В данной работе рассматриваются принципы построения радиоинтерфейса в сетях подвижной связи пятого поколения на основе базовых станций gNB.
Ключевые слова: 5G, радиодоступ, New Radio, gNB, интерфейсы.
5G New Radio (NR) — это мировой стандарт унифицированного, более функционального беспроводного радиоинтерфейса 5G. Он обеспечивает значительно более быструю и более гибкую мобильную широкополосную связь и расширяет мобильные технологии для подключения и переопределения множества новых отраслей. Плавная миграция из 4G в 5G в существующем спектре в RAN может быть осуществлена посредством совместного использования спектра, где NR вводится параллельно с LTE.
Радиоинтерфейс NR играет роль ключевого радиоинтерфейса для сценариев высокой пропускной способности и малой задержки. New Radio предполагается развертывать как в нижних, так и верхних диапазонах радиочастот. Ключевыми особенностями радиоинтерфейса являются пересмотренная структура кадра с возможностью минимизации задержки до 1 мс, более широкие каналы, более эффективное помехоустойчивое кодирование и более эффективное использование сложных антенных систем.
Архитектура базовых станций gNB сети мобильной связи 5-го поколения, предлагаемая 3GPP, представляет собой дальнейшее развитие идеологии распределенных базовых станций и «Cloud BBU» [1]. Сеть радиодоступа подразделяется на две составляющие — DU (от англ. Distributed Units — распределенные единицы сети) и CU (от англ. Central Units — центральные единицы сети). Вместе они формируют gNB — радиоинтерфейс базовой станции сети 5G, рисунок 1. DU не имеют непосредственного доступа к пользовательским данным, так как могут быть развернуты в сегментах незащищенной инфраструктуры. CU же должны быть развернуты в защищенных сегментах сети, так как отвечают за терминацию трафика механизмов безопасности AS [2].
Рис. 1. Архитектура радиодоступа 5G
Интерфейсы ипротоколы базовых станций 5G сети
– Организация 3GPP выделяет следующие интерфейсы для gNB:
– Xn — интерфейс между базовыми станциями gNB.
– N2 — интерфейс плоскости управления между gNB и модулем управления доступом и мобильностью ядра сети 5GC (AMF).
– N3 — интерфейс плоскости пользовательского трафика между gNB и модулем передачи пользовательского трафика ядра сети 5GC (UPF) [3].
RRC (Radio Resource Control) — протокол предназначен для управления радиоресурсами. Функции протокола RRC: управление RRC соединением (RRC connection control); управление механизмами межтехнологической мобильности (inter-RAT mobility); выполнение измерений и предоставление отчетности; передача сигнального трафика, не относящегося к радиосоединению (NAS — Non Access Stratum) [4]. На рисунке 2 приведена структура модулей базовых станций gNB.
Рис. 2. Структура модулей gNB
SDAP (Service Data Adaptation Protocol) — выполняет функции управления качеством (QoS), включая: маркировку пакетов данных соответствующими параметрами QFI (QoS Flow ID) по направлению DL и UL; определяет соответствие между потоками данных с соответствующими параметрами QoS и виртуальными каналами (DRB — data radio bearer) [5].
PDCP (Packet Data Convergence Protocol) — реализует следующие функции: обмен пользовательскими данными и данными плоскости управления; производит нумерацию пакетов; выполняет шифрование и контроль целостности данных; восстанавливает порядок следования пакетов, удаляет дубликаты; обеспечивает повышенную надежность передачи путем дублирования пакетов [6].
RLC (Radio Link Control) уровень RLC предназначен для: передачи пакетов, формируемых вышележащими уровнями (PDCP); обнаружения и коррекции ошибок передачи; обнаружения дублирующих RLC PDU; удаления данных по запросу вышележащего PDCP уровня [7].
MAC (Medium Access Control) выполняет следующие функции: устанавливает соответствие между логическими и транспортными каналами; мультиплексирование блоков данных, принадлежащих одному или нескольким логическим каналам, в транспортные блоки; демультиплексирование блоков данных, полученных в транспортных блоках от физического уровня, динамическое распределение ресурсов с учетом приоритетов пользовательских терминалов [8].
Рекомендация 3GPP TS 38.401 V15.0.0 определяет архитектуру построения базовой станции, основанную на 2-ой опции разделения функций. В этом случае RRC и PDCP реализуются в центральном модуле (gNB-CU), а RLC, MAC и физический уровень — в распределенном (gNB-DU). Взаимодействие между gNB-CU и gNB-DU осуществляется по интерфейсу F1.
В заключение еще раз отметим главные отличия и преимущества нового радиоинтерфейса.
Радиоинтерфейс New Radio выступает в качестве ключевой технологии построения сетей с высокой пропускной способностью и малыми задержками. New Radio предполагается внедрять как в верхних, так и в нижних диапазонах частот. Основными особенностями данного стандарта являются пересмотренная структура кадра с возможностью минимизации задержки до 1 мс, более широкие каналы, использование более эффективных методов помехоустойчивого кодирования и применение более производительных антенных систем [9].
Преимуществами данного стандарта по отношению к наследованным системам являются: развертывание мультистандартных базовых станций NR/E-UTRA, возможность размещения оборудования gNB в ЦОД (центрах обработки данных) для обеспечения высокой надежности и безопасности, возможность создания единой облачной инфраструктуры радиодоступа Cloud RAN, что позволит управлять большим количеством радиомодулей на территории, в разы превышающую по площади предыдущие стандарты мобильной связи.
Литература:
1. Itech Технологии связи, “Сеть радиодоступа 5G”, Online: https://itechinfo.ru/.
- Консорциум 5GPPP, “5G PPP 5G Architecture WG White Paper Rev.3.0 for public consultation”, Online: https://5g-ppp.eu/5g-ppp-5g-architecture-wg-white-paper-rev-3–0-for-public-consultation/.
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 38.401 NG-RAN; Architecture description. ETSI TS 138 401 V15.7.0, (2020–01).
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 38.331 NR; Radio Resource Control (RRC); Protocol specification. ETSI TS 138 331 V15.9.0 (2020–04).
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 37.324 LTE; 5G; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and NR; Service Data Adaptation Protocol (SDAP) specification. ETSI TS 137 324 V15.1.0 (2018–09).
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 38.323 5G; NR; Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification. ETSI TS 138 323 V15.6.0 (2019–07).
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 38.322 5G; NR; Radio Link Control (RLC) protocol specification. ETSI TS 138 322 V15.5.0 (2019–05).
- ETSI Technical Specification. 3GPP TS 38.321 5G; NR; Medium Access Control (MAC) protocol specification.
- Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерациию., “Концепция создания и развития сетей 5G/IMT-2020 в Российской Федерации” https://digital.gov.ru, 2020. — 105 c.
