La Release 15, finalizzata a giugno 2018, ha aperto la strada alla commercializzazione della tecnologia 5G (NR). R15 ha gettato le basi per le reti 5G attraverso le architetture Standalone (SA) e Non-Standalone (NSA), introducendo una rete core virtualizzata basata sui servizi e nuove tecnologie di livello fisico per migliorare la capacità, ridurre la latenza e migliorare la flessibilità. Durante questo periodo, i Gruppi di Lavoro Radio 3GPP RAN1-RAN5 hanno dato contributi significativi alla standardizzazione della tecnologia 5G (NR). Il lavoro e i punti tecnici chiave di ciascun gruppo sono i seguenti:
I. RAN1 (Innovazione del Livello Fisico) Le aree di lavoro chiave includono forme d'onda, set di parametri, accesso multiplo, MIMO e segnali di riferimento:
1. Spaziatura dei sottoportanti e struttura dei frame flessibili; Introduzione della spaziatura dei sottoportanti scalabile:
Implementazione: l'elaborazione in banda base regola dinamicamente la dimensione FFT e il prefisso ciclico in base alle diverse spaziatura dei sottoportanti.
Casi applicativi: controllo industriale a bassa latenza (30 kHz) e collegamenti eMBB a onde millimetriche ad alta larghezza di banda (120 kHz).
2. Mass MIMO e Beam Forming
Esempio: array gNB 64T64R formano beam dinamici specifici per l'UE, migliorando l'efficienza spettrale in implementazioni dense.
3. Duplexing basato su OFDM e allocazione delle risorse
Implementazione: lo scheduler gNB previene dinamicamente le trasmissioni downlink in corso per supportare le trasmissioni burst URLLC.
4. Segnali di riferimento e sincronizzazione：Introduzione di nuovi segnali SS/PBCH, CSI-RS, PTRS e SRS.
5. Evoluzione della codifica di canale: La codifica LDPC viene utilizzata per il canale dati, sostituendo la codifica Turbo per migliorare l'efficienza del throughput eMBB.
Scenario applicativo: segnalazione di controllo ad alta affidabilità in ambienti con velocità dati variabile.
II. RAN2 (Interfaccia Radio) I protocolli MAC, RLC, PDCP e RRC definiscono l'architettura dell'interfaccia radio, la pianificazione, lo stato RRC, l'istituzione del bearer e l'ottimizzazione della segnalazione.
1. Dual Connectivity (DC) introduce un'architettura gNB master-slave, in cui l'UE può distribuire il traffico tra LTE e NR (modalità NSA).
Scenario applicativo: miglioramento del throughput nella fase iniziale di implementazione del 5G prima della rete core 5G pura (EN-DC basata su EPC).
2. Stato RRC_INACTIVE: Introduce un nuovo stato UE per ridurre al minimo l'overhead di segnalazione mantenendo al contempo il ripristino a bassa latenza.
Implementazione: l'UE memorizza il contesto RRC per abilitare una connessione rapida per il traffico intermittente (circa 10 millisecondi).
Scenario applicativo: sensori IoT con raffiche di dati periodiche di piccole dimensioni.
3. Architettura basata sul flusso QoS: PDCP viene ricostruito in ID di flusso QoS, coerenti con l'architettura 5GC.
Implementazione: ogni sessione PDU instrada i flussi QoS al DRB tramite il mapping SDAP.
Caso d'uso: flussi video con adattamento dinamico del bit rate.
4. Compressione dell'intestazione e sicurezza: L'ottimizzazione RoHCv2 e la crittografia avanzata vengono adottate per ridurre l'overhead del piano di controllo.
5. Miglioramenti alla mobilità e al handover: La segnalazione di handover inter-RAT unificata è definita tra le reti LTE-NR (NSA) e NR-NR (SA).
