5G NR

5G NR использует диапазоны в двух основных частотных областях:

1. Диапазон 1 (FR1) — от 410 МГц до 7125 МГц,
2. Диапазон 2 (FR2) — от 24 250 МГц до 71 000 МГц.

gNodeB или гНБ (от англ. Next Generation Node B — базовая станция нового поколения) — это элемент сети 5G, выполняющий функции базовой станции. Он принимает и передаёт радиоданные абонентскому устройству, а его зона покрытия называется сотой. gNodeB может быть размещён на телекоммуникационной башне.

В режиме «неавтономной работы» (NSA, Non-Standalone) gNodeB строится на базе существующей LTE-базовой станции (eNodeB, eNB).

Оператор Ooredoo первым в мире запустил коммерческую сеть 5G NR в мае 2018 года в Катаре. За ним последовали и другие операторы по всему миру.

В 2018 году 3GPP опубликовал Release 15, содержащий стандартизацию первого этапа (Phase 1) для 5G NR. Работа над Release 16 (второй этап стандарта 5G) завершилась в июне 2020 года^[6]. Release 17 изначально планировался к опубликованию в сентябре 2021 года^[7], но из-за пандемии COVID-19 сроки были перенесены на июнь 2022 года^[8].

В 3GPP началась работа над Release 18, который носит название NR Advanced и отмечает очередной этап развития радиосетей. Среди новых возможностей: поддержка расширенной реальности (XR), применение искусственного интеллекта и машинного обучения, а также улучшения в вопросах мобильности. Если раньше мобильность обеспечивалась на уровне 3 (RRC), то в Rel-18 её обработка перемещается в нижние уровни.

Первые внедрения 5G NR происходят преимущественно в неавтономном режиме (Non-Standalone, NSA), используя существующую инфраструктуру 4G/LTE. По мере внедрения полномасштабных сетей 5G будет применяться автономный режим (Standalone, SA) с собственным ядром сети. Кроме того, возможно динамическое совместное использование спектра между LTE и 5G NR.

Для оптимизации использования ресурсов операторы могут использовать динамическое совместное использование диапазона между LTE и 5G NR. Частотный спектр распределяется между двумя поколениями сетей во времени в зависимости от нагрузки, при этом для управляющих функций всё ещё используется сеть LTE. Технология динамического разделения спектра (DSS, Dynamic Spectrum Sharing) доступна на оборудовании LTE, если оно совместимо с 5G NR, устройств 5G NR достаточно для поддержки такой работы^[9].

Неавтономный режим 5G NR (Non-Standalone, NSA) предполагает использование управляющей плоскости (control plane) существующей сети LTE, а 5G NR обслуживает только пользовательскую плоскость (user plane)^[10][11][12]. Это ускоряет внедрение технологии, однако некоторые операторы и производители критикуют этот подход, поскольку он может затянуть переход на полностью автономный режим^[13][14]. Такой режим использует то же ядро, что и 4G, но с модернизированным радиочастотным оборудованием^[15][16].

Автономный режим работы 5G NR (Standalone, SA) использует базовые станции 5G как для сигнализации, так и для передачи пользовательских данных^[10]. В этом случае применяется новое ядро сети 5G Packet Core взамен ядра Evolved Packet Core четвёртого поколения^[17][18], что позволяет развернуть сеть 5G без LTE^[19]. Автономный режим обеспечивает большую эффективность, снижение стоимости и способствует появлению новых сценариев использования^[13][20]. Однако на начальном этапе скорости в таком режиме могут быть ниже из-за особенностей выделения спектра^[21]. Для этого режима характерно использование нового, полностью выделенного ядра для 5G^[22].

5G NR поддерживает семь вариантов разнесения поднесущих:

Длина циклического префикса обратно пропорциональна разнесению поднесущих: при 15 кГц составляет 4,7 мкс, для 240 кГц — 0,29 мкс. Использование большего разнесения поднесущих позволяет снизить задержку и лучше поддерживать высокочастотные диапазоны, что важно при реализации критически надёжных сетей (URLLC) и широкополосной мобильной связи (eMBB).

С выпуском Release 17 в 5G NR консорциум 3GPP предложил стандарт NR-Light для устройств с пониженными возможностями (RedCap, Reduced Capability). NR-Light (RedCap) ориентирован на новые и развивающиеся сценарии применения, где необходимы сниженная сложность и энергопотребление по сравнению с обычными устройствами 5G NR.

NR-Light предназначен для устройств среднего класса: он балансирует между возможностями стандартных 5G NR-устройств и сверхпростых LTE-M и NB-IoT продуктов. Области применения включают:

• носимые устройства: «умные» часы, фитнес-трекеры, приборы контроля здоровья — устройства с низким энергопотреблением и долгой автономной работой;
• промышленные датчики: подключаемые устройства, применяемые в «умных» фабриках и автоматизации производства;
• устройства для умного дома: системы видеонаблюдения, автоматизация и «умная» бытовая техника.

Ключевые особенности NR-Light:

• сниженная ширина полосы: меньшая полоса упрощает аппаратное решение и уменьшает энергопотребление;
• упрощённые схемы антенн: меньше антенн относительно стандартных 5G NR-устройств, что снижает сложность и стоимость;
• пониженные скорости передачи: оптимизация для задач, не требующих высоких скоростей, с эффективным использованием ресурсов сети;
• увеличенное время работы от батареи: дополнительная оптимизация энергопотребления.

Введение NR-Light расширяет экосистему 5G, позволяя масштабировать решения с разной требуемой производительностью и развивать интернет вещей (IoT) и смежные технологии.