hirdetés
hirdetés

Alapfogalmak az ötödik generációs mobilkommunikációs rendszerek megértéséhez

5G kisokos

Legyen szó gyárak automatizálásáról, ipar 4.0-ról, autonóm járművekről, okosvárosokról, nagy felbontású videómegfigyelő rendszerekről vagy egészségügyi monitoring rendszerekről, mindnek 5G-re van szüksége a szünetmentes és valós idejű működéshez. De mi az 5G, azon túl, hogy nagysebességű mobilhálózat? Kisokosunkban az 5G-vel kapcsolatos fogalmakat, eszközöket gyűjtöttük össze, korántsem a teljesség igényével.

hirdetés

Az 5G-hálózat jellemzői

  • Gyorsaság – az 5G hússzor gyorsabb, mint a 4G
  • Adatfeldolgozó kapacitása akár 10 Gbps is lehet
  • Rendkívül alacsony hálózati késleltetés – a 4G-nél megszokott 50 milliszekundum helyett mindössze 1 milliszekundum
  • Robusztus gépi kommunikáció, adatintenzív alkalmazások támogatása
  • Energiahatékonyság – alacsony energiafelhasználás mellett tömeges IoT-kapcsolatok lehetősége

1G: A mobilhálózati technológia első generációja, biztosítja az analóg hangszolgáltatást.
2G: Második generációs mobilhálózati technológia, biztosítja a digitális hang és alacsony sebességű adatszolgáltatást.
3G: A mobilhálózati technológia harmadik generációja, biztosítja a szélessávú adatszolgáltatást.
4G: A mobilhálózati technológia negyedik generációja, stabilabban biztosítja a nagy felbontású digitális hang- és jobb adatátviteli sebességteljesítményt, mint a 3G.
5G: A mobilhálózat ötödik generációja hússzorosan meghaladja a 4G hozzáférési sebességét, valós idejű rendelkezésre állást biztosít az IoT-eszközök között.

Az 5G rádiós interfész frekvenciasávjai (EU harmonizáció 2020 végéig)

  • Low band: 700 MHz (694–790 MHz)
  • Mid band: 3.6 GHz (3.4–3.8 GHz)
  • High band: 26 GHz (24.25–27.5 GHz), másnéven mmWave

5G NR: A mobilhálózatok területén a fejlődést az 5G-NR (New Radio) hozza el, tovább növelve az LTE-Advanced esetén megismert átviteli kapacitásokat, valamint csökkentve a hálózat késleltetését. Ezek olyan új megoldások elterjedéséhez szükségesek, mint az önvezető autók, valamint a kiterjesztett és virtuális valóságon alapuló technológiák.

5G teljes duplex: Míg a jelenlegi cellás mobilrendszerek vagy különböző frekvenciákat vagy különböző időréseket használnak a teljes duplex (egyidejű kétirányú) működéshez, addig az 5G teljes duplex sémája lehetővé teszi az egyidejű adást és vételt ugyanazon a csatornán. Ez a megoldás megkétszerezi a spektrális hatékonyságot és feleslegessé teszi az FDD-módnál használt duplex szűrőket. Az 5G teljes duplex sémája elektromos kiegyenlítő elválasztással és belső interferenciaelnyomással valósítható meg.

A Next Generation Mobile Networks Alliance meghatározása szerint az 5G-standardnak a következő előírásoknak kell megfelelnie:

  • az adatsűrűségnek több tízezer felhasználónál is el kell érnie a több tíz megabit másodpercenkénti nagyságrendet,
  • nagyvárosi környezetben 100 megabites másodpercenkénti forgalmat kell biztosítania,
  • az egy irodai szinten tevékenykedő dolgozók között legalább 1 gigabites adatátvitelnek kell elérhetőnek lennie,
  • vezeték nélküli szenzoros hálózatok több százezer kapcsolatot is lehetővé kell tenniük,
  • nagyobb lefedettség,
  • jelentős spektrális hatékonyságnövekedés,
  • energiahatékonyság,
  • az LTE-hez képest jelentősen csökkenő késleltetés.

Mindezek eléréséhez olyan, ma már a vezeték nélküli technológiában elérhető megoldások szükségesek, mint a kiscellás hálózatok, amelyek sűrűn telepített MIMO (multiple in-multiple out) antennákkal dolgoznak, a sugárformázásnak nevezett, az interferencia kihasználására épülő jelfeldolgozó rendszer, valamint a teljes duplex kommunikáció.

