Развитие систем подвижной связи к 5G

Внедрение сетей 5G будет происходить быстрее, чем 4G. Согласно документу МСЭ Futuristic mobile technologies foresee “IMT for 2020 and beyond” сети 5G обеспечат улучшение мобильной широкополосной связи и более широкий спектра слуг, в том числе и для Интернета вещей (IOT).
Ожидается, что на коммерческие сети 5G будут развернуты не позднее 2020 г.
Развитие мобильных сетей
Основной сегмент, влияющий на увеличение объема трафика – данные с мобильных устройств.
Количество абонентов в 2021 году – более 8 млрд.
Внедрение сетей 5G будет происходить быстрее, чем 4G. Согласно документу МСЭ Futuristic mobile technologies foresee “IMT for 2020 and beyond” сети 5G обеспечат улучшение мобильной широкополосной связи и более широкий спектра слуг, в том числе и для Интернета вещей (IOT).
Ожидается, что на коммерческие сети 5G будут развернуты не позднее 2020 г.

Организации, занимающиеся стандартизацией 5G

Стандартизация 5G 3GPP

Технические требования к 5G
Задержки в сети

Предлагаемые диапазоны частот

Частотные диапазоны

Сервисные требования к системе 5G
Выделенные опорные сети (Network Slicing)
Разнообразие подходов к управлению мобильностью
Несколько технологий доступа
Приоритетное обслуживание, QoS и динамическое управление правилами обслуживания
Экспонирование сетевых возможностей третьим сторонам через API
eV2X - Enhanced Vehicle-to-Everything : •Connected Car, включая V2Vehicle (V2V), V2Infrastructure (V2I), V2Network (V2N), V2Pedestrian (V2P)
Одновременное присоединение терминалов к нескольким сетям и предоставление сервиса через сети разных операторов

Сервисные требования к системе 5G (2)
Эффективное использование сетевых ресурсов
Эффективный путь передачи данных
Эффективная доставка контента
Глубокая осведомленность об условиях - Context Aware Network
Гибкие услуги широковещательной и многоадресной рассылки
Эффективность энергопотребления
Сверхглубокое радиопокрытие в малонаселенных районах
Выбор сети доступа 3GPP

Архитектура 5G
Согласно указанным документам сеть связи 5G состоит из следующих основных компонентов:
- абонентского оборудования с USIM-картами,
- сети радиодоступа (RAN), включая сеть backhaul и fronthaul1 ,
- ядра сети (5GC).

Архитектура конвергентной сети 5G

Особенности радиоинтерфейса 5G
применение сигналов с большей шириной спектра (до 100 МГц в диапазоне до 6 ГГц и до 400 МГц в диапазоне свыше 6 ГГц);
- обеспечения минимальных задержек на радиоинтерфейсе за счет возможности увеличения частоты следования временных слотов кадровой структуры, за счет модификации протокола управления радиоресурсами;
- применения адаптивного к нагрузке временного дуплекса;
- применения более эффективных помехоустойчивых кодов;
- использования активных антенных систем миллиметрового диапазона с большим количеством элементов, узкой диаграммой направленности излучения и высокой избирательностью;
- реализации индивидуальных сценариев использования ресурсов полосы частот канала NR для абонентских терминалов различных типов и производительности (широкополосных/узкополосных абонентских терминалов WB/NB UE, абонентских терминалов с агрегацией несущих CA UE).

Особенности радиоинтерфейса 5G
1. Усовершенствованные формы сигналов, модуляция и кодирование, схемы многостанционного доступа:
- фильтрованное OFDM (FOFDM);
- модуляция с множеством несущих с использованием банка фильтров (FBMC);
- многостанционный доступ с разделением по шаблону (PDMA);
- многостанционный доступ на основе разреженных кодов (SCMA);
- многостанционный доступ с разделением на основе перемежения (IDMA) и распределение по несущим с низкой плотностью (LDS).
На данном этапе стандартизации технологии 5G/IMT-2020 (3GPP релиз 15), в качестве метода мультиплексирования принят метод CP-OFDM (Cyclic-Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) на канале "вниз" (DL) и CP-OFDM с DFT или без в канале "вверх" (UL).

Особенности радиоинтерфейса 5G
Антенные технологии:
- формирование трехмерного луча FD-MIMO (3D beamforming);
- активная антенная система (AAS) с решеткой излучателей;
- усовершенствованные системы с многоканальным входом/многоканальным выходом (massive и multi user MIMO).
3. Гибкость при использовании спектра:
- агрегация несущих с различным дуплексом (TDD и FDD);
- двухканальное подключение, в том числе и в мультистандартной сети;
- динамический TDD.
4. Обеспечение прямой связи между абонентскими терминалами.
5. Использование в микросотах схем модуляции более высокого порядка и использование эталонных сигналов с уменьшенным объемом служебной информации.

Варианты радиоинтерфейсов для CIoT

От релиза 13 к релизу 15
Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) 3GPP TR 45.820 V13.1.0
NB-IoT описывает новый радиоинтерфейс сотовой связи, который полностью адаптирован к типовым требованиям межмашинных коммуникаций (MTC)
NB-IoT оптимизирован для редкой и нерегулярной передачи небольших объемов данных (от нескольких десятков до сотен байт в день) и избавлен от функциональности, которая не служит этой цели
В настоящее время NB-IoT работает только в лицензируемом спектре
Механизм выбора выделенных опорных сетей TR 23.711 V14.0.0
Возможность обслуживания разных классов UE различными выделенными опорными сетями
Продолжение работы 3GPP Release 13 над усовершенствованиями EPC для поддержки выделенных опорных сетей (Dedicated Core Networks, или DECOR)
RAN использует параметр для выбора CN узла
Основа концепции Network Slicing, работа над которой продолжается в рамках Release 15

Архитектура узлов с разнесенными CP и UP 3GPP TR 23.714 V14.0.0; Control and User Plane Separation of EPC nodes
Независимое масштабирование ресурсов CP и UP с тем, чтобы один элемент CP мог контролировать несколько элементов UP
Размещение элементов UP вблизи RAN
Выгрузка не интересного оператору трафика IP в Интернет как можно ближе к RAN
Уменьшение задержек передачи данных за счет терминации 3GPP UP и предоставления сервисов IP как можно ближе к RAN
Большинство обязательных функций, например, буферизацию пакетов и др., решено сделать опциональными для UP, они могут выполняться на CP
Необходим механизм для транспорта пакетов между UP и CP
Размещение User Plane вблизи RAN
Сохранение на UP всей текущей функциональности, включая распознавание трафика, применение правил обслуживания и тарификации, аутентификация и т.д.
Сценарии использования
Ранняя выгрузка трафика в Интернет на границе сети - нет необходимости в доставке трафика в центральный офис
Кэширование контента на границе сети как можно ближе к абоненту - минимальные задержки и максимальная пропускная способность
От релиза 13 к релизу 15

Сценарии развития
Полностью автономная сеть (NR 5G и core 5G)
Автономная сеть NR eNB на базе core 5G
Наложенная сеть NR 5G на сеть LTE EPS
Встроенная NR 5G в E-UTRA c опорной сетью 5G
Встроенная eNB в NR 5G c опорной сетью 5G