Dördüncü nəsil 4G LTE şəbəkələri dünyaya smartfondan sürətli mobil internet, videozənglər və yüksək dəqiqlikli axın videosu bəxş etdi. Lakin 2010-cu illərin sonuna doğru operatorlar və mühəndislər sadəcə yeni 4G baza stansiyaları quraşdırmaqla aşılması mümkün olmayan üç fundamental maneə ilə üzləşdilər: sıx şəhər tikintisində radiokanal zolağının çatışmazlığı, aradan qaldırıla bilməyən 15–30 ms gecikmə və bir kvadrat kilometrdə yüz minlərlə sensoru eyni vaxtda xidmət göstərə bilməmək. Bu dərsdə biz 4G LTE-nin üç arxitektura həddini, ITU-R M.2083 / M.2410 tövsiyələrinə əsasən IMT-2020 (5G) standartının hədəf göstəricilərini araşdıracaq və mühəndis hesablaması ilə beşinci nəslin sektor tutumunu 12 dəfədən çox necə artırdığını və gecikməni bir neçə millisaniyəyə qədər necə sıxdığını göstərəcəyik.

Məqsəd və nə bilmək lazımdır

Dərsdən sonra siz bacaracaqsınız:

  • 4G LTE şəbəkələrinin üç əsas arxitektura həddini (tutum tavanı, gecikmənin aşağı həddi və qoşulma sıxlığı həddi) adlandırmağı və izah etməyi;
  • IMT-2020 xidmətlərinin üç sütununu açmağı: eMBB, URLLC və mMTC;
  • ITU-R M.2083 / M.2410 və 3GPP TR 38.913 sənədlərinin səkkiz əsas hədəf göstəricisini IMT-Advanced (4G) ilə müqayisədə sadalamağı;
  • C_sector = B * eta_avg düsturu ilə sektorun buraxma qabiliyyətini və 4G LTE ilə 5G NR üçün tam RTT gecikmə büdcəsini hesablamağı;
  • mühəndis texniki tapşırığına əsasən layihənin 4G-nin hansı həddinə dirəndiyini və hansı 5G xidmət sinfinin onu həll etdiyini müəyyənləşdirməyi.

Əvvəlcədən nə bilmək lazımdır: lte kursu, dərslər 1–5 (LTE nə üçün yaradılıb, E-UTRAN + EPC arxitekturası, eNodeB baza stansiyaları və S-GW / P-GW şlüzləri, 20 MHz-ə qədər kanal eni və 1 ms altkadrı); ipnet kursu, dərslər 1–5 (buraxma qabiliyyəti, RTT gecikməsi, faza titrəməsi və paket itkiləri).

Həyatdan tapşırıq

Rabitə operatorunun aparıcı radiomühəndisi böyük meqapolisdə kommersiya şöbəsindən bir həftə ərzində tamamilə fərqli üç sifariş alır:

  1. 45 000 tamaşaçı tutumlu şəhər stadionu. Futbol matçı zamanı minlərlə azarkeş eyni anda canlı yayım aparır və Full HD / 4K formatında təkrarlara baxır. Hətta LTE-Advanced daşıyıcıların aqreqasiyası ilə belə baza stansiyasının hər sektorunda 20 MHz zolaq sıxılıb və bir aktiv tamaşaçıya düşən sürət 0.25 Mbps-dən aşağı düşür — görüntü donur.
  2. Avtomatlaşdırılmış avtomobil zavodu. Sifarişçi 120 qaynaq robotundan və pilotsuz AGV arabalarından tez sıradan çıxan kabelləri yığışdırıb mobil şəbəkə ilə əvəz etmək istəyir. Təhlükəsizlik kontrolleri 99.999% etibarlılıqla RTT <= 5 ms tam cavab müddəti tələb edir. Zavodun 4G LTE özəyində aparılan ölçmə 22 ms göstərir və buna görə robotlar qəza dayanmasına keçir.
  3. Ağıllı şəhər təsərrüfatı (Smart Metering & Grid). Bələdiyyə şəhər mərkəzinin hər kvadrat kilometrində bir batareyadan 10 il işləmə müddəti olan 350 000 su, qaz sayğacını, parkinq və işıqlandırma sensorunu qoşmağı planlaşdırır.

