої архітектури мережі радіодоступу 5G RAN.

Підгрупа RAN3 (“Рівень архітектури мережі радіодоступу”) працює в даний час над QoE для мережі радіодоступу 5G NG - RAN і протоколу 5G NR, розпочавши з дослідження функції QoE в мережі 5G та її відмінностей від мереж LTE.

Треба зазначити, що архітектура мережі радіодоступу 5G NG-RAN є більш універсальною, ніж мережа радіодоступу RAN LTE завдяки структуруванню базових станцій gNB, що охоплює: поділ функцій у площині управління та площині користувача, а також поділ на радіомодуль/ радіоголовку (gNB-RU), центрально-центральний модуль (gNB -CU) і розподілений модуль (gNB-DU). Виходячи з прийнятого структурування, підгрупа RAN3 додасть до технічних специфікацій 3GPP підтримку поділу площин CP-UP у мережах 4G, щоб мережі LTE також могли скористатися деякими з нових функцій мережі радіодоступу 5G NG -RAN. Будуть також стандартизовані функції віртуальної мережі радіодоступу vNG- RAN на основі технології RAN Slicing.

Нові технології Релізу 17.

Розглянемо найважливіші та найцікавіші для майбутнього розвитку мереж 5G і створення нових додатків 5G інноваційні технології та рішення, стандартизовані в Релізі 17 [5-8].

NR Light.

Технологія NR Light ґрунтуватиметься на новому типі абонентських пристроїв, що працюють з радіоінтерфейсом NR Light і мережею радіодоступу NG-RAN, які спеціально розроблені для підтримки промислових бездротових сенсорних мереж. Метою даної технології є розробка економічних абонентських пристроїв з можливостями, що знаходяться між повнофункціональними абонентськими пристроями для технології Full NR і пристроями бездротового доступу LPWAN з низьким енергоспоживанням (наприклад, NB-IoT/eMTC). Вона буде використовувати стандартні радіоблоки NR включно з нумерологією та смугою пропускання SSB, яка буде доповнена вдосконаленнями для задоволення нових вимог, таких як зниження складності та зменшення енергоспоживання UE.

Сформульовані вимоги до технології NR Light мають враховувати нові сценарії та варіанти використання пристроїв IoT, які не можуть бути виконані технологіями eMTC і NB-IoT (рис. 3):

- збільшення швидкості передавання даних і надійність, менша затримка, ніж у eMTC і NB-IoT;

нижча вартість/складність і більший час автономної роботи, ніж у NR eMBB;

ширше охоплення, ніж у пристроїв для послуг URLLC.

Вимоги технології NR Light у мережі 5G також включають:

швидкість передавання даних до 100 Мбіт/с для підтримки, наприклад, прямої трансляції відео, візуального контролю виробництва, автоматизації виробничих процесів;

затримка близько 10-30 мс для забезпечення, наприклад, дистанційного керування БПЛА, сільськогосподарською технікою, дистанційного керування транспортним засобом;

вартість модуля NR Light порівнянна з модулями eMTC і NB-IoT для мереж LTE;

поліпшення покриття на 10-15 дБ порівняно з пристроями 5G з послугою URLLC;

термін служби батареї в 2-4 рази довший, ніж у абонентських пристроїв 5G з режимом eMBB;

створення виділених мереж 5G для обслуговування різних видів використання в промисловому середовищі для послуг IIoT;

підтримку послуг URLLC, MBB і позиціонування.



Рис. 3. Порівняння характеристик NR Light [7]

Абонентські термінали NR Light, як новий клас пристроїв, матимуть ширші можливості, ніж пристрої eMTC/NB-IoT, але кількість функцій, які вони підтримують і їх пропускна спроможність будуть меншими, ніж у пристроїв 5G NR для послуг eMBB/URLLC. Так, наприклад, абонентські пристрої NR-Light зможуть за ширини смуги частотного каналу 10 або 20 МГц забезпечуватимуть пропускну спроможність у лінії вниз (DL) до 100 Мбіт/с, а в лінії вгору (UL) до 50 Мбіт/с, що робить цю технологію більш придатною для таких сценаріїв використання, як використання пристроїв високого класу, промислові відеокамери і датчики IoT.

