АРХИТЕКТУРА И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ 5G

Аннотация

в работе рассмотрены ключевые технические аспекты беспроводной технологии пятого поколения (5G), включая архитектуру сети, режимы функционирования, особенности использования радиочастот и вопросы управления питанием. Приведено описание автономного и неавтономного режимов 5G, а также показаны принципы работы на разных частотных диапазонах – как ниже 6 ГГц, так и в миллиметровом спектре. Отдельное внимание уделено регулированию мощности восходящей линии связи и синхронизации каналов связи. Проанализированы распределения полос частот по странам, включая США, Индию, Японию, Китай и страны Европы. Подчёркнута важность плоской архитектуры IP для снижения задержек и повышения эффективности передачи данных в мультисетевой среде. Ключевые слова: 5G, архитектура, частоты, миллиметровые волны, автономный режим, RAN, IP-сеть, регулирование мощности, синхронизация, мобильные сети Беспроводная технология 5G аналогична другим технологиям сотовой беспроводной связи, таким как 2G, 3G и 4G. Она поддерживает те же, а также расширенные функции по сравнению с отсталыми беспроводными технологиями. Он поддерживает различные диапазоны частот по всему миру, включая выше 6 ГГц (диапазоны миллиметровых волн), ниже 6 ГГц и ниже 1 ГГц. Пропускная способность 5G, составляющая около 20 Гбит/с в нисходящем канале и 10 Гбит/с в восходящем, оценивается большинством операторов сетей 5G. До настоящего времени в ходе полевых испытаний 5G ими была достигнута скорость передачи данных от 5 Гбит/с до 10 Гбит/с. Общая архитектура 5G NR показана на следующем рис. 1. Она определена в спецификации 3GPP TS 38. 300. 217 SCIENCE SHINE INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025 Amf/UPF Amf/UPF 5GC G N G N gNB gNB Воздух Воздух Xn ng-eNB ng-eNB UE UE Рис. 1. Общая архитектура 5G C-плоскость U-Обратная связь LTE 5G NSA (Автономный, привязанный к LTE) CU-Обратная плоскость 5G SA (Автономный) Рис. 2. Режимы работы 5G Существует два режима, автономный и неавтономный (рис. 2). В автономном режиме сотовый Телефон 5G использует устаревшие технологии, 218 SCIENCE SHINE INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025 такие как LTE, для передачи сигналов по каналам управления и выполняет передачу данных в беспроводном режиме 5G. В автономном режиме сотовый телефон 5G сам выполняет как управление, так и передачу данных без использования каких–либо устаревших стандартов или технологий. На рисунке 3. 3. оказана архитектура сети 5G. Это общая архитектура. Как показано, сеть 5G использует концепцию плоского IP, так что различные RAN (сети радиодоступа) могут использовать одно и то же наноядерное ядро для связи. RAN, поддерживаемые архитектурой 5G, включают GSM, GPRS/EDGE, UMTS, LTE, LTE-advanced, WiMAX, WiFi, CDMA2000, EV-DO, CDMA One, IS- 95 и др. Плоская архитектура IP идентифицирует устройства с использованием символьных имен, в отличие от иерархической архитектуры, где используются обычные IP-адреса. Такая архитектура сокращает количество сетевых элементов в пути передачи данных и, следовательно, в большей степени снижает затраты. Она также минимизирует задержки. Агрегатор 5G объединяет весь проходящий трафик и направляет его к шлюзу. Агрегатор 5G расположен в BSC / RNC place. Мобильный терминал 5G имеет различные радиоинтерфейсы для каждого RAT, чтобы обеспечить поддержку всех технологий доступа к спектру и беспроводной связи. Архитектура 5G В Соответствии Со Стандартом 5G NR представлена на рис. 3. 219 SCIENCE SHINE INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025 Wi-Fi Выставление счетов GSM IP-Адрес Глобальные Агрегатор Net Контент Провайдеры Нанокорень LTE AIPN Нанотехнологии Облачные вычисления 5G 73 ГГц Архитектура сети 5G All-RANs Смартфон 5G Рис. 3. Архитектура Сети 5G В беспроводных системах часто требуется либо увеличить, либо уменьшить мощность передачи UE или мобильного устройства. Это известно как регулирование мощности восходящей линии связи. В беспроводных системах сотовой связи требуется отрегулировать синхронизацию кадра восходящей линии связи, чтобы согласовать его с кадром нисходящей линии связи во временном масштабе. Как мы знаем, кадр восходящей линии связи передается UE в направлении gNB, где кадр нисходящей линии связи передается gNB в направлении UE. gNB – это базовая станция 5G NR. Процедура управления синхронизацией инициируется уровнем MAC и передается на уровень PHY для настройки времени. В беспроводных системах часто требуется либо увеличить, либо уменьшить мощность передачи UE или мобильного устройства. Это известно как регулирование мощности восходящей линии связи. Диапазоны частот 5G в Индии, США, Европе, Китае, Японии, Корее и т. д. Здесь упоминаются диапазоны частот 5G ниже 6 ГГц и выше 6 ГГц. Эти 220 SCIENCE SHINE INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL Issue 11(46), Volume 1 | ISSN 3030-377X | 25.05.2025 диапазоны 5G используются по всему миру для приложений сотовой связи и Интернета вещей. Частоты, используемые в беспров