5G-architektúra építő elemei

  • 5GC/NC: Core hálózat
  • NG: Interfész a RAN és Core között
  • gNB/NR: 5G-bázisállomás/New Radio
  • gNB-CU: Central Unit
  • gNB-DU: Distributed Unit
  • F1: Interfész a CU és DU között
  • Xn: Interfész a szomszédos gNB-k között

3GPP: A Harmadik Generációs Partnerségi Projekt (3GPP) 1998. december 4-én jött létre 5 regionális távközlési szabványosító szervezet (ARIB, T1, TTC, ETSI és TTA) együttműködése révén, ami globális szintre emelte a mobil rendszerek műszaki specifikációinak a kifejlesztését. A partnerek egyetértettek, hogy globálisan alkalmazható műszaki specifikációkat és műszaki jelentéseket fognak létrehozni, amelyek a továbbfejlesztett GSM-maghálózaton és a harmadik generációs UTRA FDD és TDD-rádiós hozzáférési technológián alapulnak.
A 3GPP nem jogi személy, projektalapon működik, tagjai a Szervezeti Partnerek (Organizational Partners), a Piac Képviseleti Partnerek (Market Representation Partners) és az egyéni tagok. A 3GPP később túllépett az eredeti tárgykörén, gondozza és fejleszti az összes „mainstream” mobil technológiát: GSM, GPRS, EDGE, W-CDMA, TD-CDMA, LTE, LTE-A, LTE-A Pro és jelenleg az 5G műszaki specifikációk kifejlesztésén dolgozik. Napjainkban már hét Szervezeti Partnert (regionális távközlési szabványosító szervezetet) foglal magában: ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TSDSI, TTA és TTC. A 3GPP belső struktúrája egy projektkoordinációs csoportot (Project Coordination Group) és négy műszaki specifikációs csoportot (Technical Specification Group) tartalmaz: a rádiós hozzáférési hálózatra (RAN), a maghálózatra és végberendezésekre (CT), a szolgáltatás- és rendszer-aspektusokra (SA) és a GSM/EDGE rádiós hozzáférési hálózatra (GERAN) vonatkozóan. A 3GPP által kifejlesztett műszaki specifikációkat a regionális szabványosítási szervezetek (Európában az ETSI) transzponálják át műszaki szabványokká.
AAS: Az Aktív Antenna Rendszer a 3GPP által meghatározott rendszer, amely kombinálja az antennarendszert egy aktív adó-vevő egységgel. A bázisállomás és antennarendszer olyan együttese, amelyben az amplitúdó és/vagy az antennaelemek közötti fázis folyamatosan állítható, ami a rádiós környezet rövid idejű változásainak megfelelően változó antennakarakterisztikát eredményez.
AF (Application Function): alkalmazásokat biztosító elemek. Az AF kommunikál a PCRF-fel, ami az a szoftvercsomópont, amelyet valós időben jelöltek ki az egységes szabályok meghatározására a multimédia-hálózatban.
A PCRF (Policy and Charging Rules Function) a hálózati architektúra azon része, amely valós időben összesíti a hálózatról, a működési támogató rendszerekről és más forrásokról (például portálokról) érkező információkat és támogatja a különböző, de egységes szabályok létrehozását, amelyek alapján automatikusan döntéseket hoz minden egyes felhasználó számára. A PCRF funkció a PCC architektúra részeként működik, amely szintén a házirend- és töltésvégrehajtási funkciót (PCEF) és a proxy hívás-munkamenet-vezérlő funkciót (P-CSCF) foglalja magában.

Hálózati evolúció

AMF (hozzáférési és mobilitási funkció): UE-alapú hitelesítést (felhasználói berendezésenként), engedélyezést, regisztrációt, kapcsolatfelvételt, mobilitás menedzsmentet és kapcsolatkezelési funkciókat kezel. 

