أبرز التقنيات في إصدار 15 من راديو الجيل الخامس (RAN)

النسخة 15، التي تم الانتهاء منها في يونيو 2018، مهدت الطريق للتجارية لتقنية الجيل الخامس (NR). وضعت R15 الأساس لشبكات الجيل الخامس من خلال بنيات مستقلة (SA) وغير مستقلة (NSA)، وقدمت شبكة أساسية افتراضية قائمة على الخدمة وتقنيات طبقة فيزيائية جديدة لتعزيز السعة وتقليل زمن الوصول وتحسين المرونة. خلال هذه الفترة، قدمت مجموعات عمل راديو 3GPP RAN1-RAN5 مساهمات كبيرة في توحيد معايير تقنية الجيل الخامس (NR). فيما يلي أعمال ونقاط فنية رئيسية لكل مجموعة:

أولاً: RAN1 (ابتكار الطبقة الفيزيائية) تشمل مجالات العمل الرئيسية أشكال الموجات، ومجموعات المعلمات، والوصول المتعدد، و MIMO، وإشارات المرجعية:

1. تباعد ترددات فرعية مرن وهيكل إطاري؛ تقديم تباعد ترددات فرعية قابلة للتطوير:

• دعم نطاقات زمن الوصول والتردد المختلفة (FR1 و FR2)؛
• دعم زمن الوصول المنخفض (<1 مللي ثانية TTI) وتطبيقات الإنتاجية العالية.

التنفيذ: تقوم معالجة النطاق الأساسي بضبط حجم FFT والبادئة الدورية ديناميكيًا وفقًا لتباعد الترددات الفرعية المختلفة.

حالات التطبيق: التحكم الصناعي منخفض زمن الوصول (30 كيلو هرتز) وروابط eMBB بالموجات المليمترية عالية النطاق الترددي (120 كيلو هرتز).

2. MIMO الضخم وتشكيل الحزمة

• دعم كامل لتشكيل الحزمة ثلاثي الأبعاد وتعيين منفذ هوائي مرن (حتى 64 عنصر TRx).
• تقدير القناة المستند إلى CSI-RS لإدارة الحزمة الخاصة بالمستخدم.

مثال: تشكل مصفوفات gNB 64T64R حزمًا ديناميكية خاصة بـ UE، مما يحسن الكفاءة الطيفية في عمليات النشر الكثيفة.

3. الازدواج القائم على OFDM وتخصيص الموارد

• يدعم TDD و FDD بهيكل فتحة زمنية موحد.
• يتيح إرسال الفتحة الصغيرة (2-7 رموز OFDM) جدولة البيانات الفورية، وهو أمر بالغ الأهمية لـ URLLC.

التنفيذ: يقوم جدولة gNB باستباق عمليات الإرسال الهابطة الجارية ديناميكيًا لدعم عمليات إرسال URLLC المتتالية.

4. إشارات المرجعية والمزامنة：تقديم إشارات جديدة SS/PBCH و CSI-RS و PTRS و SRS.

• يتم استخدام SS/PBCH للمزامنة الأولية واكتشاف الحزمة.
• يتم استخدام CSI-RS لتحسين الحزمة وتتبع التنقل.

5. تطور ترميز القناة:يتم استخدام ترميز LDPC لقناة البيانات، ليحل محل ترميز Turbo لتحسين كفاءة إنتاجية eMBB.

• يتم تقديم رموز Polar لقنوات التحكم (PDCCH، PUCCH) نظرًا لمزايا الأداء لطول الكتلة القصيرة.

سيناريو التطبيق: إشارات تحكم عالية الموثوقية في بيئات معدل البيانات المتغيرة.

ثانياً: RAN2 (واجهة الراديو) تحدد بروتوكولات MAC و RLC و PDCP و RRC بنية واجهة الراديو والجدولة وحالة RRC وإنشاء الحامل وتحسين الإشارات.

1. الاتصال المزدوج (DC) يقدم بنية gNB رئيسية تابعة، حيث يمكن لـ UE توزيع حركة المرور بين LTE و NR (وضع NSA).

سيناريو التطبيق: تحسين الإنتاجية في مرحلة النشر المبكرة للجيل الخامس قبل الشبكة الأساسية للجيل الخامس (EN-DC بناءً على EPC).

2. حالة RRC_INACTIVE: يقدم حالة UE جديدة لتقليل حمل الإشارات مع الحفاظ على استعادة زمن الوصول المنخفض.

التنفيذ: يقوم UE بتخزين سياق RRC لتمكين الاتصال السريع لحركة المرور المتقطعة (حوالي 10 مللي ثانية).

سيناريو التطبيق: مستشعرات إنترنت الأشياء مع دفعات بيانات صغيرة دورية.

3. بنية قائمة على تدفق QoS: يتم إعادة بناء PDCP في معرفات تدفق QoS، بما يتوافق مع بنية 5GC.

التنفيذ: يقوم كل تدفق جلسة PDU بتوجيه تدفقات QoS إلى DRB عبر تعيين SDAP.

حالة الاستخدام: تدفقات الفيديو مع تكييف معدل البت الديناميكي.

