Release 15, finalisiert im Juni 2018, ebnete den Weg für die Kommerzialisierung der 5G (NR)-Technologie. R15 legte den Grundstein für 5G-Netzwerke durch Standalone (SA)- und Non-Standalone (NSA)-Architekturen, indem es ein dienstbasiertes virtualisiertes Kernnetzwerk und neue Physical-Layer-Technologien einführte, um die Kapazität zu erhöhen, die Latenz zu reduzieren und die Flexibilität zu verbessern. Während dieser Zeit leisteten die 3GPP Radio Working Groups RAN1-RAN5 wesentliche Beiträge zur Standardisierung der 5G (NR)-Technologie. Die Arbeit und die wichtigsten technischen Punkte jeder Gruppe sind wie folgt:
I. RAN1 (Physical Layer Innovation) Zu den wichtigsten Arbeitsbereichen gehören Wellenformen, Parametersätze, Mehrfachzugriff, MIMO und Referenzsignale:
1. Flexibler Subträgerabstand und Rahmenstruktur; Einführung eines skalierbaren Subträgerabstands:
Implementierung: Die Basisbandverarbeitung passt die FFT-Größe und den zyklischen Präfix dynamisch an den unterschiedlichen Subträgerabstand an.
Anwendungsfälle: Industrielle Steuerung mit geringer Latenz (30 kHz) und eMBB-Links im Millimeterwellenbereich mit hoher Bandbreite (120 kHz).
2. Massives MIMO und Beamforming
Beispiel: 64T64R gNB-Arrays bilden dynamische UE-spezifische Strahlen und verbessern die spektrale Effizienz in dichten Bereitstellungen.
3. OFDM-basiertes Duplexing und Ressourcenzuweisung
Implementierung: Der gNB-Scheduler unterbricht dynamisch laufende Downlink-Übertragungen, um URLLC-Burst-Übertragungen zu unterstützen.
4. Referenzsignale und Synchronisation：Einführung neuer Signale SS/PBCH, CSI-RS, PTRS und SRS.
5. Kanalcodierungsentwicklung: LDPC-Codierung wird für den Datenkanal verwendet und ersetzt die Turbo-Codierung, um die eMBB-Durchsatzeffizienz zu verbessern.
Anwendungsszenario: Hochzuverlässige Steuerungssignalisierung in Umgebungen mit variabler Datenrate.
II. RAN2 (Funkschnittstelle) MAC-, RLC-, PDCP- und RRC-Protokolle definieren die Funkschnittstellenarchitektur, die Planung, den RRC-Zustand, den Verbindungsaufbau und die Signalisierungsoptimierung.
1. Dual Connectivity (DC) führt eine Master-Slave-gNB-Architektur ein, bei der die UE den Datenverkehr zwischen LTE und NR (NSA-Modus) verteilen kann.
Anwendungsszenario: Verbesserung des Durchsatzes in der frühen 5G-Bereitstellungsphase vor dem reinen 5G-Kernnetzwerk (EN-DC basierend auf EPC).
2. RRC_INACTIVE-Zustand: Führt einen neuen UE-Zustand ein, um den Signalisierungsaufwand zu minimieren und gleichzeitig eine geringe Latenz bei der Wiederherstellung zu gewährleisten.
Implementierung: Die UE speichert den RRC-Kontext, um eine schnelle Verbindung für intermittierenden Datenverkehr zu ermöglichen (ungefähr 10 Millisekunden).
Anwendungsszenario: IoT-Sensoren mit periodischen kleinen Datenbursts.
3. QoS-Flow-basierte Architektur: PDCP wird in QoS-Flow-IDs umstrukturiert, die mit der 5GC-Architektur übereinstimmen.
Implementierung: Jede PDU-Sitzung leitet QoS-Flows über SDAP-Mapping an die DRB weiter.
Anwendungsfall: Videostreams mit dynamischer Bitratenanpassung.
4. Header-Kompression und Sicherheit: RoHCv2-Optimierung und erweiterte Verschlüsselung werden eingesetzt, um den Overhead der Steuerungsebene zu reduzieren.
5. Verbesserungen bei Mobilität und Handover: Eine einheitliche Inter-RAT-Handover-Signalisierung wird zwischen LTE-NR (NSA) und NR-NR (SA)-Netzwerken definiert.
