3GPP dividió el estándar 5G en dos versiones: Release 15, que corresponde a NR fase 1, y Release 16, que corresponde a NR fase 2.
En NR fase 1, existen elementos comunes entre LTE y NR, como el uso de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), así como algunas diferencias.
Para implementar la versión completa de NR, se debe implementar una gran cantidad de hardware nuevo, pero para seguir usando el existente se propuso que una versión no autónoma (NSA) utilice el núcleo LTE y una versión independiente (SA) use un núcleo NR que será completamente independiente de la red central LTE.
El grupo de investigación introdujo una nueva terminología para saber qué dispositivos se pueden comunicar entre sí:
LTE eNB es el dispositivo que se puede conectar al EPC o a la red de núcleo LTE actual;
eLTE eNB (evolución del LTE eNB) se puede conectar al núcleo EPC y NextGen;
gNB-5G NR equivalente del LTE eNB; NG-Interfaz entre el núcleo NextGen y
el gNB; NG2-Interfaz del plano de control entre la red central y RAN (S1-C en LTE);
y NG3-Interfaz del plano de usuario NG3 entre la red central y RAN (S1-U en LTE).
Considerando esta terminología, los tres diagramas de 3GPP TR 38.804 que se muestran a continuación ilustran varios escenarios de implementación para 5G NR.
El primer diagrama, del lado izquierdo, muestra una configuración en la que una operación NSA de celda secundaria de los NR gNB se conecta al LTE EPC.
La imagen de la derecha señala un escenario donde se agrega el núcleo NextGen. El eLTE eNB actúa como el maestro. Los NR gNB están en modo NSA con una ruta definida para el flujo de datos entre el eLTE eNB y el NR GNB con el núcleo NextGen como maestro.
La segunda imagen muestra un escenario de implementación alternativo con una evolución por fases para agregar una operación independiente. Todos los tipos de despliegue pueden operar simultáneamente a medida que se promulga este enfoque por etapas. El momento y la fase exactos de las nuevas implementaciones dependen de los proveedores de red individuales.
3GPP señala que para la operación NSA es necesario un plan coordinado de frecuencias entre LTE y NR para la conectividad dual. La siguiente imagen ilustra cómo varias bandas de LTE corresponden a los rangos de frecuencia NR propuestos:
Aunque existe convergencia alrededor de bandas particulares para NR, las frecuencias aún no están establecidas, especialmente para mmWave.
Se han propuesto las bandas n257 (26,500 MHz-29,500 MHz), n258 (24,250 MHz-27,500 MHz), n260 (37,000 MHz-40,000 MHz) y n261 (27,500 MHz-28,350 MHz).
También se estudian activamente otras bandas, como la de 24.25 GHz-29.5 GHz para su uso en 5G NR. Estas frecuencias son de interés para Estados Unidos, Corea del Sur, Japón, China y Europa.
La numerología para NR está diseñada para funcionar tanto en las bandas sub-6 GHz como en las bandas mmWave. Esto se logra creando múltiples numerologías formadas escalando un espaciado de subportadora básica (SCS) por entero N, donde 15 kHz es la línea de base SCS y N es una potencia de dos. La numerología se selecciona independientemente de la banda de frecuencia, con posible SCS de 15 kHz a 480 kHz.
No todas las opciones de SCS se proponen para todas las frecuencias. Para sub-6 GHz, solo se usarán 15 kHz, 30 kHz y 60 kHz. Por encima de 6 GHz, aún no hay una decisión. Los SCS candidatos son 60 kHz, 120 kHz y 240 kHz con 480 kHz marcados para estudios futuros.
Algunas partes de la numerología son flexibles, como el SCS, mientras que otras son fijas.
La modulación NR y las formas de onda tienen algunos puntos en común con LTE, pero apuntan a tener una eficiencia espectral mucho más alta.
NR admite QPSK, 16 QAM y 256 QAM con el mismo mapeo de constelaciones que LTE. Una forma de onda basada en OFDM es compatible. Al menos hasta 40 GHz, la forma de onda CP-OFDM admite la utilización espectral de Y mayor que la de LTE, donde Y es igual a 90 por ciento para LTE. Y como un porcentaje se define como la configuración del ancho de banda de transmisión dividido por el ancho de banda del canal 100 por ciento.
La Y propuesta, por ejemplo, es 98 por ciento. Sólo para el enlace ascendente, las formas de onda basadas en DFT-S-OFDM también son compatibles, pero están limitadas a transmisiones de secuencia única.
Las formas de onda basadas en CP-OFDM y DFT-S-OFDM son obligatorias para el equipo de usuario (UE).
