La versión 15, finalizada en junio de 2018, allanó el camino para la comercialización de la tecnología 5G (NR). R15 sentó las bases para las redes 5G a través de arquitecturas Standalone (SA) y Non-Standalone (NSA), introduciendo una red central virtualizada basada en servicios y nuevas tecnologías de capa física para mejorar la capacidad, reducir la latencia y mejorar la flexibilidad. Durante este período, los Grupos de Trabajo de Radio 3GPP RAN1-RAN5 hicieron contribuciones significativas a la estandarización de la tecnología 5G (NR). El trabajo y los puntos técnicos clave de cada grupo son los siguientes:
I. RAN1 (Innovación de la Capa Física) Las áreas de trabajo clave incluyen formas de onda, conjuntos de parámetros, acceso múltiple, MIMO y señales de referencia:
1. Espaciado de subportadoras y estructura de trama flexibles; Introducción del espaciado de subportadoras escalable:
Implementación: El procesamiento de banda base ajusta dinámicamente el tamaño de la FFT y el prefijo cíclico de acuerdo con diferentes espaciamientos de subportadoras.
Casos de aplicación: Control industrial de baja latencia (30 kHz) y enlaces eMBB de ondas milimétricas de gran ancho de banda (120 kHz).
2. MIMO masivo y formación de haces
Ejemplo: Las matrices gNB de 64T64R forman haces dinámicos específicos para el UE, mejorando la eficiencia espectral en implementaciones densas.
3. Dúplex basado en OFDM y asignación de recursos
Implementación: El programador gNB interrumpe dinámicamente las transmisiones de enlace descendente en curso para admitir transmisiones de ráfaga URLLC.
4. Señales de referencia y sincronización：Introducción de nuevas señales SS/PBCH, CSI-RS, PTRS y SRS.
5. Evolución de la codificación de canal: La codificación LDPC se utiliza para el canal de datos, reemplazando la codificación Turbo para mejorar la eficiencia del rendimiento eMBB.
Escenario de aplicación: Señalización de control de alta fiabilidad en entornos de velocidad de datos variable.
II. RAN2 (Interfaz de Radio) Los protocolos MAC, RLC, PDCP y RRC definen la arquitectura de la interfaz de radio, la programación, el estado RRC, el establecimiento de portadoras y la optimización de la señalización.
1. Conectividad dual (DC) introduce una arquitectura gNB maestro-esclavo, donde el UE puede distribuir el tráfico entre LTE y NR (modo NSA).
Escenario de aplicación: Mejora del rendimiento en la fase inicial de implementación de 5G antes de la red central 5G pura (EN-DC basada en EPC).
2. Estado RRC_INACTIVE: Introduce un nuevo estado UE para minimizar la sobrecarga de señalización mientras se mantiene una recuperación de baja latencia.
Implementación: El UE almacena el contexto RRC para permitir una conexión rápida para el tráfico intermitente (aproximadamente 10 milisegundos).
Escenario de aplicación: Sensores IoT con ráfagas de datos pequeñas y periódicas.
3. Arquitectura basada en flujo QoS: PDCP se reconstruye en ID de flujo QoS, consistente con la arquitectura 5GC.
Implementación: Cada sesión PDU enruta los flujos QoS al DRB a través del mapeo SDAP.
Caso de uso: Transmisiones de video con adaptación dinámica de la velocidad de bits.
4. Compresión de encabezado y seguridad: Se adoptan la optimización RoHCv2 y el cifrado mejorado para reducir la sobrecarga del plano de control.
5. Mejoras de movilidad y traspaso: Se define la señalización de traspaso inter-RAT unificada entre las redes LTE-NR (NSA) y NR-NR (SA).
III. RAN3 (Interfaz NG y evolución de la conectividad dual) las tecnologías incluyen: definiciones de interfaz F1, Xn y NG, gestión gNB-CU/DU e interoperabilidad.
1. Arquitectura gNB separada (CU/DU): Separación lógica entre unidades centralizadas (CU) y unidades distribuidas (DU).
Implementación: Las interfaces F1-C (control) y F1-U (usuario) adoptan un diseño de transmisión fronthaul flexible.
Escenarios de aplicación: Cloud-RAN e interoperabilidad de múltiples proveedores.
2. Interfaces NG y 5GC: Introduce las interfaces NG-C (plano de control) y NG-U (plano de usuario), reemplazando la interfaz S1 en LTE. Admite funciones de red central 5G basadas en servicios a través de AMF/SMF.
3. Arquitectura EN-DC: Define la señalización Xn y S1* para la interoperabilidad entre eNB y gNB. Admite el funcionamiento sin problemas de los puntos de anclaje LTE en las primeras etapas de la implementación de 5G.
4. Continuidad de la sesión y segmentación de la red: Integra un mecanismo de movilidad entre segmentos basado en QoS.
Ejemplo de aplicación: Traspaso sin problemas entre diferentes segmentos basado en los requisitos de latencia (eMBB→URLLC).
IV. RAN4 (Radio y Espectro) Definiciones de banda, Niveles de potencia, agregación de espectro y coexistencia.
1. Nuevos rangos de banda de frecuencia (FR1 y FR2)
Implementación: El diseño modular del front-end de RF del dispositivo admite la operación de doble banda utilizando cadenas de amplificador de bajo ruido (LNA) conmutables.
2. Ancho de banda y agregación de portadoras: Se definen hasta 400 MHz de ancho de banda de canal en FR2. Las portadoras agregadas combinan NR y LTE para implementaciones híbridas.
3. Clasificación de potencia y calibración EIRP: Se establecen clasificaciones UE para dispositivos de ondas milimétricas; se introducen parámetros EVM y ACLR estrictos.
Caso de aplicación: Estaciones base de celdas pequeñas y CPE que utilizan el control de haz para 5G FWA.
4. Coexistencia y control de transmisión: Se definen máscaras de espectro para garantizar la coexistencia entre múltiples tecnologías de acceso de radio (RAT). Soporte para compartir el espectro NR con LTE o NR-U en bandas sin licencia.
5. Rendimiento de RF y sensibilidad de referencia: Modelado de sensibilidad mejorado para estaciones base de matriz MIMO masiva. Introducción del control de potencia basado en haz para gestionar la potencia radiada isótropa equivalente (EIRP) de cada haz.
V. RAN5 (Pruebas y conformidad de equipos): Conformidad, señalización y procedimientos de prueba de rendimiento del UE.
1. Alineación de especificaciones de prueba: Introducción de TS 38.521/38.533/38.141 para pruebas de conformidad de RF y protocolo de UE NR y estaciones base.
2. Marco de prueba OTA (Over-The-Air): Introducción de un modelo de prueba de cámara anecoica de equipos de ondas milimétricas, considerando el control de haz y los patrones de radiación dinámica.
Ejemplo: Análisis de características de teléfonos inteligentes 5G y verificación de conmutación de haz de matriz en fase.
3. Verificación de señalización de extremo a extremo: Verificación de la interoperabilidad de las capas RRC/PDCP/PHY, que es crucial para la integración temprana de NSA.
4. Evaluación comparativa del rendimiento: Definición de indicadores clave de rendimiento (KPI) para la latencia, el rendimiento y la sensibilidad de referencia en un entorno de propagación del mundo real.
La versión 15 sienta las bases para la primera fase de 5G, definiendo la capa física NR, los nuevos protocolos de radio, la arquitectura flexible y los aspectos de RF/coherencia. Es compatible con los servicios clave de 5G, incluidos eMBB, URLLC y mMTC, que se ejecutan en una arquitectura unificada al tiempo que admite simultáneamente los modos NSA y SA.
