La demanda cada vez mayor de tráfico ha supuesto un reto para el sector de las telecomunicaciones en las últimas décadas. Este trabajo proporcionará un análisis detallado de los fundamentos de esta nueva generación de 5G, sus arquitecturas no independientes (NSA) e independientes (SA), MIMO masivo y operaciones de formación de haces, y características de la antena. .él utiliza más para su desarrollo. Finalmente, se explican las diferentes fases para la implementación de nuevas celdas 5G y se destacan diferentes casos de uso para confirmar la teoría estudiada en este trabajo.
This article provides a detailed analysis of the fundamentals of this new 5G generation, the Non Standalone (NSA) and Standalone (SA) architectures, the operation of 'massive MIMO' and 'beamforming', as well as the characteristics of the most common used antennas for its development will be carried out.
Introducción
- Contexto y justificación del Trabajo
- Objetivos del Trabajo
- Enfoque y método seguido
- Breve descripción de los otros capítulos de la memoria
Inicialmente, se realizó un estudio de las generaciones anteriores a New Radio y se exploraron las características que diferencian al 5G de sus antecesores. También se han revisado las necesidades que pretende cubrir esta nueva tecnología y los casos de uso que pretende implementar. Una fase del trabajo se centró en la recogida de información a través de artículos online ofrecidos por diferentes operadores (Telefónica, Vodafone, Orange, etc.), distribuidores oficiales (Ericsson, Huawei, Nokia) y otras webs, mientras que la segunda fase se basó en el análisis varios ejemplos que confirman o refutan la información teórica recopilada.
Tras la finalización de las dos fases anteriores, se elabora un informe de trabajo con la información más relevante.
Fundamentos 5G
Consideraciones generales
IMT-2020, Telecomunicaciones Móviles Internacionales - 2020, son los requisitos emitidos por el sector de radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) para 5G y, gracias a ellos, es posible lograr compatibilidad mundial, roaming y acceso a servicios. en diferentes escenarios de uso. Es el único de los escenarios que actualmente ocurre en 5G ya que es una etapa muy temprana de despliegue. Dependiendo de la banda seleccionada, se obtendrán diferentes características, ya que la longitud de onda (de cm a mm) y el ancho de banda (10 MHz, 80 MHz, 100 MHz, 800 MHz) difieren, por ejemplo.
Esta peculiaridad es algo que LTE ha ido adquiriendo con el paso del tiempo, ya que originalmente nació de forma totalmente independiente de 3G.
Despliegue de frecuencias 5G
- Banda de los 700 MHz (Banda 28)
- Banda de los 2100 MHz FDD (Banda 1)
- Banda de los 3,5 GHz TDD (Banda 78)
- Banda de los 26 GHz (Banda 258)
Actualmente es la banda de mayor riesgo para los distintos operadores de telecomunicaciones y se utiliza principalmente en terminales móviles para aumentar la capacidad y mejorar la experiencia del usuario. La banda 700 se puede integrar tanto en 4G como en 5G y se despliega en DSS, como se muestra en la sección 2.3.1.1. Brinda una buena penetración de la señal en interiores, cubre mayores distancias y es la banda utilizada para el despliegue en áreas rurales y pueblos más pequeños.
La banda de 3,5 GHz se considera crítica para la tecnología 5G y es la única TDD, por lo que puede usar anchos de banda de hasta 100 MHz. Sin embargo, la razón para usar TDD es que permitirá un aumento mucho mayor en la capacidad de la red, no solo proporcionando alta velocidad actual, sino también a varios usuarios al mismo tiempo utilizando MIMO masivo, ya que como veremos en el capítulo 2.4.2.1, esta tecnología permite la transmisión de varios flujos de información al mismo tiempo y en la misma frecuencia. Inicialmente, la parte baja de esta banda de MHz se subastó para su uso en tecnologías inalámbricas como LMDS y WiMax.