El grupo destaca que aún no se ha solidificado el ancho de banda de canal máximo para NR, pues aunque RAN1 acordó un ancho de banda de 400 MHz en la versión 15, todavía están por estudiarse un rango de MHz-200 MHz para sub-6 GHz, un rango de MHz-1 GHz para encima de 6 GHz, así como la posibilidad de admitir ancho de banda de canal máximo con agregación de operador.
La agregación de operadores permite el uso de un espectro que es mayor que el ancho de banda máximo del canal. Esto es de particular interés para mmWave, donde hay canales de 800 MHz y 1.2 GHz de ancho disponibles para su uso.
La operación de entrada múltiple, salida múltiple (MIMO) es un componente clave de NR. El gNB tiene dos TXRUs por polarización, que están conectadas a paneles de antena Tx de polarización cruzada.
El gNB selecciona un haz analógico en cada polarización del panel de antena para la transmisión de datos del enlace descendente (es decir, transmisión MIMO).
La sincronización en NR se define mediante bloques de señal de sincronización (SS), ráfagas y conjuntos de ráfagas.
El NR-PSS, NR-SSS y/o la señal NR-PBCH se transmiten dentro de un bloque SS. Uno o varios bloques SS componen una ráfaga SS. Una o varias ráfagas de SS componen además un conjunto de ráfaga de SS.
Para completar la versión 15 se ha decidido la codificación de canal para NR y difiere de LTE tanto para los datos como para los canales de control. LTE utiliza la codificación turbo para el canal de datos y NR utiliza la codificación LDPC. Para el canal de control de información de control de enlace descendente (DCI), LTE usa codificación de convolución y NR utiliza codificación polar. Estas técnicas de codificación se definen para el caso de uso de eMBB.
Las técnicas de codificación de canal para NR deben soportar la flexibilidad del tamaño de bloque de información K y la flexibilidad del tamaño de la palabra de código.
La coincidencia de tasas como la perforación y/o repetición admite la granularidad de 1 bit en el tamaño de la palabra clave. La técnica de codificación de canal para canales de datos de NR admite tanto la redundancia incremental (IR) como la persecución (C).
Para longitudes de bloque muy pequeñas donde se usa la codificación de repetición/bloque, se puede preferir usar la combinación (CC) HARQ.
ANTECEDENTES
Nueva alianza con el sector industrial - 5G-ACIA
Cuando se busca viabilidad a la 5G, los diferentes verticales se convierten en protagonistas. El mercado del consumidor final, acaparado por los OTT, parece tener menos encaje de negocio, y los verticales aparecen como la justificación para el lanzamiento de 5G. Pero para atacar a los verticales se requiere educar a los operadores y a los propios verticales sobre el potencial de la 5G, y por ello se uncía la creación de la Alianza 5G para Industrias Conectadas y Automatizadas (5G-ACIA 5G Alliance for Connected Industries and Automation), con el objetivo de posicionar a la 5G en el sector de la producción industrial y asegurarse que la tecnología cumple con los requisitos de este vertical desde el principio.
La nueva alianza asegura que la 5G hará posible la implementación de la Industria 4.0 de forma más rápida mediante la introducción de aplicaciones críticas para el sector industrial a través de una red que será más flexible y confiable gracias a soluciones como Network Slicing.
La 5G-ACIA está contribuyendo a la estandarización y regulación de 5G. También está identificando y analizando posibles casos de uso y los requisitos asociados desde la perspectiva del dominio industrial. “La 5G se convertirá en el sistema nervioso central de la fábrica del futuro y tendrá un impacto en la producción industrial”, dice Dr. Andreas Müller, presidente de 5G-ACIA.
La iniciativa reúne a representantes de las industrias tradicionales de automatización y fabricación, así como a organizaciones líderes de la industria de las TIC. Los 26 miembros actuales incluyen: Beckhoff, Bosch, Deutsche Telekom, German Research Centre for Artificial Intelligence (DFKI), Endress+Hauser, Ericsson, Festo, Fraunhofer Gesellschaft, Harting, Hirschmann Automation & Control, Huawei, Infineon, Institute for Industrial Information Technology (inIT), Institute for Automation and Communication (ifak), Intel, Mitsubishi, Nokia, NXP, Pepperl+Fuchs, Phoenix Contact, R3 – Reliable Realtime Radio Communications, Siemens, Trumpf, Vodafone, Weidmüller y Yokogawa.
Esta es la segunda asociación que se crea en paralelo a la 5G para atender a uno de los verticales. En septiembre de 2016 se anunciaba la 5G Automotive Association (5GAA) para atender a las necesidades del sector automotriz en su relación con la 5G. El grupo sigue activo y trabajando para asegurarse que el estándar 5G tiene en cuenta las necesidades de un vertical que parece apostar fuertemente por el auto conectado y autónomo.
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