A versão 15, finalizada em junho de 2018, abriu caminho para a comercialização da tecnologia 5G (NR). A R15 estabeleceu a base para as redes 5G por meio das arquiteturas Standalone (SA) e Non-Standalone (NSA), introduzindo uma rede central virtualizada baseada em serviços e novas tecnologias de camada física para aprimorar a capacidade, reduzir a latência e melhorar a flexibilidade. Durante este período, os Grupos de Trabalho de Rádio 3GPP RAN1-RAN5 fizeram contribuições significativas para a padronização da tecnologia 5G (NR). O trabalho e os principais pontos técnicos de cada grupo são os seguintes:
I. RAN1 (Inovação da Camada Física) As principais áreas de trabalho incluem formas de onda, conjuntos de parâmetros, acesso múltiplo, MIMO e sinais de referência:
1. Espaçamento de subportadoras e estrutura de quadros flexíveis; Introdução do espaçamento de subportadoras escalável:
Implementação: O processamento da banda base ajusta dinamicamente o tamanho da FFT e o prefixo cíclico de acordo com os diferentes espaçamentos de subportadoras.
Casos de aplicação: Controle industrial de baixa latência (30kHz) e links eMBB de ondas milimétricas de alta largura de banda (120kHz).
2. MIMO em massa e Formação de Feixe
Exemplo: Arrays gNB 64T64R formam feixes dinâmicos específicos do UE, melhorando a eficiência espectral em implantações densas.
3. Duplexação baseada em OFDM e Alocação de Recursos
Implementação: O agendador gNB preempta dinamicamente as transmissões de downlink em andamento para suportar transmissões de burst URLLC.
4. Sinais de Referência e Sincronização：Introdução de novos sinais SS/PBCH, CSI-RS, PTRS e SRS.
5. Evolução da Codificação de Canal: A codificação LDPC é usada para o canal de dados, substituindo a codificação Turbo para melhorar a eficiência da taxa de transferência eMBB.
Cenário de aplicação: Sinalização de controle de alta confiabilidade em ambientes de taxa de dados variável.
II. RAN2 (Interface de Rádio) Os protocolos MAC, RLC, PDCP e RRC definem a arquitetura da interface de rádio, o agendamento, o estado RRC, o estabelecimento de portadora e a otimização da sinalização.
1. Conectividade Dupla (DC) introduz uma arquitetura gNB mestre-escravo, onde o UE pode distribuir o tráfego entre LTE e NR (modo NSA).
Cenário de aplicação: Melhorando a taxa de transferência na fase inicial de implantação do 5G antes da rede central 5G pura (EN-DC baseado em EPC).
2. Estado RRC_INACTIVE: Introduz um novo estado UE para minimizar a sobrecarga de sinalização, mantendo a recuperação de baixa latência.
Implementação: O UE armazena o contexto RRC para permitir uma conexão rápida para tráfego intermitente (aproximadamente 10 milissegundos).
Cenário de aplicação: Sensores IoT com rajadas periódicas de pequenos dados.
3. Arquitetura baseada em fluxo QoS: O PDCP é reconstruído em IDs de fluxo QoS, consistentes com a arquitetura 5GC.
Implementação: Cada sessão PDU roteia fluxos QoS para o DRB via mapeamento SDAP.
Caso de uso: Streams de vídeo com adaptação dinâmica da taxa de bits.
4. Compressão de cabeçalho e segurança: A otimização RoHCv2 e a criptografia aprimorada são adotadas para reduzir a sobrecarga do plano de controle.
5. Melhorias de mobilidade e handover: A sinalização unificada de handover inter-RAT é definida entre as redes LTE-NR (NSA) e NR-NR (SA).
III. RAN3 (Interface NG e Evolução da Conectividade Dupla) as tecnologias incluem: definições de interface F1, Xn e NG, gerenciamento gNB-CU/DU e interoperabilidade.
1. Arquitetura gNB Separada (CU/DU): Separação lógica entre unidades centralizadas (CU) e unidades distribuídas (DU).
Implementação: As interfaces F1-C (controle) e F1-U (usuário) adotam um design flexível de transmissão fronthaul.
Cenários de aplicação: Cloud-RAN e interoperabilidade de vários fornecedores.
2. Interfaces NG e 5GC: Introduz interfaces NG-C (plano de controle) e NG-U (plano de usuário), substituindo a interface S1 em LTE. Suporta funções de rede central 5G baseadas em serviços por meio de AMF/SMF.
3. Arquitetura EN-DC: Define a sinalização Xn e S1* para interoperabilidade entre eNB e gNB. Suporta a operação suave de pontos de ancoragem LTE nos estágios iniciais da implantação 5G.
4. Continuidade da sessão e fatiamento de rede: Integra um mecanismo de mobilidade inter-fatias baseado em QoS.
Exemplo de aplicação: Handover contínuo entre diferentes fatias com base nos requisitos de latência (eMBB→URLLC).
IV. RAN4 (Rádio e Espectro) Definições de Banda, Níveis de Potência, Agregação de Espectro e Coexistência.
1. Novas Faixas de Banda de Frequência (FR1 e FR2)
Implementação: O design modular da extremidade frontal de RF do dispositivo suporta a operação de banda dupla usando cadeias de amplificador de baixo ruído (LNA) comutáveis.
2. Largura de banda e agregação de portadoras: Até 400MHz de largura de banda de canal é definida em FR2. As portadoras agregadas combinam NR e LTE para implantações híbridas.
3. Classificação de potência e calibração EIRP: As classificações UE são estabelecidas para dispositivos de ondas milimétricas; parâmetros EVM e ACLR rigorosos são introduzidos.
Caso de aplicação: Estações base de células pequenas e CPEs usando controle de feixe para 5G FWA.
4. Coexistência e controle de transmissão: Máscaras de espectro são definidas para garantir a coexistência entre múltiplas tecnologias de acesso de rádio (RATs). Suporte para compartilhamento de espectro NR com LTE ou NR-U em bandas não licenciadas.
5. Desempenho de RF e sensibilidade de referência: Modelagem de sensibilidade aprimorada para estações base de matriz MIMO massivas. Introduzindo o controle de potência baseado em feixe para gerenciar a potência radiada isotrópica equivalente (EIRP) de cada feixe.
V. RAN5 (Testes e Conformidade de Equipamentos): Conformidade, sinalização e procedimentos de teste de desempenho do UE.
1. Alinhamento da especificação de teste: Introduzindo TS 38.521/38.533/38.141 para testes de conformidade de RF e protocolo de UEs NR e estações base.
2. Estrutura de teste OTA (Over-The-Air): Introduzindo um modelo de teste de câmara anecoica de equipamentos de ondas milimétricas, considerando o controle de feixe e os padrões de radiação dinâmica.
Exemplo: Análise de características de smartphones 5G e verificação de comutação de feixe de matriz em fase.
3. Verificação de sinalização ponta a ponta: Verificando a interoperabilidade das camadas RRC/PDCP/PHY, o que é crucial para a integração NSA inicial.
4. Benchmarking de desempenho: Definindo indicadores-chave de desempenho (KPIs) para latência, taxa de transferência e sensibilidade de referência em um ambiente de propagação do mundo real.
A versão 15 estabelece a base para a primeira fase do 5G, definindo a camada física NR, novos protocolos de rádio, arquitetura flexível e aspectos de RF/coerência. Ele suporta os principais serviços 5G, incluindo eMBB, URLLC e mMTC, rodando em uma arquitetura unificada, ao mesmo tempo em que suporta os modos NSA e SA.
