5G Radyo (RAN) Sürüm 15 Teknik Önemli Noktalar

Haziran 2018'de tamamlanan Release 15, 5G (NR) teknolojisinin ticarileşmesinin yolunu açtı. R15, Bağımsız (SA) ve Bağımsız Olmayan (NSA) mimariler aracılığıyla 5G ağları için temel oluşturdu, hizmet tabanlı sanallaştırılmış bir çekirdek ağ ve kapasiteyi artırmak, gecikmeyi azaltmak ve esnekliği iyileştirmek için yeni fiziksel katman teknolojileri sundu. Bu dönemde, 3GPP Radyo Çalışma Grupları RAN1-RAN5 5G (NR) teknolojisinin standardizasyonuna önemli katkılarda bulundu. Her grubun çalışmaları ve temel teknik noktaları aşağıdaki gibidir:

I. RAN1 (Fiziksel Katman İnovasyonu) Temel çalışma alanları arasında dalga biçimleri, parametre kümeleri, çoklu erişim, MIMO ve referans sinyalleri bulunur:

1. Esnek alt taşıyıcı aralığı ve çerçeve yapısı; Ölçeklenebilir alt taşıyıcı aralığının tanıtımı:

• Farklı gecikme ve frekans aralıkları (FR1 ve FR2) için destek;
• Düşük gecikme (<1 ms TTI) ve yüksek verimli uygulamalar için destek.

Uygulama: Taban bant işleme, farklı alt taşıyıcı aralıklarına göre FFT boyutunu ve döngüsel öneki dinamik olarak ayarlar.

Uygulama Örnekleri: Düşük gecikmeli endüstriyel kontrol (30kHz) ve yüksek bant genişliğine sahip milimetre dalga eMBB bağlantıları (120kHz).

2. Kütle MIMO ve Işın Oluşturma

• 3D ışın oluşturma ve esnek anten portu eşlemesi (64 TRx öğesine kadar) için tam destek.
• Kullanıcıya özel ışın yönetimi için CSI-RS tabanlı kanal tahmini.

Örnek: 64T64R gNB dizileri, yoğun dağıtımlarda spektral verimliliği artırarak dinamik UE'ye özel ışınlar oluşturur.

3. OFDM Tabanlı Çift Yönlü İletişim ve Kaynak Tahsisi

• Birleşik bir zaman yuvası yapısıyla TDD ve FDD'yi destekler.
• Mini yuva iletimi (2-7 OFDM sembolü), URLLC için çok önemli olan anlık veri zamanlamasını sağlar.

Uygulama: gNB zamanlayıcısı, URLLC patlama iletimlerini desteklemek için devam eden aşağı bağlantı iletimlerini dinamik olarak önler.

4. Referans Sinyalleri ve Senkronizasyon：Yeni sinyallerin tanıtımı SS/PBCH, CSI-RS, PTRS ve SRS.

• SS/PBCH, ilk senkronizasyon ve ışın keşfi için kullanılır.
• CSI-RS, ışın optimizasyonu ve hareket takibi için kullanılır.

5. Kanal Kodlama Evrimi: LDPC kodlaması, eMBB verim verimliliğini artırmak için Turbo kodlamanın yerini alarak veri kanalı için kullanılır.

• Kısa blok uzunluğunun performans avantajları nedeniyle kontrol kanalları (PDCCH, PUCCH) için Polar kodları tanıtılmıştır.

Uygulama Senaryosu: Değişken veri hızı ortamlarında yüksek güvenilirlikli kontrol sinyalleşmesi.

II. RAN2 (Radyo Arayüzü) MAC, RLC, PDCP ve RRC protokolleri, radyo arayüzü mimarisini, zamanlamayı, RRC durumunu, taşıyıcı kurulumunu ve sinyal optimizasyonunu tanımlar.

1. Çift Bağlantı (DC) UE'nin LTE ve NR (NSA modu) arasında trafik dağıtabileceği bir ana-bağlı gNB mimarisi sunar.

Uygulama Senaryosu: Saf 5G çekirdek ağından (EPC tabanlı EN-DC) önce, ilk 5G dağıtım aşamasında verimi artırmak.

2. RRC_INACTIVE Durumu: Düşük gecikmeli kurtarmayı korurken sinyal yükünü en aza indirmek için yeni bir UE durumu sunar.

Uygulama: UE, aralıklı trafik için hızlı bağlantı sağlamak üzere RRC bağlamını depolar (yaklaşık 10 milisaniye).

Uygulama Senaryosu: Periyodik küçük veri patlamaları olan IoT sensörleri.

3. QoS Akış Tabanlı Mimarisi: PDCP, 5GC mimarisiyle tutarlı QoS akış kimliklerine yeniden yapılandırılır.

Uygulama: Her PDU oturumu, SDAP eşlemesi aracılığıyla QoS akışlarını DRB'ye yönlendirir.

Kullanım Durumu: Dinamik bit hızı uyarlaması olan video akışları.

4. Başlık Sıkıştırma ve Güvenlik: Kontrol düzlemi yükünü azaltmak için RoHCv2 optimizasyonu ve gelişmiş şifreleme benimsenmiştir.

