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7-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

5G und IoT 3GPP Releases

5G und IoT 3GPP Releases 16 & 17 (Teil 2) 5G und 6G: Systemarchitektur und Netzwerkeigenschaften Die kommerzielle Bereitstellung der 5G-Technologie befinden sich in der Anfangsphase der Entwicklung, während die 5G-Architektur von heute und morgen bereits standardisiert ist. Der Beitrag skizziert die weitere Entwicklung für 5G sowie eine mögliche 6G-Ära im kommenden Jahrzehnt. Quelle: White Paper 3GPP Releases 16 & 17 & Beyond 5G Americas, January 2021 übersetzt und stark gekürzt von FS Zukünftige 3GPP-Versionen werden auch Verbesserungen und Spezifikationen enthalten, die sich hauptsächlich auf 5G beziehen. Dazu gehören 5G-Bereitstellungsoptionen und -Migration sowie der neueingeführte 5G-Funkzugriff über die Kernnetzwerk-Hauptfunktionen. 5G-Bereitstellungsoptionen und Migration Das 5G-Ökosystem investiert derzeit in zwei 5G-Varianten (Aufmachergrafik) und plant deren Einführung anfänglich basierend auf 3GPP Release 15. Option 3 ist Non-Standalone (NSA) NR, auch als doppelte Konnektivität bezeichnet. Option 3 zeigt an, wie NR den Durchsatz eines an LTE/EPC angeschlossenen Geräts erhöht (zum Beispiel 4G RAT und 4G Core). Dies erfolgt über E-UTRAN - NR Dual Connectivity (EN- DC). Die zweite Variante von 5G, die eingeführt werden soll, ist Standalone (SA) NR, bei der das UE über eine Verbindung nur mit 5G-Technologien (NR und 5GC) die Verbindung herstellt. Die Zielarchitektur für die 5G-Migration ist die Verwendung von SA NR und 5GC soweit wie möglich, auch wenn LTE/EPC noch lange bestehen muss, um mit dem Erbe bestehender Geräte fertig zu werden. Das Aufmacherbild illustriert die Migration in Richtung 5G-Zielarchitektur. In dem Zusammenhang ist anzuerkennen, dass in 3GPP andere Optionen definiert sind, die Varianten zum Upgrade von LTE auf 5G umfassen. 5G Americas glaubt jedoch, dass der Vorteil der Konzentration auf die derzeit geplanten Optionen (3 und 2) es ermöglichen wird, das 5G-Ökosystem zu skalieren. Bild 7 fasst zusammen, wie mit einer Kombination der Optionen 1, 3 und 2 LTE auf 5G migriert wird im Rahmen von NSA NR und SA NR. Der Schwerpunkt liegt hier auf Weitverkehrsdiensten, bei denen der Gebiets-Rollout von NR schrittweise erweitert wird - sowohl im neuen TDD-Spektrum (mmW oder unter 6 GHz) als auch in niedrigeren Bändern (Spektrum- Sharing). Gezeigt wird auch ein 5GC-fähiges (5th Generation Core) Gerät, das je nach Verwendung unterschiedliche Konnektivitätsoptionen im Rahmen der aktuellen NR-Spektrumsabdeckung nutzt. Wenn NR mit guter Abdeckung und großer Bandbreite verfügbar ist, wird SA NR Option 2 verwendet. Wenn NR nur im Teilspektrum verfügbar ist, kann NSA NR Option 3 verwendet werden. Und außerhalb der NR-Abdeckung wird die einfache LTE-Option 1 verwendet. Für diese Migration auf 5G gibt es vier Schlüsseltechnologien: 1. EPC-5GC-enges- Zusammenspiel EPC-5GC Tight Interworking wird verwendet, um Bereiche mit unzureichender NR-Abdeckung während der 5G-Migration zu versorgen. Es kann mit verschiedenen Bereitstellungsfällen verwendet werden, etwa wird ein neuer 5GC mit eingebetteten EPC-Funktionen dargestellt, die mit einem vorhandenen EPC zusammenarbeiten, der ältere LTE/EPC-Geräte bedient. Diese Lösung basiert auf 3GPPspezifiziertem EPC-5GC Tight Interworking und 3GPP-spezifiziertem EPC CUPS (Control- User Plane Separation). Auf diese Weise wird ein mit 5GC verbundenes Gerät aus NR entfernt (Option 2). Die Abdeckung wird durch LTE (Option 1 oder Option 3) unterstützt, während sie weiterhin in derselben 5GC-System verankert ist. Die wichtigsten 5GC- Funktionen sowie die reibungslose LTE-NR-Mobilität bleiben erhalten. In Bezug auf Mobilität unter NSA- und SA-Szenarien sind mehrere Übergaben zu berücksichtigen. Für NSA (Option 3) mögliche Handover-Szenarien (HO) sind: • LTE-Mobilität: Inter-MCG HO mit SCG-Freigabe und Inter- MCG HO ohne SCG-Freigabe 42 hf-praxis 7/2021