III. RAN3 (NG-Schnittstelle und Dual-Connectivity-Entwicklung) Technologien umfassen: F1-, Xn- und NG-Schnittstellendefinitionen, gNB-CU/DU-Management und Interoperabilität.
1. Getrennte gNB-Architektur (CU/DU): Logische Trennung zwischen zentralen Einheiten (CU) und verteilten Einheiten (DU).
Implementierung: Die F1-C (Steuerung) und F1-U (Benutzer)-Schnittstellen übernehmen ein flexibles Fronthaul-Übertragungsdesign.
Anwendungsszenarien: Cloud-RAN und Interoperabilität mit mehreren Anbietern.
2. NG- und 5GC-Schnittstellen: Führt NG-C (Steuerungsebene) und NG-U (Benutzerebene)-Schnittstellen ein, die die S1-Schnittstelle in LTE ersetzen. Unterstützt dienstbasierte 5G-Kernnetzwerkfunktionen über AMF/SMF.
3. EN-DC-Architektur: Definiert Xn- und S1*-Signalisierung für die Interoperabilität zwischen eNB und gNB. Unterstützt den reibungslosen Betrieb von LTE-Ankerpunkten in den frühen Phasen der 5G-Bereitstellung.
4. Sitzungskontinuität und Network Slicing: Integriert einen QoS-basierten Inter-Slice-Mobilitätsmechanismus.
Anwendungsbeispiel: Nahtloses Handover zwischen verschiedenen Slices basierend auf Latenzanforderungen (eMBB→URLLC).
IV. RAN4 (Funk und Spektrum) Banddefinitionen, Leistungspegel, Spektrumaggregation und Koexistenz.
1. Neue Frequenzbandbereiche (FR1 und FR2)
Implementierung: Modulares Design des HF-Frontend des Geräts unterstützt den Dualbandbetrieb mit umschaltbaren rauscharmen Verstärkerketten (LNA).
2. Bandbreite und Trägeraggregation: Bis zu 400 MHz Kanalbandbreite sind in FR2 definiert. Aggregierte Träger kombinieren NR und LTE für Hybridbereitstellungen.
3. Leistungsbewertung und EIRP-Kalibrierung: UE-Bewertungen werden für Millimeterwellengeräte festgelegt; strenge EVM- und ACLR-Parameter werden eingeführt.
Anwendungsfall: Kleine Funkzellen-Basisstationen und CPEs, die Beam-Control für 5G FWA verwenden.
4. Koexistenz und Sendeleistungskontrolle: Spektrummasken werden definiert, um die Koexistenz zwischen mehreren Funkzugangstechnologien (RATs) zu gewährleisten. Unterstützung für die gemeinsame Nutzung des NR-Spektrums mit LTE oder NR-U in lizenzfreien Bändern.
5. HF-Leistung und Referenzempfindlichkeit: Erweiterte Empfindlichkeitsmodellierung für massive MIMO-Array-Basisstationen. Einführung der strahlenbasierten Leistungsregelung zur Verwaltung der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) jedes Strahls.
V. RAN5 (Gerätetests und Konformität): Konformitäts-, Signalisierungs- und UE-Leistungstestverfahren.
1. Ausrichtung der Testspezifikation: Einführung von TS 38.521/38.533/38.141 für HF- und Protokollkonformitätstests von NR-UEs und Basisstationen.
2. OTA (Over-The-Air)-Testrahmen: Einführung eines Testmodells für eine schalltoten Kammer für Millimeterwellengeräte unter Berücksichtigung von Beam-Control und dynamischen Strahlungsmustern.
Beispiel: 5G-Smartphone-Charakterisierungsanalyse und Verifizierung des Phased-Array-Beam-Switchings.
3. End-to-End-Signalisierungsverifizierung: Überprüfung der Interoperabilität der RRC/PDCP/PHY-Schichten, was für die frühe NSA-Integration entscheidend ist.
4. Leistungs-Benchmarking: Definition von Key Performance Indicators (KPIs) für Latenz, Durchsatz und Referenzempfindlichkeit in einer realen Ausbreitungsumgebung.
Release 15 legt den Grundstein für die erste Phase von 5G und definiert die NR-Physical-Layer, neue Funkprotokolle, eine flexible Architektur und HF-/Kohärenzaspekte. Es unterstützt wichtige 5G-Dienste, einschließlich eMBB, URLLC und mMTC, die auf einer einheitlichen Architektur laufen und gleichzeitig sowohl NSA- als auch SA-Modi unterstützen.