Dərsin sualı: nə üçün eyni 4G LTE arxitekturası hər üç tapşırıqda aciz qalır və Beynəlxalq Telekommunikasiya İttifaqı (ITU-R) beşinci nəsil IMT-2020 (5G) standartına hansı dəqiq texniki tələbləri qoyub?

4G LTE-nin üç arxitektura həddi

4G LTE (və daha sonra 3GPP Releases 8–14-də LTE-Advanced Pro) şəbəkəsi bir əsas məqsəd ətrafında layihələndirilmişdi — smartfonlu insana universal IP-verilənlər borusu vermək. Mobil rabitə ilə stadionları, zavodları, nəqliyyatı və milyonlarla sensoru əhatə etməyə çalışdıqda üç sərt konstruktiv məhdudiyyət üzə çıxdı.

1. Tutum və spektr eni tavanı (Capacity Ceiling)

Şennon — Hartli qanununa görə radiokanalın buraxma qabiliyyəti B tezlik zolağının eni (MHz ilə) və eta spektral effektivlik (bit/s/Hz ilə, yəni modulyasiya və MIMO antenaları hesabına zolağın hər hersində saniyədə neçə bit ötürməyin mümkün olması) ilə düz mütənasibdir.

4G LTE şəbəkələrində bir radiokanalın eni sərt şəkildə 20 MHz ilə məhdudlaşır. Bütün bu kanallar 3 GHz-ə qədər olan aşağı və orta tezlik diapazonunda (Sub-3 GHz: 800, 1800, 2100, 2600 MHz zolaqları) kəsilib və orada operatorların artıq boş spektri yoxdur. Hətta 2–3 daşıyıcını (Carrier Aggregation) birləşdirsək belə, sıx şəhər mərkəzindəki baza stansiyası sektora yüzlərlə meqahers bütöv zolaq verə bilmir.

2. 15–30 ms gecikmənin aşağı həddi (Latency Floor)

Nə üçün real kommersiya 4G LTE şəbəkəsində pinq (RTT) demək olar ki, heç vaxt 15–30 ms-dən aşağı düşmür? Bunun iki fundamental səbəbi var:

  • Radioda sərt vaxt toru (TTI = 1 ms). LTE-də radioresursların planlaşdırılmasının ən kiçik vahidi — altkadr (Subframe və ya TTI — Transmission Time Interval) — həmişə dəqiq 1 ms-ə bərabərdir. Zavodda qəza sensoru işə düşərsə, modem növbəti millisaniyəlik altkadrın başlanğıcını gözləyir, paketi ötürür, dekodlamanı gözləyir və radiomaneə zamanı HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) təkrar ötürmə dövrünə daha 8 ms sərf edir. Təkcə radiointerfeysdə 4–10 ms yığılır.
  • Mərkəzləşdirilmiş EPC nüvəsi. 4G arxitekturasında regionun bütün baza stansiyalarından gələn istifadəçi trafiki GTP-U tunelləri ilə bir neçə mərkəzi S-GW / P-GW şlüzünə daşınır ki, onlar da çox vaxt şəhərdən yüzlərlə kilometr uzaqda yerləşir. Gediş-gəliş nəqliyyatına daha 10–15 ms sərf olunur.