Технологія NR Light увійшла до числа пріоритетних робочих питань Релізу 17. Завдяки її впровадженню не буде необхідності підтримувати в одному пристрої кілька RAT. Крім того, технологія NR Light буде використовувати переваги системної архітектури 5G і такі функціональні можливості, як управління мережевими шарами, класами QoS на основі потоків даних, тощо.

Удосконалення лінії бічного зв'язку радіодоступу NR. Технологія лінії бічного зв'язку (Side Link, SL) відноситься до технології прямого зв'язку між різними вузлами (блоками) радіодоступу V2X або абонентським обладнанням 5G UE без передачі даних через мережу 5G. У мережі радіодоступу 5G, яка утворена лініями SL на основі радіоінтерфейсу NR, абонентськими пристроями V2X, вважаються транспортні засоби з бортовими блоками реєстраторів (On Board Units, OBU) V2 X, придорожні блоки зв'язку (RSU) або мобільні пристрої 5G UE, що використовуються пішоходами.

RSU передає дані блоків OBU або обмінюється даними з бортовими блоками V2X у своїй зоні зв'язку, як показано на (рис. 4) [8].

Роботи з поліпшення лінії бічного зв'язку в Релізі 17 включають такі напрямки:

поліпшення розподілу ресурсів (виділення ресурсів для зниження енергоспоживання, удосконалення для автономного режиму з метою підвищення надійності та зменшення затримки);

вдосконалення режиму DRX для лінії бічного зв'язку під час широкомовного, групового та одноадресного передавання;

використання нових смуг частот лінії SL під час роботи на одній несучій;

робота бічної лінії зв'язку в певних географічних областях для заданого діапазону частот.

Удосконалення радіодоступу NR для підтримки неназемних мереж.

Рис.4. Сценарії лінії SL з використанням радіоінтерфейсу NR (джерело: 3GPP TR 37.985)

Роботи зі стандартизації цієї технології націлені на розширення використання радіодоступу NR для мереж NTN, особливо супутникових ліній LEO (низька навколоземна орбіта) і GEO (геостаціонарні орбіти), включно з сумісністю для підтримки базових станцій високо піднятих платформ HAPS, а також сценаріїв застосування радіодоступу NR у лінії повітря-земля ATG (air- to- ground). Детальні цілі включають:

на фізичному рівні PHY: тимчасові співвідношення, тимчасова/ частотна синхронізація UL, HARQ, дизайн каналу PRACH, перемикання фідерної лінії, управління променем і робота з використанням частин смуги пропускання каналу (BWP);

на рівні протоколів: удосконалення MAC (довільний доступ, планування лінії UL, застосування режиму DRX, запит планування), а також удосконалення протоколу RLC (Radio Link Control), розташованого між рівнями PDCP і MAC, протоколу PDCP (звіт про стан, порядкова нумерація), процедури площини управління CP (режим очікування і підключення, безперервність обслуговування і мобільність);

на рівні архітектур: удосконалення архітектури NG-RAN (підтримка комутатора фідерної лінії, мережевих ідентифікаторів, реєстрації/пейджингу, взаємозв'язку сот) та аспекти використання радіочастот/охоплення частотних діапазонів, вимоги до управління радіоресурсами RRM, вимоги компенсації синхронізації UE і точності частоти.

Розширення використання спектра до 71 ГГц.

Включає дослідження використання як ліцензованих, так і неліцензованих смуг спектра для доступу за радіоінтерфейсом NR під час надання послуг 5G у вищих частотних діапазонах за такими напрямами:

використання нової нумерології та оцінки впливу на часткове використання смуг (Bandwidth Parts, BWP);

використання технологій Beamforming, HARQ, тощо;

підтримка до 64 антенних елементів;

механізми доступу до каналу включно з роботою на основі технології Beamforming;

механізми доступу до каналу для відповідності правилам неліцензо- ваного використання спектра в цій частині діапазону ММДВ;

специфікація нових діапазонів у частотному інтервалі від 52,6 до 71 ГГц.