III. RAN3 (Interfaccia NG ed Evoluzione della Dual Connectivity) le tecnologie includono: definizioni di interfaccia F1, Xn e NG, gestione gNB-CU/DU e interoperabilità.
1. Architettura gNB separata (CU/DU): Separazione logica tra unità centralizzate (CU) e unità distribuite (DU).
Implementazione: le interfacce F1-C (controllo) e F1-U (utente) adottano un design di trasmissione fronthaul flessibile.
Scenari applicativi: Cloud-RAN e interoperabilità multi-vendor.
2. Interfacce NG e 5GC: Introduce le interfacce NG-C (piano di controllo) e NG-U (piano utente), sostituendo l'interfaccia S1 in LTE. Supporta le funzioni di rete core 5G basate sui servizi tramite AMF/SMF.
3. Architettura EN-DC: Definisce la segnalazione Xn e S1* per l'interoperabilità tra eNB e gNB. Supporta il funzionamento regolare dei punti di ancoraggio LTE nelle prime fasi di implementazione del 5G.
4. Continuità della sessione e Network Slicing: Integra un meccanismo di mobilità inter-slice basato sulla QoS.
Esempio di applicazione: handover senza interruzioni tra diverse slice in base ai requisiti di latenza (eMBB→URLLC).
IV. RAN4 (Definizioni di banda radio e spettro), Livelli di potenza, aggregazione dello spettro e coesistenza.
1. Nuovi intervalli di banda di frequenza (FR1 e FR2)
Implementazione: il design modulare del front-end RF del dispositivo supporta il funzionamento dual-band utilizzando catene di amplificatori a basso rumore (LNA) commutabili.
2. Larghezza di banda e aggregazione di portanti: Fino a 400 MHz di larghezza di banda del canale è definita in FR2. Le portanti aggregate combinano NR e LTE per implementazioni ibride.
3. Potenza nominale e calibrazione EIRP: Le valutazioni UE sono stabilite per i dispositivi a onde millimetriche; vengono introdotti parametri EVM e ACLR rigorosi.
Caso applicativo: stazioni base a celle piccole e CPE che utilizzano il controllo del beam per 5G FWA.
4. Coesistenza e controllo della trasmissione: Le maschere spettrali sono definite per garantire la coesistenza tra più tecnologie di accesso radio (RAT). Supporto per la condivisione dello spettro NR con LTE o NR-U in bande senza licenza.
5. Prestazioni RF e sensibilità di riferimento: Modellazione della sensibilità migliorata per le stazioni base array MIMO massicce. Introduzione del controllo della potenza basato sul beam per gestire la potenza isotropica radiata equivalente (EIRP) di ciascun beam.
V. RAN5 (Test delle apparecchiature e conformità): Procedure di conformità, segnalazione e test delle prestazioni UE.
1. Allineamento delle specifiche di test: Introduzione di TS 38.521/38.533/38.141 per i test di conformità RF e protocollo di UE NR e stazioni base.
2. Framework di test OTA (Over-The-Air): Introduzione di un modello di test in camera anecoica per apparecchiature a onde millimetriche, considerando il controllo del beam e i modelli di radiazione dinamici.
Esempio: analisi delle caratteristiche degli smartphone 5G e verifica della commutazione del beam ad array in fase.
3. Verifica della segnalazione end-to-end: Verifica dell'interoperabilità dei livelli RRC/PDCP/PHY, fondamentale per la prima integrazione NSA.
4. Valutazione delle prestazioni: Definizione di indicatori di prestazione chiave (KPI) per latenza, throughput e sensibilità di riferimento in un ambiente di propagazione reale.
La Release 15 getta le basi per la prima fase del 5G, definendo il livello fisico NR, i nuovi protocolli radio, l'architettura flessibile e gli aspetti RF/coerenza. Supporta i servizi 5G chiave, tra cui eMBB, URLLC e mMTC, in esecuzione su un'architettura unificata supportando contemporaneamente le modalità NSA e SA.