3. Qoşulma sıxlığı və enerji sərfiyyatı həddi (Density Limit)

Klassik LTE-də RRC və NAS idarəetmə protokolları meqabaytlarla məlumat yükləyən smartfonlar üçün yaradılmışdı. Kiçik bir su sayğacı saatda bir dəfə 20 bytes ölçüsündə paket göndərmək istədikdə, o, onlarla siqnal mesajından ibarət ağır radiobirləşmə qurma prosedurundan keçməli olur. Əgər 1 km² ərazidə eyni vaxtda 100 000 belə sensor oyanarsa, baza stansiyasında təsadüfi giriş kanalı PRACH üzərində siqnal fırtınası yaranar, sensorun batareyası isə on il əvəzinə bir neçə aya bitər.

4G LTE-nin üç arxitektura həddi ilə 5G IMT-2020-nin üç hədəf sütununun müqayisəsi
4G LTE-nin üç arxitektura həddi ilə 5G IMT-2020-nin üç hədəf sütununun müqayisəsi

IMT-2020 baxışı və 5G-nin üç sütunu

2015-ci ilin sentyabrında Beynəlxalq Telekommunikasiya İttifaqının radiorabitə sektoru tarixi ITU-R M.2083 («IMT Vision — Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond») tövsiyəsini dərc etdi. BTİ sənədlərində beşinci nəsil standartın rəsmi adı IMT-2020-dir (3G necə IMT-2000, 4G isə IMT-Advanced adlanırdısa), 3GPP konsorsiumu isə 3GPP Release 15-dən (2018-ci il) başlayaraq onun üçün texniki reallaşdırmanı — yeni 5G NR (New Radio) radiointerfeysini və yeni xidmət əsaslı 5GC (5G Core) nüvəsini hazırladı.

Vahid «ortalanmış» şəbəkə əvəzinə ITU-R M.2083 tövsiyəsi məşhur IMT-2020 xidmətlər üçbucağını (5G-nin üç sütunu) müəyyən etdi ki, onların hər biri dəqiq 4G-nin hədlərindən birini hədəfləyir:

  1. eMBB (enhanced Mobile Broadband — təkmilləşdirilmiş mobil genişzolaqlı rabitə): sıx stadionlar, 4K/8K video, bulud oyunları, virtual və artırılmış reallıq (VR/AR) dəbilqələri və FWA (Fixed Wireless Access) simsiz ev interneti üçün ultra-yüksək sürətlər. Həll yolu: orta diapazonda (FR1, məsələn 3.5 GHz) 100 MHz və millimetr diapazonunda (FR2, 26/28 GHz) 400 MHz-ə qədər geniş kanallar, üstəlik çoxelementli Massive MIMO (64T64R) antena qəfəsləri.
  2. URLLC (Ultra-Reliable and Low-Latency Communications — ultra-etibarlı aşağı gecikməli rabitə): sənaye robotları, ağıllı elektrik şəbəkələri avtomatikası (Smart Grid), pilotsuz V2X nəqliyyatı və məsafədən tibb üçün rabitə. Həll yolu: radiokadrın çevik numerologiyası (4G-dəki dəyişməz 1 ms əvəzinə 0.5, 0.25 və 0.125 ms-lik qısa slotlar), təcili paketin dərhal yerləşdirilməsi (mini-slot preemption) və UPF istifadəçi şlüzünün şəbəkənin ən kənarına çıxarılması (MEC / Edge Computing).
  3. mMTC (massive Machine-Type Communications — kütləvi maşın tipli rabitə): batareyadan 10–15 ilə qədər işləməklə hər kvadrat kilometrdə bir milyona qədər sayğac, treker və sensorun qoşulması. Həll yolu: enerjiyə qənaət rejimləri, radiokanalın yüngülləşdirilmiş RRC_INACTIVE vəziyyəti, NB-IoT / LTE-M texnologiyalarının 5G-yə inteqrasiyası və xüsusi ucuz 5G RedCap modemləri.