Розширення мережевих шарів RAN Slicing для радіоінтерфейсу NR.

Проведена робота спрямована на вдосконалення підтримки RAN для поділу мережі на мережеві шари і включає забезпечення швидкого доступу абонентського пристрою до соти, що підтримує обраний шар (наприклад, повторний вибір соти на основі шару, конфігурація каналу випадкового доступу RACH на основі шару для заборони сот.

Покращення самоорганізованих мереж SON у мережі 5G.

Роботи націлені на визначення варіантів використання, вимог до мережі, а також служб управління і процедур для таких функцій SON:

оптимізація покриття і ємності (CCO);

оптимізація балансування навантаження (LBO);

оптимізація розподілу ресурсів мережі5G;

функція самовідновлення мережі 5G (включно з автоматичним керуванням програмним забезпеченням і автоматичним обробленням даних конфігурації мережі).

Наступним кроком розвитку мереж SON стає перехід від класичних SON, що адаптують свої функції до конкретних станів середовища до самопідтримуваних мереж SSN (Self-Sustaining Networks), що можуть постійно зберігати свої ключові показники ефективності (KPI) в умовах високої динаміки зміни конфігурації та сценаріїв використання мереж 6G. Тому, на сьогоднішній момент, SON розглядається 3GPP як технологія-драйвер для розвитку мереж 5G у напрямку застосування штучного інтелекту: алгоритмів машинного (ML) і глибокого навчання (DL).

Удосконалення управління приватними мережами та розширена підтримка непублічних мереж 5G.

Дослідження спрямовані на:

специфікацію сценаріїв розгортання приватних мереж (NPN):

вертикальна незалежність управління мережами NPN, які розгорнуті автономно;

незалежне управління мережею NPN оператором мобільної мережі загального користування (PLMN) для надання вертикальних послуг;

управління приватною мережею оператором PLMN з наданням можливостей управління для вертикальних послуг як клієнта NPN;

визначення забезпечення автономної NPN (SNPN) і загальнодоступної інтегрованої мережі NPN (PNI-NPN) з ізоляцією та управлінням на основі SLA для локального розгортання NPN на підприємствах і в будівлях для забезпечення покриття в заданій географічній локації;

дослідження забезпечення підтримки автономної мережі SNPN із підпискою та обліковими даними, що належать об'єкту неавтономної мережі SNPN;

дослідження можливостей адаптації та ініціалізації абонентських пристроїв для приватних мереж.

Поліпшення поділу мережі 5G на мережеві шари.

У цьому напрямі вдосконалення системи 5G у Релізі 17 досліджуються прогалини в поточних процедурах системи 5G для підтримки універсального шаблону шару (Generic Slice Template, GST) відповідно до визначення Асоціації GSMA [4] і вивчаються рішення для усунення наявних прогалин. До таких прогалин належать: максимальна кількість UE на один мережевий шар; максимальна кількість сеансів PDU на одному мережевому шарі; максимальні швидкості передавання даних DL і UL на UE у мережевому шарі.

Результати цієї роботи мають привести до єдиного розуміння і практичної реалізації мережевих шарів у мережі 5G.

Удосконалення підключення, ідентифікації та відстеження БПЛА.

Для задоволення потреб нового сектору безпілотних авіаційних систем (БАС), що швидко розвивається та охоплює безпілотні літальні апарати (БПЛА, дрони), у робочих групах 3GPP виконали велику роботу зі стандартизації вимог до мереж 5G, щоб вони відповідали потребам у під'єднанні до них БАС і БПЛА, а також контролерів БПЛА для ретельного керування повітряним трафіком безпілотників.

