Jak budou vypadat mobilní sítě 5G Advanced ve specifikaci Rel-18

Patrick Zandl · 9. červen 2024 Opravit 📃

Jak budou vypadat mobilní sítě 5G Advanced ve specifikaci Rel-18

V květnu letošního roku dostaly sítě 6G své oficiální logo a zároveň s tím se dokončila specifikace 5G Advanced v podobě 3GPP Rel-18. Kam bude mířit svět mobilních sítí po páté generaci? Zatím se nestresujte, první sítě se v realitě (ne té marketingové) objeví tak kolem roku 2028.

Finální podoba loga sítí šesté generace. Teď ještě ty sítě 😀

Vývoj standardu u 3GPP jsme opustili v Release-17 (popisuji ve článku zde), které uzavřelo samotnou definici sítí 5G započatou Release-15. Specifikace Release-18 má přinést další rozvoj do 5G Advanced a pracovalo se na něm od konce roku 2021, schválen byl v květnu 2024. Takže je ta pravá chvíle podívat se, jak to nakonec dopadlo a co bude oním 5G Advanced.

Předpoklad dalšího rozvoje mobilních sítí v rámci standardizace 3GPP

Všechny Release se tradičně zaměřují na zvyšování rychlosti a kapacity, přičemž svatým grálem se již nějakou dobu stává pojem NR - New Radio. Tím se myslí zpřístupnění dalších frekvenčních pásem, zlepšování modulačního schématu (zhuštění informací na nosné zlepšenou prací se šumem včetně víceanténových technik MIMO) a zlepšení práce složených antén pomocí směřování signálu (tzv. beamforming). A zkoumají se možnosti využití bezlicenčních pásem označovaných NR-U, kde U je Unlicenced.

Přehled hlavních funkcí Rel-18 od Qualcommu

Zajímavou a s tím související možností Rel-18 je takzvaný Satellite Backhaul, tedy propojení základnových stanic do zbytku sítě přes satelitní přenos. To umožní budovat infrastrukturu i v oblastech, které jsou jinak dosti vzdálené od jádra sítě, nebo třeba budovat či posilovat dočasné pokrytí mobilní sítí. Dále se rozšiřuje možnost přímé komunikace mobilního terminálu se satelitem, tedy využívat satelitní spojení. To bylo původně součástí Release-17 a například Apple tuto funkci představil v telefonech počínaje modelem iPhone 14, podporu satelitního spojení nabízí i čipové sady Qualcomm pro Android. Jenže zatím jde spíše o nouzový režim, zatímco s Rel-18 budou moci být data i hlas využívány lépe. Ve standardu se tento přístup označuje jako NTN, tedy non-terestrial networks. Musím říct, že inklinaci k satelitním standardům považuji za jeden z hlavních směrů mobilních sítí. Zatímco v Rel-17 jde o nouzové připojení, v Rel-18 už jde o možnost přenášet i větší balíčky dat včetně hlasového hovoru a v Rel-19 a následujících se půjde ještě dál. Předpokládá se, že NTN se postupně do mobilů zaintegruje a zatímco v 5G Advanced ještě půjde o oddělené technologie, v rámci sítí 6G budou terestrické i satelitní sítě sjednocené. Je to také důvod satelitních závodů na orbitě, kde Starlink i další sítě rychle budují flotilu pokrývající celou planetu. Ale zase pozor, nevyvozujme z toho předčasné závěry, terestrická síť je kapacitnější a levnější na výstavbu, než kdy ta satelitní bude.

Na obrázku je vidět, jaké spektrum možností se snaží 5G Advanced obsáhnout. Povšimněte si také toho značení NR-Light/RedCap, to je 5G síť s redukovanými možnostmi (Reduced Capability). S tímto jménem RedCap se přišlo v Rel-17, kdy nahradilo právě ono LTE M1 /LTE NB IoT. Je určeno pro zařízení, která nepotřebují celou škálu služeb, typicky pro různá IoT zařízení, senzory, nebo třeba chytré hodinky připojené do sítě. Výměnou za to je nižší energetická náročnost, lepší dosah atd. Hodně to tlačí Qualcomm, projděte si jeho prezentaci.

