Организация беспроводного интерфейса

Аналогично LTE, сеть 5G основана на методе ортогонального частотного разделения каналов с мультиплексированием (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) с возможностью предварительного кодирования с дискретным преобразованием Фурье (Discrete Fourier Transform, DFT) для повышения эффективности усиления в направлении передачи. Тем не менее, для поддержки широкого диапазона сценариев развертывания, от больших ячеек с несущей частотой менее 1 ГГц до развертываний в миллиметровых частотах с очень широким спектром, 5G поддерживает гибкую структуру беспроводного интерфейса с разнесением поднесущих в диапазоне от 15 кГц до 240 кГц с пропорциональным изменением длительности циклического префикса. Малое разнесение поднесущих позволяет использовать относительно длинный циклический префикс при разумных накладных расходах.

Хотя спецификация физического уровня не зависит от полосы частот, не все поддерживаемые структуры беспроводного интерфейса актуальны для всех полос частот. Для полосы частот 0.45 − 6 ГГц доступное разделение поднесущих составляет 15 КГц, 30 КГц и 60 КГц, тогда как максимальный размер канала, соответствующий этим поднесущим – 50 МГц, 100 МГц и 200 МГц. Минимальный и максимальный размеры каналов для полосы частот 24 − 72 ГГц составляет 100 МГц, 200 МГц и 400 МГц, что позволяет использовать разнесение несущих в 60 КГц и 120 КГц для реализации 3300 поднесущих. В тех случаях, когда необходимо поддерживать еще большую полосу пропускания, можно использовать функцию агрегации несущих. В настоящее время для NR не определен спектр частот между 6 ГГц и 24 ГГц, но он может быть добавлен на более поздней стадии.

Не все устройства 5G должны поддерживать полную полосу пропускания, что значительно влияет на организацию, например, каналов управления. Кроме того, 5G позволяет адаптировать ширину полосы канала на стороне АУ для снижения энергопотребления устройства. Следовательно, определяет так называемые части полосы частот (Bandwidth Parts, BP), которые указывают на полосу частот, в которой сейчас работает АУ. Если АУ способно к одновременному приему нескольких BP, в принципе допустимо смешивать передачи разных структур кадра для одного АУ. Отметим, что в версии 15 стандартов 3GPP определяется поддержка только одной BP на приемнике.

Структура радиокадра 5G показана на рисунке 6 радиокадр длиной 10 мс делится на десять подкадров, длительность каждого из которых – 1 мс. Подкадр, в свою очередь, делится на интервалы, состоящие из 14 символов OFDM. Таким образом, длительность интервала зависит от выбранной структуры кадра. Поскольку временной интервал определяется как фиксированное количество символов OFDM, большие интервалы разделения под- несущих приводят к более короткой длительности символа, что может быть использовано для реализации передач с малой задержкой. Однако, NR поддерживает более эффективный подход к уменьшению задержки передачи, вводя дополнительную грануляцию, называемую «мини-интервалом» передачи. Такие передачи могут предотвращать уже запланированные передачи другим устройствам, позволяя немедленно передавать данные, требующие низкой задержки. Данная функциональная возможность используется для поддержки услуги URLLC.

Рисунок 6- Структура радиокадра технологии радиодоступа NR сетей 5G

Возможность инициировать передачу данных не только на границах интервалов также полезна при работе в нелицензированном спектре частот. В этих условиях для начала передачи необходимо удостоверится, что радиоканал не занят другими передачами. Это реализуется, используя процедуру прослушивания перед передачей (Listen Before Talk, LBT). Как только канал оказывается доступным, выгодно немедленно начать передачу, а не ждать начала интервала, чтобы избежать ситуации, когда другой передатчик перехватывает доступ к каналу.

Работа в области миллиметрового диапазона частот является еще од ним примером эффективного использования мини-слотов, поскольку доступная ширина полосы очень велика, и даже нескольких символов OFDM может быть достаточно для завершения передачи. Это особенно полезно в сочетании с процедурой аналогового формирования луча, когда передачи на множество устройств могут быть мультиплексированы только во временной области.

Поддержка сверхнизкой задержки на беспроводном интерфейсе является важной частью NR, которая влияет на многие технические решения. Одним из примеров являются передачи с “фронтальной загрузкой”. Используя указанное расположение опорных сигналов и управляющей сигнализации нисходящего канала, несущих информацию о планировании начала передачи, и не используя чередование во временной области по символам OFDM, АУ может немедленно начать обработку принятых данных без предварительной буферизации. Это позволяет минимизировать задержку декодирования.

Дуплексная передача

Используемая дуплексная схема определяется доступным спектром частот. Для низких частотных диапазонов используется частотное разделение нисходящего и восходящего каналов (Frequency Division Duplex, FDD).

На высоких полосах, например, в миллиметровом диапазоне частот, рекомендуется использовать непарные назначения спектров, что требует временного разделения, нисходящего и восходящего каналов (Time Division Duplex, TDD).

NR, подобно LTE, поддерживает оба метода дуплексной передачи. Однако, в отличие от LTE, где назначение временных интервалов в схеме TDD не изменяется со временем, NR поддерживает динамическое выделение временных интервалов. В динамическом TDD временной интервал (или его части) могут быть выделены либо для восходящего канала связи, либо для нисходящего канала связи в соответствии с решением планировщика. Это позволяет эффективно обрабатывать быстрые изменения в запросах на ресурсы от абонентов, которые особенно заметны при плотном развертывании с относительно небольшим числом пользователей на одну базовую станцию. Предусматривается также возможность статической конфигурации направления передачи некоторых из слотов. Эта функциональная возможность может позволить снизить потребление энергии на АУ, поскольку нет необходимости отслеживать каналы управления в слотах, которые заранее зарезервированы для передачи.