Роботи з підготовки Релізу 17 спрямовані на дослідження архітектури та системних аспектів мережі 5G для підтримки функцій управління та контролю БПЛА. Розглядаються такі питання, як:

контролер БПЛА, ідентифікація та відстеження БПЛА;

авторизація та автентифікація в сценаріях зв'язку (наприклад, контролер БПЛА з БПЛА, БПЛА з БПЛА, БПЛА з контролером БПЛА);

потенційні поліпшення зв'язку, необхідні для обміну трафіком між контролером БПЛА і БПЛА з урахуванням можливості поєднання як LOS, так і NLOS.

Удосконалення граничних обчислень (MEC) у 5G Core.

Даний напрямок забезпечує вирішення ключових проблем і підтримку пересилання трафіку додатків UE і контенту в додатки, розгорнуті на прикордонному сервері MEC, таких як:

виявлення IP-адреси розгорнутого на сервері додатків у периферійному обчислювальному середовищі;

поліпшення в 5G Core для підтримки плавної зміни сервера додатків, що обслуговує абонентські пристрої;

ефективне (тобто з малою затримкою) забезпечення локальних додатків інформацією, наприклад, про якість послуг QoS, яка впливає на нарахування плати і контроль політик.

Покращення технології розширеної реальності в мережах 5G.

Технологія 5G eXtended Reality (5G-XR) - це еволюційний шлях переходу від доповненої реальності (AR), віртуальної реальності (VR), змішаної реальності (MR) до розширеної реальності (XR). Мережа 5G забезпечує високошвидкісні канали зв'язку з низькою затримкою між пристроями з XR і додатками XR. Крім того, завдяки мережам 5G з'являється можливість змінити архітектуру надання мобільних послуг XR, використання прикордонних хмарних серверів MEC для підвищення ефективності обробки зображень на абонентському пристрої 5G і більш реалістичного використання фотореалістичної графіки і візуальних зображень з малими затримками.

Промисловий дизайн пристроїв XR може не залежати від традиційних обмежень за тепловим режимом, потужністю і форм-фактором. У рамках робіт, що проводяться для Релізу 17, досліджуються вимоги до характеристик продуктивності мереж 5G для різних випадків використання, що відносяться до цієї ширшої категорії послуг віртуальної реальності (тобто: VR, AR, MR і XR).

Стратегія та напрямки робіт у Релізі 18.

Загальну стратегію та напрямки робіт у Релізі 18 буде сформульовано із мереж радіодоступу RAN і CN. До теперішнього часу сформульовано такі напрямки розвитку мережі радіодоступу RAN.

Розвиток MIMO в лінії "вниз" за такими напрямами:

подальше вдосконалення інформаційного референсного сигналу CSI (Channel Status Information), який використовується абонентським терміналом для оцінювання стану каналу, які UE передає вузлу мережі доступу RAN (gNB) як зворотний зв'язок;

удосконалення технології обробки multi-TRP для полегшення ICI за рахунок динамічної координації між безліччю TRP (безлічі точок приймання передавання, з яких UE будуть мати доступ до мережі, тобто макро-, мікро-, піко-, фемтосот, віддалених радіоголовок, релейних вузлів тощо) та багатьох полярних антен (multi-beam);

використанні MIMO в обладнанні CPE в приміщенні.

Удосконалення мережі радіодоступу 5G RAN у лінії “вгору”:

робота понад чотирьох передавачів у лінії “вгору”;

робота декількох випромінювальних антенних панелей/кількох точок приймання - передавання TRP у лінії “вгору”;

частотно-вибіркове попереднє кодування;

подальше поліпшення покриття в лінії “вгору”.

Удосконалення мобільності мережі з такими параметрами:

міжстільникова мобільність на основі системних рівнів L1 і L2;

вдосконалення стека протоколів DAPS (Dual Active Protocol Stack) / CHO (Conditional HandOver);

вдосконалення технологій, специфічних для піддіапазону FR2 (міліметрові хвилі).