Jaké služby chce obsáhnout 5G Advanced

Tradicí novějších Release je také důraz na energetickou úspornost. 3GPP se snaží nabídnout vhodné prostředí mobilních sítí i pro IoT senzory, kde se to bez energetické úspornosti neobejde. Nově Rel-18 přidává i možnosti dálkového vzbuzení zařízení.

V Rel-18 se také dále rozpracovávají jednotlivé uživatelské případy a scénáře. Již dříve s ohledem na IoT zařadila podpora NB-LTE, nyní se ale pracovní skupiny zabývají skutečně do hloubky použitím pro konkrétní cíle a Rel-18 se optimalizuje s ohledem na používání Virtuální reality, dronů (a obecně UAV) nebo průmyslové použití v rámci iniciativ Industry X.0. To znamená, že se snižuje energetická náročnost, latence, zvyšují možnosti rychlosti pohybu, ale také třeba umožňuje dohrávání dat v bezlicenčním pásmu. Zvláště zajímavé mi také přijde Mobile integrated access/backhaul (IAB) a vehicle mounted relay (VMR), tedy možnost vystavět dočasnou síť včetně propojení do páteře nebo jen zesilovač a opakovač signálu ve formě Relay či Repeateru třeba i na pohybujícím se automobilu. To všechno otevírá možnosti použití mobilních sítí tam, kde dosud nebyly přítomné.

Novinkou v Rel-18 je podpora umělé inteligence a strojového učení AI/ML. Byly provedeny obsáhlejší studie, které se zaměřovali na predikci polohy účastníka v mobilní síti a její dopady do sítě a dále na predikci informací o stavu kanálu (CSI feedback), tedy na parametry, které umožňují nejlépe předpovědět, co udělat s účastnickým terminálem tak, aby měl nejlepší podmínky připojení. Připomeňme, že dnešní 5G sítě mají možnosti uživatelský terminál přehodit na řadu jiných frekvencí, na jiné fasety antén atd. A k tomu jim AI/ML předikce mohou sloužit. K tématu doporučuji například tento článek, ale jde to už opravdu dost hluboko a celá věc je spíše na začátku: Towards deep learning-aided wireless channel estimation and channel state information feedback for 6G.

Postupně se také zlepšuje podpora neveřejných sítí (Non-public Networks, NPN), která přišla v Release-16 a v dalších Release se zlepšuje a prohlubuje, ačkoliv je zatím jejich používání mizivé. Předpokládá se, že řada velkých firem bude NPN chtít používat ve svém provozu a byla by škoda je nezaujmout.

Po pravdě jsem vynechal většinu vnitřně architektonických záležitostí Rel-18, jako je SON (samoorganizující se síť), RAN slicing (zúžení jádra sítě dynamicky na to, co je nutné pro obsluhu služeb žádaných uživatelem), integrovaného přístupového backhaulu (IAB) a nejrůznější úpravy v modulačních schématech. Je to sice zajímavé, ale z uživatelova pohledu to lze schovat právě pod ty pojmy “zvýšení rychlosti a kapacity, snížení latence”. A už je to v tak detailní fázi inkrementálních zlepšení, že to už ani není zajímavé jako nový přístup k problému.

Co mi naopak přijde zajímavé, je dlouhodobé hledání nových frekvencí. 5G Advanced si dnes poradí s velkou šíří frekvencí do 15 GHz, pracuje se na frekvencích do 60 GHz a ve výzkumu pro 6G jsou sub-terraherzové vlny, tedy frekvenční rozsah 90-300 GHz. Ale nebojte, ještě jsme daleko od momentu, kdy vlny začnou “svítit” - to je až v pásmu stovek THz…🙂

A tip na závěr: chcete si pohrát s 5G sítí? Vyzkoušejte aplikaxi NetX od Mpirical, slouží ke školení toho, jak 5G síť funguje a jaké má části.

🗼 Pokračujte dále na Seriál Mobilní sítě

Chcete tyto články emailem?

Twitter, Facebook