[Перевод] Что каждому инженеру необходимо знать о 5G?
За последние несколько лет исследователи усердно трудились над изучением новых концепций и технологий, чтобы ответить на вопрос: «Что такое 5G?»
Консорциум 3GPP [3rd Generation Partnership Project] разрабатывает и публикует согласованные спецификации, определяющие стандарты беспроводной связи. Он уже назначил график работ по 5G, и первая фаза определения для 5G под названием New Radio (NR) [новое радио] была принята в начале декабря 2017.
Рис. 1 — первая спецификация технологии NR для 5G была утверждена в конце 2017 года, в 2018-м году намечаются плановые обновления
Хотя первая фаза NR будет отличаться от протокола LTE, широко используемого в сегодняшней мобильной связи, между ними есть и сходство. Самые яркие различия между LTE и NR — ширина полосы пропускания и рабочая частота. Кроме того, NR добавляет новые возможности по концентрации излучения — как в аналоговой, так и в цифровой связи. В таблице приведено сравнение ключевых спецификаций LTE и NR.
| LTE | NR фаза 1 | |
|---|---|---|
| Рабочая частота | До 6 ГГц | До 52 ГГц |
| Ширина полосы | До 20 МГц | До 100 МГц при частоте < 6 ГГц, до 1 ГГц при частоте > 6 ГГц |
| Объединение несущих | До 32 | До 16 |
| Аналоговая концентрация луча (динамическая) | Не поддерживается | Поддерживается |
| Цифровая концентрация луча | До 8 слоёв | До 12 слоёв |
| Канальное кодирование | Данные: турбо кодирование, контроль: свёрточное кодирование | Данные: LDPC, контроль: полярное кодирование |
| Поднесущая | 15 кГц | 15, 30, 60, 120, 240 кГц |
| Self-contained subframe | Не поддерживается | Доступно |
| Загруженность спектра | 90% ширины канала | До 98% ширины канала |
Чтобы успеть к сжатым срокам внедрения 5G, был предложен план пошагового внедрения. План состоит из двух версий NR: автономной и встроенной. Встроенная версия будет работать с LTE eNB в качестве основной и со второй вспомогательной ячейкой NR gNBs (эквивалент eNB в 5G NR), соединённой с EPC. Такую версию стандарта утвердили в декабре 2017. На диаграмме показано, как это будет выглядеть:
Рис. 2
Встроенная версия 5G NR даст возможность воспользоваться существующей инфраструктурой для начального внедрения технологии 5G. Автономная версия разработана с тем, чтобы быть совместимой снизу вверх с будущими версиями беспроводных стандартов. Автономные сети могут сосуществовать с совмещёнными и работать одновременно. Точная дата представления автономной технологии пока не назначена, но такая схема была принята во внимание при разработке первой фазы NR. Диаграмма автономного случая представлена ниже:
Рис. 3 (источник)
Кроме участия в работе консорциума над стандартизацией, Verizon и Korea Telecom (KT) ищут способы коммерциализации технологий, предшествующих 5G. Verizon пытается развернуть постоянный беспроводной доступ на основе 5G Technical Forum (Verizon 5GTF или V5GTF) уже зимой 2017-го. V5GTF будет работать на 28 ГГц и использоваться для доставки высокоскоростного интернета в случаях «последней мили», но не будет покрывать мобильную связь. KT, с другой стороны, пытается развернуть предшествующую 5G технологию для использования на зимней Олимпиаде. Спецификации этих планов пока не были опубликованы.
При обсуждении 5G горячие споры вызвала рабочая частота, и сейчас в этом вопросе начинает появляться ясность. В таблице представлена сводка по рассматриваемым частотам на основании участия в 3GP.
Важность миллиметровых волн
Важно отметить, что частоты до 6 ГГц всё ещё будут играть важную роль в технологии 5G. Компании ищут способы увеличить пропускную способность до пяти раз по сравнению с доступной в LTE. Перечисленные в таблице частоты — это большая часть рассматриваемых частот, но это не полный список. К примеру, T-Mobile для внедрения 5G в США планирует использовать спектр частот в районе 600 МГц.
И хотя миллиметровые частоты для первой фазы NR определены получше, в зависимости от региона внедрения стандарту потребуется несколько диапазонов. К примеру, китайские регуляторы предложили диапазоны 24,75–27,5 и 37–42,5 GHz. FCC в США предложила 28 ГГц и 2 диапазона из промежутка 37–40 ГГц. Европейцы заявили, что 28 ГГц работать не будет, и они концентрируются на спектре 24–27 ГГц, а также 38–39 ГГц. Корея и Япония склоняются к 28 ГГц.
Хорошим первым шагом к пониманию процесса коммерциализации 5G будет чёткое представление о стандарте связи, но на скорость развёртывания новой технологии будут влиять и другие трудности — как в области разработки компонентов, так и системного дизайна, а также с проверкой и аттестацией устройств. Добавление таких технологий, как концентрация луча, требует изменения в таких радиочастотных интегральных схемах, как усилители и приёмопередатчики. Для минимизации системных потерь массивы антенн всё больше интегрируют на один чип или модуль у усилителей и приёмопередатчиков. В результате инженеры уже не могут проверить эти устройства при помощи кабельных тестов. Становится обязательным беспроводное тестирование, раньше считавшееся недопустимым.
Предстоящие трудности с тестами и измерениями
NR, в особенности для миллиметровых волн, получается гораздо более сложным, чем LTE. Большая часть существующего проверочного оборудования не предназначена для работы с комбинацией более высоких несущих частот, более широких пропускных каналов и беспроводными измерениями. На самом деле, даже такие простейшие задачи по измерению, как измерение мощности, придётся продумывать заново в случае 5G, поскольку чёткого определения и соглашения по всей индустрии по поводу того, что означает получение откалиброванных беспроводных измерений, пока не существует.
И хотя процесс стандартизации первого и второго уровней связи быстро приближается к завершению, остаются нерешёнными множество проблем. Пока что 5G открыл новую эру в беспроводной связи и понятно, что это только начало. В индустрии разработки, проверки и измерения радиочастотных интегральных схем настало время воспользоваться наработками исследователей в области беспроводных технологий и заняться инновациями с тем, чтобы 5G можно было внедрить на коммерческом уровне.