Додаткові топологічні поліпшення (технологія IAB та інтелектуальні повторювачі):

інтегрована мобільна транспортна мережа Mobile IAB (Integrated Access Backhaul) / релейна лінія, що встановлюється на транспортному засобі (VMR);

розумний ретранслятор з інформацією бічного управління SL.

Удосконалення технології розширеної реальності XR для таких аспектів:

ключові параметри функціонування та якості послуг (KPI/QoS), робота з інформацією про додатки;

аспекти, пов'язані з енергоспоживанням, покриттям, ємністю і мобільністю, характерні для XR.

Поліпшення бічної лінії зв'язку (за винятком позиціонування) у напрямку:

удосконалення самої технології SL (використання неліцензованих діапазонів, поліпшення енергозбереження, підвищення ефективності тощо);

вдосконалення ретрансляції сигналів у лінії SL;

спільного використання технологій LTE V2X і NR V2X.

Еволюція технології широкосмугового Інтернету речей Red Cap (Reduced Capability) за такими напрямами (за винятком позиціонування):

нові варіанти використання і нові смуги пропускання абонентських пристроїв (менше 5 МГц);

поліпшення енергозбереження.

Розвиток неназемних мереж:

використання радіоінтерфейсу NR у мережах NTN;

використання мереж NTN для послуг Інтернету речей.

Розвиток широкомовних і багатоадресних послуг:

послуги мовлення 5G на основі радіоінтерфейсу LTE;

послуги багатоадресного мовлення NR MBS у мережах 5G.

Розширене та покращене позиціонування з такими параметрами:

позиціонування в бічній лінії зв'язку;

підвищена точність, цілісність і енергоефективність;

позиціонування для технології Red Cap (широкосмугового IoT).

Удосконалення дуплексного режиму в частині:

сценаріїв розгортання мережі для дуплексного режиму FDD;

управління перешкодами в дуплексному режимі.

Застосування штучного інтелекту і машинного навчання в таких галузях:

радіоінтерфейс NR (варіанти використання для фокусування, ключові параметри функціонування та методологія оцінювання, участь мережі та UE тощо);

нове покоління мережі радіодоступу NG-RAN.

Енергозбереження за такими напрямами:

ключові показники ефективності економії енергії та методологія оцінки;

пропозиція основних напрямів підвищення енергоефективності та можливі рішення.

Крім перерахованих вище, робочими групами RAN1/2/3 запропоновано додаткові теми-кандидати, згруповані в три набори (переліки).

Набір 1 включає:

енергозбереження в абонентських пристроях;

розширення підтримки за межами 52,6 ГГц;

вдосконалення агрегації несучих / подвійного приєднання DC (DualConnectivity) (наприклад, Multi-Radio - Multi- Connectivity тощо);

гнучка інтеграція радіочастотного спектра;

реконфігуровані інтелектуальні поверхні (RIS), що реконфігуруються.

Набір 2 включає:

безпілотні літальні апарати;

промисловий Інтернет речей / наднадійний зв'язок із малою затримкою URLLC;

використання частотних каналів менше ніж 5 МГц у виділеному для SG-спектрі;

вдосконалення для різних типів пристроїв IoT;

вдосконалення системи на HAPS;

вдосконалення мережевого кодування.

Набір 3 включає:

координація технології Inter-gNB у таких галузях;

робота з кількома несучими між gNB / gNB- DU;

Inter-gNB / робота розподіленого модуля (gNB-DU) з кількома випромінювальними поверхнями TRP;

підвищення відмовостійкості централізованого модуля (gNB-CU) базових станцій;

вдосконалення мережевих шарів мережі радіодоступу 5G RAN;

використання декількох універсальних модулів ідентифікації (MUSIM) в абонентському пристрої;

агрегування спектра в абонентських пристроях;

поліпшення безпеки;

вдосконалення самоорганізованої мережі SON / мінімізація драйв-тестів.