Dado que esta banda originalmente se usaría con FDD, las licencias consistían en dos bloques de 20 MHz, por lo que cada operador tenía diferentes cantidades de MHz repartidas en la banda. Esta asignación de espectro significó que 5G en esta banda no funcionó como se esperaba, ya que no podía usar el ancho de banda máximo admitido de 100 MHz en TDD ya que no tenía una parte del espectro de forma continua. Es la primera vez que se utilizará una frecuencia tan alta para comunicaciones móviles.
La banda de ondas milimétricas (mmWave) puede proporcionar una velocidad muy alta (20 Gbps) comparable a FTTH. Sin embargo, su capacidad para penetrar edificios es muy baja ya que no atraviesa obstáculos y su alcance es muy corto.
Arquitectura 5G
- Dynamic Spectrum Sharing (DSS)
Además, esta arquitectura NSA Option 3x permite el uso del concepto Split Bearer, lo que significa que la comunicación entre el núcleo LTE y el terminal NR se puede realizar de dos formas: 5G y 4G. La Figura 5 muestra que el primero comienza en el EPC, va al SgNB y termina en el terminal móvil. Como se indicó anteriormente, la arquitectura NSA permite que 5G se implemente sobre una red existente, lo que ha llevado a una implementación muy rápida por parte de varios operadores de telecomunicaciones, ya que es la arquitectura que se utiliza principalmente.
Ambos requisitos ralentizan el despliegue, ya que el primero está congestionado y el segundo es muy caro, por lo que la industria ha encontrado una manera de utilizar los existentes a través de la tecnología Dynamic Spectrum Sharing (DSS). En UL, todas las ranuras son tramas LTE y NR, pero comparten una frecuencia, lo que significa que se realiza multiplexación de frecuencia FDM. Una de las desventajas de esta funcionalidad es la reducción de la velocidad máxima que se puede alcanzar, ya que depende directamente del espectro disponible.
En segundo lugar, los operadores utilizarán el hardware existente en las estaciones base para implementar tecnologías 4G y 5G en paralelo y así poder aprovechar DSS para un crecimiento más rápido. Como se mencionó anteriormente, DSS se puede implementar como una actualización de software para las radios LTE existentes, lo que permite a los operadores iniciar implementaciones 5G sin una gran inversión, ya que utiliza la infraestructura 4G existente. Para tener una arquitectura SA, los operadores deben invertir en un core 5G con elementos de red físicos y virtualizados, de igual forma es necesario contar con terminales que soporten la mencionada tecnología.
Hay terminales móviles, smartphones que soportan SA, pero ¿actualmente es necesario invertir en esta arquitectura para cubrir solo estos dispositivos? Por lo tanto, las empresas de telecomunicaciones sintieron que era más apropiado continuar usando NSA para estas situaciones e invertir en SA cuando surgieron casos de uso de terminales M2M, latencia ultrabaja, dispositivos sensibles al tiempo, etc.
Antenas
- Antenas pasivas
- Antenas activas
- Massive MIMO
- Beamforming
- Tilt y azimut en las antenas activas
En el mercado puedes encontrar diferentes modelos de antenas pasivas, pero las más instaladas son las antenas panel o antenas SLIM. Las antenas más comúnmente implantadas son las de 2 arrays de banda baja y 2 arrays de banda alta (2L4H), con unas dimensiones de 270 cm de alto, 50 cm de alto y 20 cm de profundidad. Tomando como ejemplo la antena mencionada anteriormente, AQU4518R36v06, la información eléctrica más relevante se recoge en la Tabla 8, mientras que en la Figura 11 se muestran los esquemas eléctricos.
Una de las principales particularidades de este tipo de camuflaje es que las antenas son fijas, separadas por un acimut de 120º, aunque con una rotación variable de 10º. El hardware actual no está diseñado para funcionar en todas las frecuencias en las que se ha implementado 5G, como la banda de 3500 MHz. Un total de 128 elementos que crean un patrón de antena que permite la formación de haces tanto verticales como horizontales, que se abordarán en el siguiente punto.
