Современная электроника №2/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 31 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 Рис. 2. Глобальное и региональное распределение частотного ресурса для сетей 5G ● частоты в интервале 55…65 ГГц ха- рактеризуются высоким поглоще- нием радиоизлучений молекуляр- ным кислородом в составе воздуха с максимумом потерь до 15 дБ/км на частоте 60 ГГц [4]; ● радиооборудование миллиметрово- го диапазона длин волн имеет более высокие фазовые шумы и более низ- кую выходную мощность; ● использование базовых станций мил- лиметрового диапазона ограничено вблизи некоторых объектов, напри- мер станций спутниковой связи, из- за проблем ЭМС. Консорциум 3GPP предусматривает гибкое использование полос частот в зависимости от плотности распреде- ления абонентов и их потребностей в трафике. Работа сетей 5G на частотах ниже 6 ГГц, как предполагается, будет использоваться для «низкоскоростной» гарантированной связи, в то время как миллиметровый диапазон будет задей- ствован преимущественно для обеспе- чения высоких скоростей передачи. На рисунке 2 графически представ- лена информация о распределении частотного ресурса для сетей 5G в гло- бальном масштабе и на региональном уровне. Полоса 3,3…3,6 ГГц была опре- делена МСЭ-R в качестве глобальной. В зависимости от региона мира, в диа- пазоне частот ниже 6 ГГц для рабо- ты сетей 5G дополнительно рассма- триваются полосы частот 3,3…4,2 ГГц (США, Япония, Южная Корея, Китай) и 4,4…5,0 ГГц (Китай, Япония и дру- гие страны Азиатско-Тихоокеанского региона). Для первичной отработки технологии 5G многие страны плани- руют использовать (либо уже использу- ют) полосу 0,6…0,7 ГГц, которая в даль- нейшем может быть задействована для обеспечения связи 5G с подвижными объектами. По результатам обсуждения на Все- мирной конференции радиосвязи МСЭ-R оценил минимальную потреб- ность в частотном ресурсе для 5G на уровне 20 ГГц [5]. Однако в насто- ящее время выделить такую полосу, в особенности по всему миру, невоз- можно из-за действующего распреде- ления частот между радиослужбами, в первую очередь в области фиксирован- ной спутниковой связи. По этой причи- не для сетей 5G на частотах выше 6 ГГц предполагается выделение несколь- ких полос частот, причём для каж- дой из них необходимо использовать индивидуальные приёмо-передающие устройства. Ввиду того, что загружен- ность спектра в значительной степени зависит от региона мира и даже от госу- дарства, в дополнение к глобальным частотам 5G, выделеннымМСЭ-R, неко- торые страны рассматривают исполь- зование дополнительных полос частот 26,5…29,5 ГГц (США, Южная Корея, Канада), 37…40 ГГц (США, Канада); 64…71 ГГц (Канада). В Европе для сетей 5G планируется использовать диапазо- ны 31,8…33,4 и 40,5…43,5 ГГц. Из представленной информации о частотных планах 5G следует, что базо- вые станции и АТ сетей пятого поко- ления в перспективе будут работать в существенно отличающихся диапазо- нах частот, для каждого из которых, возможно, потребуется использовать собственные нормы ЭМС, в т.ч. реги- онального охвата, в зависимости от характера совмещаемых радиослужб. В Российской Федерации выделе- ние частот для радиослужб осущест- вляется Государственной комис- сией по радиочастотам. Совсем недавно ГКРЧ принято решение № 20-54-02 [6], согласно которому полосы частот 0,694…0,790; 2,3…2,4; 2,57…2,62; 4,4…4,99; 24,25…27,5 ГГц явля- ются перспективными для построе- ния сетей связи стандарта 5G. При этом для развёртывания сетей 5G в РФ будут использоваться частоты 4,4…4,99 и 24,25…24,65 ГГц, однако приоритет отдаётся последней из них, что идёт в разрез с порядком внедрения 5G в других странах. Использование поло- сы частот 3,3…4,2 ГГц, применяемой во многих странах на начальном этапе развёртывания, признано ГКРЧ невоз- можным из-за занятости данного диа- пазона радиотехническими системами военного назначения и спутниковой связью. По мнению специалистов, в будущем это может значительно замед- лить развёртывание сетей 5G в нашей стране, т.к. для них придётся проек- тировать специальное оборудование. Дополнительной проблемой является необходимость работ по конверсии спектра для обеспечения всех поль- зователей радиочастотным ресурсом. Физический уровень сетей 5G Ключевыми аспектами физическо- го уровня сетей 5G являются принци- пы модуляции, организация передачи и приёма в восходящем и нисходящем каналах, а также многоантенная пере- дача и приём. В конечном счёте все они и определяют критерии обеспечения межсистемной ЭМС с другими радио- службами. Технология 5G во многом повторяет способы передачи инфор- мации сетей 4G, но с учётом необхо- димого их нелинейного масштабирова- ния, а также изменений, определяемых переходом в миллиметровый диапазон. В сетях 5G планируется использо- вать сигналы с OFDM-модуляцией, а для несущих будет поддерживать- ся QPSK, 16QAM, 64QAM и 256QAM, как и в сетях 4G. В восходящих кана- лах будет поддерживаться π /2-BPSK- модуляция для уменьшения отноше- ния пиковой мощности к средней, что повышает эффективность работы уси- лителей. В будущем номенклатура под- держиваемых схем модуляции может быть расширена для более рациональ- ного использования спектра, например, рассматривается вариант применения модуляции 1024QAM для связи между неподвижными точками. Характери- стики OFDM-модуляции для 5G в зави- симости от диапазона частот представ- лены в таблице 1. Таблица 1. Характеристики OFDM-модуляции для 5G (3GPP, rel.15) Разнос несущих, кГц 15 30 60 120 Диапазон частот, ГГц 0,45…6 0,45…6 0,45…6 24…52,6 24…52,6 Длительность передачи OFDM-символа, мкс 66,67 33,33 16,67 8,33 Длительность циклического префикса, мкс 4,69 2,34 1,17 0,59 Длительность передачи OFDM-символа с циклическим префиксом, мкс 71,35 35,68 17,84 8,91 Максимальная полоса сигнала, МГц 50 100 200 400