ITU-R M.2083 / M.2410 və 3GPP TR 38.913 üzrə səkkiz hədəf göstəricisi

2017-ci ildə ITU-R M.2410 («Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)») hesabatında və 3GPP TR 38.913 spesifikasiyasında bu hədəflər ciddi rəqəmsal normativlər şəklində təsbit edildi. Dördüncü və beşinci nəsillərin göstəricilərini müqayisə edək:

Göstərici (metrika)4G (IMT-Advanced / LTE-A)5G (IMT-2020 / 3GPP TR 38.913)5G-nin qazancı və əsas sütun
Pik sürət (Peak Data Rate)1 Gbps (DL) / 0.5 Gbps (UL)20 Gbps (DL) / 10 Gbps (UL)×20 (eMBB)
İstifadəçi sürəti (User Experienced Rate)10 Mbps (DL)100 Mbps (DL) / 50 Mbps (UL)əhatə zonasının 95% nöqtələrində ×10 (eMBB)
Spektral effektivlik (Peak Spectral Efficiency)15 bit/s/Hz (DL)30 bit/s/Hz (DL) / 15 bit/s/Hz (UL)×2–×3 (özək üzrə orta — 3 dəfə, eMBB)
Radiointerfeysdə gecikmə (User Plane Latency)10 ms (həyatda 15–30 ms RTT)<= 4 ms (eMBB) və <= 1 ms (URLLC)radioda ×10-a qədər daha sürətli (URLLC)
Paketin çatdırılma etibarlılığı (Reliability)~99% (sərt normalanmırdı)99.999% (32 bayt üçün 1 ms-də 1 - 10^-5)sənaye sinfi (URLLC)
Qoşulma sıxlığı (Connection Density)~100 000 dev/km²1 000 000 dev/km²×10 (mMTC)
Maksimal hərəkət sürəti (Mobility)350 km/h-a qədər500 km/h-a qədər (yüksəksürətli qatarlar)500 km/h sürətdə dayanıqlı radiokanal (eMBB/URLLC)
Sahə üzrə trafik sıxlığı (Area Traffic Capacity)0.1 Mbps/m²10 Mbps/m²qaynar nöqtələrdə və stadionlarda ×100 (eMBB)
Şəbəkənin enerji effektivliyi (Network Energy Efficiency)baza səviyyəsi 1××100 (trafik olmadıqda baza stansiyasının «yuxu» rejimi)bit başına elektrik enerjisi sərfiyyatının azalması

💡 Mühəndis qaydası: dünyada heç bir radiokanal eyni axında eyni vaxtda həm 20 Gbps sürət, həm 1 ms gecikmə, həm də batareyadan 10 il ömür verə bilməz. 5G-nin gücü hər şeyi bir boruya qarışdırmaqda deyil, vahid fiziki şəbəkə üzərində üçbucağın hər təpəsi üçün müstəqil rejimləri və şəbəkə kəsimlərini (Network Slices) çevik şəkildə ayırmaqdadır.

Nümunənin təhlili: stadionda sektor tutumunun və robot üçün gecikmənin hesablanması

Həyatdan tapşırığımızdakı iki sifarişi — stadion və avtomobil zavodu üçün olan tələbləri rəqəmlərlə yoxlayaq.

İlkin verilənlər (Verilənlər)