Аналіз наведених вище напрямів досліджень і стандартизації технології NR і мережі радіодоступу 5G RAN показує, що запропоновані інноваційні технології сформують вигляд нового етапу еволюції мереж покоління 5G у напрямі 5G Аdvanced, що характеризуватиметься більш досконалими функціональними можливостями, а також вищими технічними характеристиками і параметрами. До кінця 2021 року в цільових робочих групах CN 3GPP будуть сформульовані напрямки розвитку опорної мережі 5G Core, що дасть змогу визначити загальні плани стандартизації Релізу 18.



Висновки

Таким чином, можна зробити висновок, що реалізація Партнерським проектом 3GPP початкового етапу стандартизації покоління 5G у вигляді Релізів 15 і 16 дала змогу сформувати технічні вимоги та вигляд мережі радіодоступу 5G RAN і опорної мережі 5G Core для їхнього впровадження розробниками в мережеве й абонентське комерційне обладнання 5G. Розгляд інноваційних технологій та порівняльні оцінка технічних вимог Релізів 15 і 16 засвідчили необхідність їхнього вдосконалення для досягнення вимог рекомендацій і звітів МСЕ до мереж, що належать до п'ятого покоління (IMT- 2020).

У Релізі 17 додатково стандартизується велика кількість інновацій і розглядається понад 400 дослідницьких питань, що завершують першу фазу розвитку 5G.

Реліз 18 відкриває наступну фазу розвитку технології: 5G Аdvanced, вимоги до якої будуть сформовані най блищім часом.

Проведений в статті аналіз новітніх технологій та їх стандартизації дозволяє поглянути в майбутнє розвитку мобільних мереж зв'язку та оцінити переваги розвитку інформаційних технологій, еволюції мереж покоління 5G у напрямі 5G Аdvanced, що характеризуватиметься більш досконалими функціональними можливостями, а також вищими технічними характеристиками і параметрами.



Література

1. 3GPP TR 21.917 Release description; Release 17.

2. 3GPP TR 21.918 Release description; Release 18.

3. 3GPP TS 23.501 System Architecture 3GPP TS 23.501 System Architecture for the 5G System; Stage 2.

4. From Vertical Industry Requirements to Network Slice Characteristics: GSMA Report. GSMA, August 2018.

5. 5G Evolution: 3GPP Releases 16-17. 5G Americas, January 2020.

6. 3GPP Releases 16&17&Beyond: A 5G Americans White Paper. 5G Americans, January 2021.

7. Ghosh A., Maeder A., Baker M., Chandramouli D. 5G Evolution: A View on 5G Cellular Technology Beyond 3GPP Release 15. IEEE Access Journal. 2019. V. 7.

8. 3GPP TR 37.985 Overall description of Radio Access Network (RAN) aspects for Vehicle-to-Everything (V2X) based on LTE and NR.



References

1. 3GPP TR 21.917 Release description; Release 17 [in USA].

2. 3GPP TR 21.918 Release description; Release 18 [in USA].

3. 3GPP TS 23.501 System Architecture 3GPP TS 23.501 System Architecture for the 5G System; Stage 2 [in USA].

4. From Vertical Industry Requirements to Network Slice Characteristics: GSMA Report. GSMA, August 2018 [in USA].

5. 5G Evolution: 3GPP Releases 16-17. 5G Americas, January 2020 [in USA].

6. 3GPP Releases 16&17&Beyond: A 5G Americans White Paper. 5G Americans, January 2021 [in USA].

7. Ghosh, A., Maeder, A., Baker, M., Chandramouli, D. (2019). 5G Evolution: A View on 5G Cellular Technology Beyond 3GPP Release 15. [5G Evolution: A View on 5G Cellular Technology Beyond 3GPP Release 15]. IEEE Access Journal, Vol.7. [in USA].

8. 3GPP TR 37.985 Overall description of Radio Access Network (RAN) aspects for Vehicle-to-Everything (V2X) based on LTE and NR. [in USA].

Размещено на Allbest.ru

...