5. Mobilite ve Devir Teslim İyileştirmeleri: LTE-NR (NSA) ve NR-NR (SA) ağları arasında birleşik RAT'ler arası devir teslim sinyalleşmesi tanımlanmıştır.

III. RAN3 (NG Arayüzü ve Çift Bağlantı Evrimi) teknolojileri şunları içerir: F1, Xn ve NG arayüz tanımları, gNB-CU/DU yönetimi ve birlikte çalışabilirlik.

1. gNB Ayrılmış Mimarisi (CU/DU): Merkezi birimler (CU) ve dağıtılmış birimler (DU) arasında mantıksal ayrım.

Uygulama: F1-C (kontrol) ve F1-U (kullanıcı) arayüzleri, esnek bir fronthaul iletim tasarımı benimser.

Uygulama Senaryoları: Bulut-RAN ve çok satıcılı birlikte çalışabilirlik.

2. NG ve 5GC Arayüzleri: LTE'deki S1 arayüzünün yerini alan NG-C (kontrol düzlemi) ve NG-U (kullanıcı düzlemi) arayüzlerini sunar. AMF/SMF aracılığıyla hizmet tabanlı 5G çekirdek ağ işlevlerini destekler.

3. EN-DC Mimarisi: eNB ve gNB arasında birlikte çalışabilirlik için Xn ve S1* sinyalleşmesini tanımlar. 5G dağıtımının ilk aşamalarında LTE bağlantı noktalarının sorunsuz çalışmasını destekler.

4. Oturum Devamlılığı ve Ağ Dilimleme: QoS tabanlı bir dilimler arası mobilite mekanizmasını entegre eder.

Uygulama Örneği: Gecikme gereksinimlerine (eMBB→URLLC) göre farklı dilimler arasında kesintisiz devir teslim.

IV. RAN4 (Radyo ve Spektrum) Bant Tanımları, Güç Seviyeleri, Spektrum Toplaması ve Birlikte Yaşam.

1. Yeni Frekans Bandı Aralıkları (FR1 ve FR2)

• FR1: 410MHz – 7.125GHz
• FR2: 24.25 – 52.6 GHz (milimetre dalga)

Uygulama: Cihazın RF ön ucunun modüler tasarımı, değiştirilebilir düşük gürültülü amplifikatör (LNA) zincirleri kullanılarak çift bantlı çalışmayı destekler.

2. Bant Genişliği ve Taşıyıcı Toplaması: FR2'de 400MHz'e kadar kanal bant genişliği tanımlanmıştır. Toplanan taşıyıcılar, hibrit dağıtımlar için NR ve LTE'yi birleştirir.

3. Güç Derecesi ve EIRP Kalibrasyonu: Milimetre dalga cihazları için UE derecelendirmeleri oluşturulmuştur; katı EVM ve ACLR parametreleri sunulmuştur.

Uygulama Durumu: 5G FWA için ışın kontrolü kullanan küçük hücre baz istasyonları ve CPE'ler.

4. Birlikte Yaşam ve İletim Kontrolü: Birden fazla radyo erişim teknolojisi (RAT) arasında birlikte yaşamı sağlamak için spektrum maskeleri tanımlanmıştır. Lisanssız bantlarda LTE veya NR-U ile NR spektrumunun paylaşımı için destek.

5. RF Performansı ve Referans Hassasiyeti: Kütle MIMO dizisi baz istasyonları için gelişmiş hassasiyet modellemesi. Her bir ışının eşdeğer izotropik yayılı güç (EIRP) değerini yönetmek için ışın tabanlı güç kontrolünün tanıtımı.

V. RAN5 (Ekipman Testi ve Uygunluk): Uygunluk, sinyalleşme ve UE performans testi prosedürleri.

1. Test Şartnamesi Hizalaması: NR UE'lerinin ve baz istasyonlarının RF ve protokol uygunluk testi için TS 38.521/38.533/38.141'in tanıtımı.

2. OTA (Over-The-Air) Test Çerçevesi: Işın kontrolü ve dinamik radyasyon desenlerini dikkate alan bir milimetre dalga ekipmanı yankısız oda test modeli sunulması.

Örnek: 5G akıllı telefon karakteristik analizi ve faz dizili ışın anahtarlama doğrulaması.

3. Uçtan Uca Sinyalleşme Doğrulaması: Erken NSA entegrasyonu için çok önemli olan RRC/PDCP/PHY katmanlarının birlikte çalışabilirliğinin doğrulanması.

4. Performans Kıyaslaması: Gerçek dünya yayılım ortamında gecikme, verim ve referans hassasiyeti için temel performans göstergelerinin (KPI'ler) tanımlanması.

Release 15, NR fiziksel katmanını, yeni radyo protokollerini, esnek mimariyi ve RF/uyum yönlerini tanımlayarak 5G'nin ilk aşaması için temel oluşturur. Hem NSA hem de SA modlarını aynı anda desteklerken, eMBB, URLLC ve mMTC dahil olmak üzere temel 5G hizmetlerini destekler.