  • Tapşırıq A (stadion sektoru):
  • sektorda eyni vaxtda aktiv olan tamaşaçıların sayı (eyni saniyədə video göndərmə düyməsini sıxanlar): N = 250;
  • variant 1 (4G LTE FDD): kanalın eni B_4G = 20 MHz, çoxistifadəçili iş zamanı sektorun orta spektral effektivliyi eta_4G = 3.0 bit/s/Hz;
  • variant 2 (5G NR TDD, n78 3.5 GHz zolağı, Massive MIMO 64T64R): kanalın eni B_5G = 100 MHz, şüa formalaşdırılması ilə sektorun orta spektral effektivliyi eta_5G = 7.5 bit/s/Hz.
  • Tapşırıq B (zavodda qaynaq robotu):
  • idarəetmə konturunun yol verilən maksimal dairəvi cavab müddəti: RTT_max = 5.0 ms;
  • 4G LTE + mərkəzi EPC nüvəsində gecikmə toplananları: radiointerfeys (1 ms altkadr + gözləmə və HARQ) T_air_4G = 6.0 ms, 400 km məsafədəki regional P-GW şlüzünə nəqliyyat və geriyə T_transport_4G = 12.0 ms, nüvədə və serverdə emal T_core_4G = 4.0 ms;
  • 5G NR URLLC + zavodda lokal Edge UPF şlüzündə gecikmə toplananları: radiointerfeys (60 kHz altdaşıyıcılararası addımda 0.25 ms qısa slot) T_air_5G = 1.0 ms, sex daxilində lokal optika T_transport_5G = 1.5 ms, lokal Edge UPF və kontrollerdə emal T_core_5G = 1.0 ms.

Əsas hesablama düsturlarını yazaq:

yaml
# Sektor tutumu və dairəvi gecikmənin (RTT) hesablanma düsturları
sector_capacity_mbps: "C_sector = B_MHz * eta_avg"
user_throughput_mbps: "R_user = C_sector / N_active"
round_trip_time_ms:   "RTT = T_air + T_transport + T_core"

Tapşırıq A (stadion) və Tapşırıq B (zavod robotu) üçün addım-addım hesablamanı yerinə yetirək:

yaml
# Addım 1. Tapşırıq A — sektorun tutumu və bir aktiv tamaşaçıya düşən sürət (N = 250)
4G_LTE_sector:
  bandwidth_mhz: 20
  spectral_eff_bps_hz: 3.0
  C_sector_mbps: 60.0          # 20 MHz * 3.0 bit/s/Hz = bütün sektora 60 Mbps
  R_user_mbps: 0.24            # 60 Mbps / 250 tamaşaçı = 0.24 Mbps (240 kbps — kadr donur!)

5G_NR_sector:
  bandwidth_mhz: 100
  spectral_eff_bps_hz: 7.5
  C_sector_mbps: 750.0         # 100 MHz * 7.5 bit/s/Hz = 750 Mbps (12.5 dəfə artım!)
  R_user_mbps: 3.00            # 750 Mbps / 250 tamaşaçı = 3.00 Mbps (axıcı Full HD video)

İndi Tapşırıq B (RTT_max = 5.0 ms hədli robotun idarəetmə konturu) üçün gecikmə büdcəsini tutuşduraq:

yaml
# Addım 2. Tapşırıq B — dairəvi gecikmənin (RTT) tam büdcəsi
4G_LTE_central_EPC:
  T_air_ms: 6.0
  T_transport_ms: 12.0
  T_core_ms: 4.0
  total_RTT_ms: 22.0           # 6.0 + 12.0 + 4.0 = 22.0 ms > 5.0 ms (QƏZA DAYANMASI)

5G_URLLC_local_Edge_UPF:
  T_air_ms: 1.0
  T_transport_ms: 1.5
  T_core_ms: 1.0
  total_RTT_ms: 3.5            # 1.0 + 1.5 + 1.0 = 3.5 ms <= 5.0 ms (NORMA, ehtiyat 1.5 ms)
Stadionda sektor tutumunun və sənaye robotu üçün gecikmə büdcəsinin mühəndis hesablanması
Stadionda sektor tutumunun və sənaye robotu üçün gecikmə büdcəsinin mühəndis hesablanması

💡 Arxitektura hökmü:

  1. Stadionda zolağın beş dəfə genişləndirilməsi (20 MHz əvəzinə 100 MHz) Massive MIMO ilə birlikdə (spektral effektivlik üzrə 2.5×) sektorun buraxma qabiliyyətini 5 * 2.5 = 12.5 dəfə artırır (60 Mbps-ə qarşı 750 Mbps).
  2. Zavodda hətta ideal 5G NR radiokanalı belə (T_air = 1.0 ms), trafik əvvəlki kimi 400 km uzaqdakı mərkəzi şlüzə göndərilərsə (1.0 + 12.0 + 4.0 = 17.0 ms > 5.0 ms), robotu xilas etməyəcək. URLLC tələbi yalnız sürətli NR radiosu və birbaşa zavod ərazisində yerləşdirilmiş lokal Edge UPF istifadəçi şlüzünün birgə işi zamanı ödənilir (RTT = 3.5 ms).

Nə xarab ola bilər və bunu necə tapmaq olar

İlk 5G sahələrinin planlaşdırılması və işə salınması zamanı mühəndislər tez-tez ekranda 5G işarəsinin olduğu, lakin IMT-2020 hədəf göstəricilərinə çatılmadığı vəziyyətlərlə qarşılaşırlar:

Şəbəkədə əlamətKök mühəndis səbəbiİlk növbədə nəyi yoxlamalı
5G özəyində sürət gözlənilən giqabit əvəzinə 100–150 Mbps-ə dirənirSektor geniş 100 MHz TDD n78 zolağı əvəzinə aşağı diapazonun dar 15–20 MHz (FDD n28 / n1) zolağında işə salınıb, yaxud abunəçi profilində 4G-dən qalma köhnə UE-AMBR sürət tavanı qalıbgNB baza stansiyasında Channel Bandwidth zolaq enini və abunəlik bazasında Subscribed UE-AMBR parametrini
Smartfon 5G göstərir, lakin RTT pinqi 4G-də olduğu kimi 25–35 ms təşkil edirŞəbəkə 4G EPC nüvəsi və uzaq mərkəzi P-GW şlüzü ilə qeyri-avtonom 5G NSA (Option 3x) arxitekturasında işləyir, radioda isə URLLC profili olmadan uzun 30 kHz slotu istifadə olunurNüvə arxitekturasını (NSA vs SA), UPF / P-GW şlüzünün coğrafi yerini və N3 nəqliyyat marşrutunu
Stadionda qəbul əladır (RSRP = -75 dBm), lakin video şəbəkəyə göndərilmirYuxarı xətt (Uplink) həddindən artıq yüklənib: TDD sektorunda slotların 80%-i endirməyə (Downlink) verilib, bütün azarkeşlər isə eyni vaxtda Uplink-ə video yükləyirTDD kadrında DL:UL slot nisbətini və UL PRB Utilization resurs bloklarının yüklənməsini
5G şəbəkəsində sənaye sensorunun batareyası bir həftəyə boşalırSensorlar üçün enerjiyə qənaət rejimləri (RRC_INACTIVE, eDRX, PSM) aktiv edilməyib, yaxud qənaətcil RedCap / NB-IoT modemi əvəzinə tamsürətli eMBB modemi istifadə olunurRadiomodemin kateqoriyasını və baza stansiyası ilə nüvədə qeyri-aktivlik taymerlərinin ayarlarını
Qatar 300+ km/h sürətlə hərəkət edərkən verilənlərin ötürülməsi sessiyaları qırılırBöyük Dopler tezlik sürüşməsi kiçik 15 kHz addımında altdaşıyıcıların ortoqonallığını pozur, yaxud sürətli hendover üçün qonşular tənzimlənməyibSeçilmiş SCS altdaşıyıcılararası addımı (30 kHz və ya 60 kHz Dopler effektinə daha davamlıdır) və hendover hədlərini

⚠️ Layihələndirmə zamanı tipik səhv: pik sürətlə (20 Gbps) real özəkdəki istifadəçi sürətini (100 Mbps) qarışdırmaq. 20 Gbps pik sürəti yalnız ideal laboratoriya şəraitində — boş özəkdə tək bir terminalın bütün 400–800 MHz zolağı maksimal 256-QAM modulyasiyası və 8 MIMO fəza axını ilə təkbaşına tutduğu zaman əldə edilir. Kommersiya tutum hesablamasında həmişə sektorun orta eta_avg spektral effektivliyinə əsaslanın!

Təcrübə

  1. Kalkulyatorsuz təxmin edin. Əgər operator eyni antena və eyni spektral effektivliklə 5G NR sektorunun zolağını 50 MHz-dən 100 MHz-ə qədər genişləndirərsə, həmin sektordakı hər bir aktiv abunəçinin orta sürəti neçə dəfə artar?
  2. Sektorun tutumunu hesablayın. İşgüzar məhəllədə 5G NR baza stansiyası B = 80 MHz zolağında eta_avg = 6.5 bit/s/Hz orta spektral effektivliklə işləyir. Sektorun ümumi C_sector buraxma qabiliyyəti nə qədərdir və eyni vaxtda fayl yükləyən N = 130 abunəçinin hər biri hansı orta sürəti alacaq?
  3. Gecikmə büdcəsini yoxlayın. Zavod kontrolleri RTT <= 8 ms tələb edir. 5G NR radiointerfeysi T_air = 1.5 ms verir, UPF şlüzündə və serverdə emal T_core = 1.5 ms çəkir, lakin UPF şlüzünün özünü zavoddan 600 km uzaqdakı mərkəzi verilənlər mərkəzində saxlayıblar (optikada gediş-gəliş gecikməsi T_transport = 9.0 ms). Sistem 8 ms normativinə sığacaqmı? Arxitekturada nəyi dəyişmək lazımdır?
  4. IMT-2020 sütunları üzrə təsnif edin. Üç xidməti üçbucağın təpələri (eMBB, URLLC, mMTC) ilə uyğunlaşdırın: a) 360 dərəcəlik VR kameradan konsertin canlı yayımı (80 Mbps); b) yüksəkgərginlikli elektrik verilişi xəttinin zədələnmiş hissəsinin 3 ms ərzində avtomatik açılması sistemi; c) şəhərdə 500 000 torpaq rütubəti və boru sızması sensorundan ibarət şəbəkə.
  5. Ulduzlu mühəndis tapşırığı ⭐. Operator fan-zonada eyni vaxtda aktiv olan N = 400 tamaşaçıya Massive MIMO-nun eta_avg = 8.0 bit/s/Hz orta spektral effektivliyi zamanı R_user = 2.5 Mbps-dən aşağı olmayan orta sürət təmin etmək istəyir. Bu sektora minimum hansı B tezlik zolağı eni (MHz ilə) lazım olacaq? Bunun üçün bir standart 4G LTE (20 MHz) zolağı kifayət edərmi?

Özünüyoxlama

Sual 1. Nə üçün RTT <= 5 ms tələbi olan sənaye robotlarının işləməsi üçün bütün ölkə üzrə tək bir mərkəzi nüvə şlüzünü saxlayaraq sadəcə 4G eNodeB radioantenalarını 5G gNB ilə əvəz etmək kifayət deyil?

Təhlil. Optik lifdə işıq təxminən 200 000 km/s sürətlə yayılır (yolun hər kilometrinə 5 mks və ya aktiv avadanlıq nəzərə alınmaqla hər 100 km gediş-gəlişə 1 ms). Əgər istifadəçi müstəvisinin şlüzü zavoddan bir neçə yüz kilometr uzaqda yerləşirsə, təkcə T_transport nəqliyyat gecikməsi 8–15 ms təşkil edəcək ki, bu da radioda sıfır gecikmə olsa belə artıq bütün 5 ms büdcəsini aşır. Buna görə də 5G-də sürətli NR radiointerfeysi (<= 1 ms) mütləq müəssisənin ərazisində lokal Edge UPF şlüzünün çıxarılması ilə tamamlanır.

Sual 2. Eyni radiomodemə qarşı eMBB və mMTC tələbləri arasında prinsipial fərq nədədir?