Las antenas pasivas utilizadas para 4G y generaciones anteriores permiten la familiar inclinación mecánica y la inclinación eléctrica. A continuación, estudiaremos qué tipo de inclinación se puede aplicar a las antenas activas utilizadas en 5G. La inclinación eléctrica realizada mediante el RET (Remote Electrical Tilt) no se puede utilizar en antenas activas.
Las antenas activas tienen una inclinación estándar definida, que puede ser, p. 0º, 6º, etc... y es necesario conocerlo para optimizar correctamente la zona a cubrir. En antenas activas, este parámetro también se puede configurar de forma remota, a diferencia de las antenas pasivas.
Diseño e Integración de la banda NR700
- Diseño hardware radio
- Instalación e integración
- Physical Cell Identification, PCI
- Physical Random Acces Channel, PRACH
- Vecindades
- Monitorización de KPIs
- Casos reales
- Alcance de NR700 en zona urbana vs NR700 en zona rural
- Cómo afectan los distintos valores de tilt a la huella de NR700 y qué
- Despliegue de todas las frecuencias 5G en un mismo site
- Cómo afecta en número de usuarios y alcance el encendido de
Una vez que el diseño del hardware de radio esté disponible, la instalación e integración de la nueva tecnología NR700 se realizará en paralelo. Este tipo de formato requiere una mayor duración de transmisión de enlace ascendente (al menos 1 ms) y puede admitir tamaños de celda de hasta 100 km. Al realizar la integración, los vecinos más cercanos (aproximadamente 2 km) se ingresan manualmente durante la vida útil de la celda.
NR - NR: una celda NR puede tener un NR diferente como vecino intrafrecuencia, es decir, de la misma frecuencia; o como vecino entre frecuencias, es decir, de otra frecuencia. Por un lado, la Figura 20 muestra el alcance de una celda NR700 en un entorno urbano, en concreto en el centro de la ciudad de Málaga. Como hemos visto en los capítulos anteriores, uno de los propósitos principales de la banda 700 fue el despliegue en áreas rurales porque su baja frecuencia le permitía viajar largas distancias, como se muestra en este ejemplo.
Sin embargo, en el centro de la ciudad de Málaga, donde la penetración de la red es muy alta, es consistente que el alcance de la celda es menor, ya que la celda NR700 se utiliza como complemento de la banda NR3500 para mejorar la cobertura y la experiencia. usuario interior. Inicialmente, cuando la celda solo llegaba a la zona 4 (1 km), solo cubría la ciudad y la entrada a la misma, como podemos ver en la imagen de la izquierda de la Figura 23. Las celdas que utilizaremos para este caso de estudio corresponden a un sitio ubicado en el centro de la ciudad de Murcia y en él podemos encontrar instaladas las 3 bandas 5G existentes: N700, N2100 y N3500.
Este es el resultado esperado, ya que como se vio anteriormente en el Capítulo 2.2, la banda 78 es el código MURX0103P2A. Posiblemente el resto de frecuencias muestren una alta inclinación provocando una mayor inclinación de la antena y por tanto reduciendo el alcance de dichas celdas o bien, debido al despliegue del 5G en la zona, nuestro 3500 no necesita el apoyo de su cosector 700 para dar servicio. una experiencia de usuario de alta calidad. Esencialmente, se verifica que cuando se enciende la celda 700 el día 30, no se produce ninguna variación en el recolector de la celda 3500, ya sea en cuanto a alcance o reducción en el número de muestras, como lo muestra el resaltado rojo de la Figura 27.
Finalmente, se observa que las celdas de la banda NR3500 realizan unas 10 veces más conexiones que las de la banda NR700.
Conclusiones y trabajos futuros
Glosario
Bibliografía