4. ضغط الرأس والأمان: يتم اعتماد تحسين RoHCv2 والتشفير المحسن لتقليل حمل مستوى التحكم.

5. تحسينات التنقل وتسليم المهام: يتم تعريف إشارات تسليم المهام بين RAT بين شبكات LTE-NR (NSA) و NR-NR (SA).

ثالثًا: RAN3 (واجهة NG وتطور الاتصال المزدوج) تشمل التقنيات: تعريفات الواجهات F1 و Xn و NG، وإدارة gNB-CU/DU، وقابلية التشغيل البيني.

1. بنية gNB المنفصلة (CU/DU): فصل منطقي بين الوحدات المركزية (CU) والوحدات الموزعة (DU).

التنفيذ: تعتمد واجهات F1-C (التحكم) و F1-U (المستخدم) تصميم إرسال أمامي مرن.

سيناريوهات التطبيق: Cloud-RAN وقابلية التشغيل البيني بين البائعين.

2. واجهات NG و 5GC: يقدم واجهات NG-C (مستوى التحكم) و NG-U (مستوى المستخدم)، ليحل محل واجهة S1 في LTE. يدعم وظائف الشبكة الأساسية للجيل الخامس القائمة على الخدمة من خلال AMF/SMF.

3. بنية EN-DC: يحدد إشارات Xn و S1* للتشغيل البيني بين eNB و gNB. يدعم التشغيل السلس لنقاط إرساء LTE في المراحل الأولى من نشر الجيل الخامس.

4. استمرارية الجلسة وتقسيم الشبكة: يدمج آلية تنقل قائمة على QoS بين الشرائح.

مثال على التطبيق: تسليم سلس بين شرائح مختلفة بناءً على متطلبات زمن الوصول (eMBB→URLLC).

رابعًا: RAN4 (الراديو والطيف) تعريفات النطاق، ومستويات الطاقة، وتجميع الطيف، والتعايش.

1. نطاقات التردد الجديدة (FR1 و FR2)

• FR1: 410 ميجاهرتز – 7.125 جيجاهرتز
• FR2: 24.25 – 52.6 جيجاهرتز (موجة مليمترية)

التنفيذ: يدعم التصميم المعياري للواجهة الأمامية RF للجهاز التشغيل ثنائي النطاق باستخدام سلاسل مضخم الصوت منخفض الضوضاء (LNA) القابلة للتبديل.

2. النطاق الترددي وتجميع الناقل: يتم تعريف ما يصل إلى 400 ميجاهرتز من عرض نطاق القناة في FR2. تجمع الناقلات المجمعة بين NR و LTE لعمليات النشر المختلطة.

3. تصنيف الطاقة ومعايرة EIRP: يتم إنشاء تصنيفات UE لأجهزة الموجات المليمترية؛ يتم تقديم معلمات EVM و ACLR الصارمة.

حالة التطبيق: محطات قاعدة الخلايا الصغيرة و CPEs باستخدام التحكم في الحزمة لـ 5G FWA.

4. التعايش والتحكم في الإرسال: يتم تعريف أقنعة الطيف لضمان التعايش بين تقنيات الوصول اللاسلكي المتعددة (RATs). دعم مشاركة طيف NR مع LTE أو NR-U في النطاقات غير المرخصة.

5. أداء RF والحساسية المرجعية: نمذجة حساسية محسنة لمحطات قاعدة مصفوفة MIMO الضخمة. تقديم التحكم في الطاقة المستند إلى الحزمة لإدارة الطاقة المشعة المتساوية الخواص (EIRP) لكل حزمة.

خامسًا: RAN5 (اختبار المعدات والمطابقة): إجراءات المطابقة والإشارات واختبار أداء UE.

1. محاذاة مواصفات الاختبار: تقديم TS 38.521/38.533/38.141 لاختبار المطابقة RF والبروتوكول لـ NR UEs ومحطات القاعدة.

2. إطار عمل اختبار OTA (عبر الهواء): تقديم نموذج اختبار غرفة خالية من الصدى لمعدات الموجات المليمترية، مع مراعاة التحكم في الحزمة وأنماط الإشعاع الديناميكية.

مثال: تحليل خصائص الهاتف الذكي 5G والتحقق من تبديل الحزمة المصفوفة المرحلية.

3. التحقق من الإشارات من طرف إلى طرف: التحقق من التشغيل البيني لطبقات RRC/PDCP/PHY، وهو أمر بالغ الأهمية للتكامل المبكر لـ NSA.

4. قياس الأداء: تحديد مؤشرات الأداء الرئيسية (KPIs) لزمن الوصول والإنتاجية والحساسية المرجعية في بيئة انتشار حقيقية.

تضع الإصدار 15 الأساس للمرحلة الأولى من الجيل الخامس، وتحدد الطبقة الفيزيائية لـ NR، وبروتوكولات الراديو الجديدة، والبنية المرنة، وجوانب RF/التماسك. وهو يدعم خدمات الجيل الخامس الرئيسية، بما في ذلك eMBB و URLLC و mMTC، والتي تعمل على بنية موحدة مع دعم أوضاع NSA و SA في نفس الوقت.