Təhlil. eMBB modemi maksimal sürət üçün yaradılır: o, geniş 100–400 MHz zolağında işləyir, 4 qəbuledici antenadan (4Rx) və mürəkkəb siqnal emalından istifadə edir, buna görə də baha başa gəlir və çox enerji sərf edir. mMTC modemi isə sutkada cəmi bir neçə bayt ötürür: ona giqabitlər lazım deyil, əvəzində 1 km² sahədə 1 000 000-a qədər qurğu sıxlığında qəpiklik maya dəyəri, dərin yuxu rejimləri və bir batareyadan 10+ il işləmə həyati əhəmiyyət daşıyır.

Təcrübənin cavabları:

  1. Dəqiq 2 dəfə artacaq (çünki C_sector = B * eta_avg düsturu B zolaq enindən xətti asılıdır).
  2. C_sector = 80 * 6.5 = 520 Mbps; bir aktiv abunəçiyə düşən sürət R_user = 520 / 130 = 4.0 Mbps.
  3. Ümumi gecikmə RTT = 1.5 + 9.0 + 1.5 = 12.0 ms > 8.0 ms olacaq — uzaq nəqliyyat ucbatından normativ pozulub. Lokal Edge UPF şlüzünü birbaşa zavodda (və ya şəhər MEC qovşağında) yerləşdirərək T_transport-u 1–2 ms-yə endirmək lazımdır.
  4. a) VR yayımı — eMBB; b) yüksəkgərginlikli xəttin 3 ms-də mühafizəsi — URLLC; c) 500 000 şəhər sensoru — mMTC.
  5. Tələb olunan sektor tutumu: C_sector = 400 * 2.5 = 1000 Mbps (1 Gbps). Minimal zolaq eni: B = C_sector / eta_avg = 1000 / 8.0 = 125 MHz (məsələn, n78-də 100 MHz + 25–40 MHz əlavə daşıyıcı). Bir 4G LTE (20 MHz) zolağı 6 dəfədən çox azlıq edəcək.

Təkrar və növbəti dərsə keçid meyarı

Əgər köməksiz aşağıdakıları edə bilirsinizsə, növbəti dərsə keçin:

  • 4G LTE-nin üç həddini adlandırmaq və onların texniki olaraq niyə yarandığını izah etmək;
  • IMT-2020, eMBB, URLLC və mMTC anlayışlarını açmaq;
  • IMT-2020 hədəf göstəricilərini sadalamaq: pik sürət 20 / 10 Gbps, istifadəçi sürəti 100 / 50 Mbps, radio gecikməsi <= 1 ms (URLLC) və <= 4 ms (eMBB), sıxlıq 1 000 000 dev/km², mobillik 500 km/h;
  • C_sector = B * eta_avg sektor tutumunu və RTT = T_air + T_transport + T_core tam gecikmə büdcəsini hesablamaq.

Növbəti addım. 2-ci dərsdə biz üç ssenari sinfinin (eMBB, URLLC və mMTC) hər birinin daxili mətbəxini ətraflı araşdıracaq və onların tələblərinin fiziki səviyyədə bir-biri ilə niyə ziddiyyət təşkil etdiyini öyrənəcəyik.

Standartlar və mənbələr

  • ITU-R Recommendation M.2083-0 (09/2015) — «IMT Vision — Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond» (eMBB / URLLC / mMTC üçbucağını və IMT-2020-nin 8 əsas parametrini müəyyən edən BTİ baza sənədi): itu.int.
  • ITU-R Report M.2410-0 (11/2017) — «Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)» (20/10 Gbps pik sürət, 1/4 ms gecikmə, 1-10^-5 etibarlılıq və 10^6 dev/km² sıxlıq üzrə dəqiq rəqəmsal normativlər).
  • 3GPP TR 38.913 (Release 15 / 16 / 17) — «Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies» (5G NR radiointerfeysi və 5GS sisteminə dair 3GPP texniki tələbləri).