5G und IoT Bild 7: Zur Migration zu 5G unter Nutzung der Optionen 1, 3 und 2 • NR-Mobilität: Inter-SCG HO mit SN-Änderung Für SA (Option 2) sind mögliche Handover-Szenarien: • Intra-gNB HO • Inter-gNB (Xn oder NG) HO, Intra-AMF/Intra-User-Plane- Funktion (UPF) • Inter-gNB (Xn oder NG) HO, Intra-AMF/Inter-UPF • Inter-gNB HO, Inter-AMF/ Inter-UPF • Inter-gNB HO, Inter-AMF/ Intra-UPF • Inter-RAT HO (zwischen 5G SA und LTE) 2. Dynamische gemeinsame Nutzung des Spektrums Die von Release 15 unterstützte dynamische Frequenzfreigabe ermöglicht eine schnelle NR- Bereitstellung auf vorhandenen LTE-Bänder mit effizienter Bündelung der Ressourcen zwischen LTE und NR. DSS bietet einen Pfad für NR und LTE, um zu koexistieren und gleichzeitig ein Spektrum für Re-Farming zu ermöglichen. DSS behält den LTE-Rahmen bei und führt NR dadurch ein, indem Techniken eingesetzt werden, um eine Kollision zwischen LTEund NR-Pilotsendungen zu vermeiden. DSS nutzt dazu eine für eMBMS verwendete LTE- Funktion namens Multi-Broadcast Single Frequency Network (MBSFN). Mit MBSFN können LTE-Pilotsignale (CRS-zellspezifische Referenzsignale) entfernt werden und NR-Pilotsignale (Synchronisationssignalblock) lassen sich hinzufügen. Datenkanäle (LTE/NR PDSCH) können sowohl zeitlich als auch frequenzmäßig geteilt werden. Für die gemeinsame Nutzung von Zeitdomänen gelten bestimmte Slots. Aktuell sind als MBSFN- und NR-Daten konfigurierte Daten geplant. Die allgemeinere Methode für DSS ist die Verwendung einer Rel-15-Funktion namens CRS-Ratenanpassung. Dadurch wird NR UE über die Anwesenheit von LTE-Pilotsignalen (CRS) informiert, die dieses LTE-Signal umgehen. 3. EN-DC, NR Carrier Aggregation EN-DC, NR Carrier Aggregation (CA) und NR-DC sind wichtige Motivatoren für den Einsatz von NR in unteren FR1-Bändern und für den Umzug nach SA NR. Die Carrier Aggregation bietet die beste Abdeckungsleistung und eine erhöhte Downlink-Nutzung im neuen 5G-TDD-Spektrum, die beste Datenratenaggregationsleistung und eine geringere UE-Komplexität in Sub-6-GHz- Bändern im Vergleich zu den für Dualkonnektivitätslösungen erforderlichen Dualsendern. EN-DC (E-UTRAN - NR Dual Connectivity) ist eine Variante der Dual Connectivity zur Kombination von 5G NR und 4G LTE. Die NR Carrier Aggregation erfordert eine Aufwärtsverbindung nur auf der Primärzelle (PCell), während EN-DC eine Aufwärtsverbindung sowohl auf der Hauptzellengruppe (LTE) als auch auf der Sekundärzellgruppe (NR) erfordert. In FR2 (Millimeterwelle), wo der UL- Bereich ziemlich begrenzt sein kann, kann NR CA mit Uplink auf FR1 helfen, den Bereich zu erweitern. EN-DC wird mit der Einführung von SA und erhöhter Durchdringung mit Option-2-fähigen Geräten langsam auslaufen. Viele FR1-FR2-NR-CA-Kombinationen wurden standardisiert. NR CA hat Vorteile gegenüber DC mit schnellerer Aggregationsantwort auf der MAC-Schicht (anstelle der PDCP-Schicht für DC) und mit DL-Deckungserweiterung. Mehrere NR-DC- Kombinationen (FR1-FR2 NR-NR Dual Connectivity) wurden ebenfalls standardisiert. 4. Voice over NR (VoNR) VoNR ist ein wesentlicher Faktor für die 5G-Migration. Wenn 5GC bereitgestellt wird (Option 2), dann wird Sprachübertragung mithilfe der 5G-Kernfunktionen und des IMS genutzt, während die 5G-Daten von NR und dem 5G-Kern (Core) bereitgestellt werden. Sprachdienste werden auf zwei Arten bereitgestellt: • EPS Fallback Das Telefon muss während des Einrichtens eines Sprachanrufs von 5G auf LTE zurückgreifen. Sprach- und Datenverkehr laufen über LTE für die Dauer des Anrufs. Dies ist die Sprachlösung für Erstbereitstellungen, also nur eine Sprachlösung, die die ersten 5G-SA-Mobilteile unterstützen. • Voice over New Radio (VoNR) Hier wird die Sprache nativ über das 5G-Radio verarbeitet. VoNR ermöglicht gleichzeitige Sprach- und Hochgeschwindigkeits-5G-Daten. Die Netzabdeckung ist nicht mehr auf LTE-Service-Bereiche wie in Option 3 beschränkt, jedoch wird die LTE-Abdeckung aufgrund des praktischen Problems, dass 5G-Radio aufgrund seiner höheren Frequenzen eine kürzere Reichweite hat, weiterhin wichtig sein. In ähnlicher Weise werden Notrufe von der UE-Neuauswahl zu LTE migriert (5GC unterstützt keinen Notruf). hf-praxis 7/2021 43

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