Современная электроника №2/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 С учётом значительного влияния многолучёвости, в сетях 5G использу- ется циклический префикс (CP-OFDM) как в восходящих, так и в нисходящих каналах, по крайней мере до частоты 52,6 ГГц, в то время как в технологии 4G циклический префикс использу- ется только для передач по нисходя- щей линии, а для передачи в обратном направлении применяется модуляция DFTS-OFDM [1]. Как предполагается, после отработки технологии 5G на опытных сетях базовые станции смо- гут задавать тип передачи данных — CP-OFDM или DFTS-OFDM в зависимо- сти от формируемого пространством канала распространения радиоволн, соответственно, АТ должны поддер- живать оба этих варианта. На физиче- ском уровне несущие OFDM передают- ся группами с объединением по 12 шт., что соответствует одному физическо- му ресурсному блоку и учитывается при подготовке данных к передаче. Далее ресурсные блоки объединяют- ся в субкадры с длительностью пере- дачи 1 мс, включающие, например, 14 символов OFDM при разносе несущих 15 кГц. Как следует из таблицы 1, в сетях 5G может применяться модуляция с мини- мальным разносом несущих, равным 15 кГц, что соответствует стандарту 4G. Масштабирование реализуется с коэф- фициентом 2 n , где n = 1, 2 или 3 в зави- симости от диапазона частот. Загрузка циклическим префиксом составля- ет 7% от физической пропускной спо- собности. Максимальное количество несущих в одном канале для сетей 5G составляет 3300. В перспективе допол- нительное повышение пропускной спо- собности может быть достигнуто агре- гацией до 16 таких каналов, как это предусматривает 15-е издание специ- фикации NR. Для решения проблем межсистемной ЭМС для сетей 4G и 5G предусмотрены некоторые ограничения по исполь- зованию крайних несущих сигналов CP-OFDM. Если в первом случае допу- скается использование до 90% спек- трального ресурса каналов, то для 5G, как ожидается, оно составит от 94 до 99% за счёт применения новых, более эффективных технологий фильтрации. Значительные отличия между 4G и 5G имеются в части использования для приёма и передачи нескольких антенн. Это предусматривалось и в 4G, но для 5G оно имеет фундаментальное зна- чение, поскольку концепция NR раз- рабатывалась с учётом использования направленного излучения и приёма для достижения приемлемого размера зон покрытия, а также для достижения тре- буемой пропускной способности с учё- том значительного расширения спек- тра. Использование направленного излучения и приёма позволяет значи- тельно уменьшить необходимуюмощ- ность передающих устройств при про- чих равных условиях, компенсируя и повышенные потери на распростране- ние радиоволн. При этом управление угловым положением максимума диа- граммы направленности должно осу- ществляться как базовыми станциями, так и абонентскими терминалами, для чего в 5G реализуется передача инфор- мации о состоянии канала (CSI, Channel State Information). По этому же прин- ципу передаются широковещательные сообщения, и выполняется первичная идентификация в радиосети. Исполь- зование направленного излучения и приёма играет важнейшую роль и в обеспечении ЭМС за счёт ограниче- ния эмиссии по незадействованным направлениям в соответствии с уров- нем боковых лепестков, а также умень- шении вероятности дуэльных ситуаций между узлами радиосети. Использование мультиантенного приёма и передачи (MIMO, Multiple Input Multiple Output) в технологии 4G предусматривалось для повышения спектральной эффективности радио- сетей и соответствующего повышения пропускной способности при исчерпа- нии спектра в обычном режиме при большой загрузке. Учитывая край- нюю ограниченность частотных при- своений в диапазоне ниже 6 ГГц, для 5G технология MIMO сохранена, и во многом этому способствовало развитие цифровых способов управления мало- габаритными фазированными антен- ными решётками с большим количе- ством элементов [7]. Радиосети 5G предполагают исполь- зование кодирования с низкой плот- ностью контроля чётности, для реа- лизации которого в настоящее время разработаны аппаратные решения на программируемых логических схемах для работы со скоростью до несколь- ких гигабит в секунду. Для управления физическими каналами используется полярное кодирование, наиболее под- ходящее для передачи малых объёмов служебной информации. Также техно- логия NR предусматривает сочетание различных видов кодирования для достижения компромисса между про- изводительностью и достоверностью передачи данных. Для упрощения установления и под- держания связи между узлами в сетях 5G часть частотно-временного ресур- са выделяется для передачи данных так называемых физических кана- лов, включающих в себя опорные сиг- налы и другую информацию. В нисхо- дящих и восходящих линиях в сетях 5G реализуются следующие физиче- ские каналы: ● нисходящий канал передачи данных (PDSCH); ● канал управления нисходящей лини- ей связи (PDCCH); ● широковещательный канал переда- чи информации для получения АТ до- ступа к сети (PBCH); ● восходящий канал передачи данных (PUSCH); ● канал управления восходящей лини- ей связи (PUCCH); ● канал произвольного доступа (PRACH), при помощи которого АТ запрашивают установку соединения с базовыми станциями (БС). Частотно-временной ресурс, соот- ветствующий физическому уровню 5G, но используемый для передачи информации физических каналов, обычно называют опорными физи- ческими сигналами [1]. Они приме- няются для обеспечения демодуляции сигналов восходящего и нисходяще- го направления, для синхронизации и оценки состояния канала переда- чи. В нисходящей линии 5G исполь- зуются опорные сигналы демодуляции (DM-RS), отслеживания фазы (PT-RS), информации о состоянии канала (CSI- RS), а также сигналы первичной и вто- ричной синхронизации (PSS, SSS). Для восходящей линии применяются опорные сигналы демодуляции, отсле- живания фазы и зондирующий опор- ный сигнал (SRS). Для обеспечения дуплексного режи- ма связи сети 5G поддерживают режи- мы с временным (TDD) и частотным (FDD) разделением. Принцип реализа- ции дуплексной схемы обычно зависит от диапазона частот, причём на более низких частотах обычно использует- ся FDD, а на более высоких частотах — TDD. Дополнительно NR поддерживает динамическое временное разделение, при котором в случае необходимости изменяется время, отводимое на пере- дачу в восходящей и нисходящей лини- ях. В этом заключается одно из ключе-