AN (Access Network): az 5G-rendszer három fő összetevőjének egyike, amely meghatározza a 5G hálózati infrastruktúrát.
AUSF (Authentication Server Function): adatokat tárol az UE-hitelesítésére. Mivel az 5G új szolgáltatást és üzletet tesz lehetővé (gyakorlatilag egy platform), így sokféle biztonsági alkalmazást igénylő modell. Az AUSF lehetővé teszi az UE számára a hitelesítést.
BBU (Base Band Unit): olyan telekommunikációs rendszerek egysége, amely feldolgozza az alapsávú jeleket. A BBU-kat fel lehet osztani (D-RAN) vagy központilag (C-RAN) vezérelni.
Sugárformálás: a sugárformálás olyan technológia, amellyel irányított nyaláb képződik a vezeték nélküli jelet vevő eszköz felé. TX sugárformálásnak, azaz "sugárzás koncentrációnak" is nevezik.
CPRI (Common Public Radio Interface): A közös nyilvános rádióinterfész-szabvány meghatározza az interfészt a rádióberendezések vezérlése (REC) és a rádióberendezések (RE) között. Gyakran CPRI linkeket használnak adatok továbbítására a cellák és a bázisállomások között.
mmWave: A milliméteres hullám egy 30 GHz és 300 GHz közötti rádióspektrum-sáv, amely nagysebességű, szélessávú kapcsolatot biztosít az adatátvitelhez. Ezen a spektrumon működik az 5G. A milliméteres hullámspektrum nagy frekvenciákon halad rövid, közvetlen hullámhosszokon, amit látóvonal-haladásnak nevezünk. A milliméteres hullám jellege miatt a légköri változások − például a megnövekedett páratartalom − és a falak befolyásolhatják a teljesítményt, valamint a jelerősséget.
Hálózati szeletelés: olyan architektúra, amely a virtuális hálózatokat külön partíciókra vagy szeletekre választja szét, amelyek különböző szolgáltatásokat és alkalmazásokat támogatnak, amelyek mind ugyanazon a hardveren találhatók. Minden szeletnek megvan a maga architektúrája, menedzsmentje és biztonsága. Ez az architektúra megosztja a felhasználói síkot és a vezérlő síkot, így a felhasználói síkok közelebb kerülnek a hálózati élhez. A hálózati szeletelés az 5G fő jellemzője.
RAN: rádió-hozzáférési hálózat. RAN néven is ismert, ez a technológia rádió kapcsolatokon keresztül csatlakoztatja az eszközöket a hálózatok különböző részeihez. A legújabb RAN evolúció a felhasználói síkot és a vezérlősíkot külön elemekre osztja fel, ami lehetővé teszi a különböző 5G-funkciók, például a hálózati szeletelés és a MIMO megfelelő működését.

Az 5G RAN architektúra építőelemei:

  • 5GC/NC: Core hálózat
  • NG: Interfész a RAN és Core között
  • gNB/NR: 5G bázisállomás / New Radio
  • gNB-CU: Central Unit
  • gNB-DU: Distributed Unit
  • F1: Interfész a CU és DU között
  • Xn: Interfész a szomszédos gNB-k között
A leggyakoribb 5G rövidítések (angolul)
AF: Application Function
AKA: Authentication and Key Agreement
A-RACF: Access-Resource and Admission Control Function
ASP: Application Service Provider
BGF: Border Gateway Function
BGS: Border Gateway Services
C-BGF: Core Border Gateway Function
CCI: Charging Correlation Information
CLF: Connectivity session Location and repository Function
CPE: Customer Premises 
CSCF: Call Session Control Function
DiffServ: Differentiated Services
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
DSCP: Differentiated Service Code Point
EAP: Extensible Authentication Protocol
FR: Frame Relay
I-BCF: Interconnection Border Control Function
I-BGF: Interconnection Board Gateway Function
IETF: Internet Engineering Task Force
IMS: IP Multimedia Subsystem
L2TF Layer 2 Termination Function
LSP: Label Switched Path
MPLS: Multi Protocol Label Switching
NA(P)T: Network Address and optional Port Translation
NASS: Network Attachment Sub-system
NAT: Network Address Translation
PDF: Policy Decision Function
PPP: Point to Point Protocol
RACS: Resource and Admission Control Subsystem
RCEF: Resource Control Enforcement Function
RTCP Real Time Control Protocol
RTP: Real Time Protocol
SBP: Service Based Policy control
SDP: Session Description Protocol
SIM: Subscriber Identification Module
SIP: Session Initiation Protocol
SPDF: Service-based Policy Decision Function
TCP: Transmission Control Protocol
TISPAN: Telecommunications and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking
UDP: User Datagram Protocol
UE: User Equipment
UNI: User-to-Network Interface
USIM: UMTS Subscriber Identification Module

Cikkünkeredetileg a GyártásTrend 2020 decemberi lapszámában jelent meg. 

Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés