R18 5G Bezprzewodowa Grupa RAN1 Najważniejsze Aspekty Techniczne

3GPP Release 18 to pierwszy 5G-Advanced wariant, skupiający się na integracji AI/ML, ekstremalnej wydajności dla XR/Industrial IoT, mobilnym IAB, ulepszonym pozycjonowaniu i efektywności widmowej do 71 GHz. RAN1 dodatkowo promuje AI/ML w optymalizacji RAN i ulepszeniach sztucznej inteligencji (PHY/AI) poprzez ewolucję warstwy fizycznej.

I. Kluczowe cechy RAN1 (warstwa fizyczna i innowacje w zakresie sztucznej inteligencji/uczenia maszynowego)

1.1 Ewolucja MIMO: Uplink z wieloma panelami (8 warstw), MU-MIMO z maksymalnie 24 portami DMRS, framework multi-TRP TCI.

• Zasada działania: Rozszerza raportowanie typu I/II CSI poprzez ujednolicony framework TCI w wielu panelach TRP. gNB planuje do 24 portów DMRS dla MU-MIMO (12 w Rel-17), umożliwiając każdemu UE korzystanie z 8 warstw łączy UL; DCI wskazuje wspólny stan TCI; UE stosuje fazę/prekodowanie w panelach.
• Postęp: Multi-TRP w Rel-17 brakowało ujednoliconej sygnalizacji, co skutkowało 20-30% stratą w efektywności widmowej w gęstych wdrożeniach; ograniczenia warstw ograniczały przepustowość UL każdego UE do 4-6 warstw, osiągając 40% wzrost przepustowości uplink (UL) dla stadionów/festiwali muzycznych.

1.2 AI/ML zastosowane do kompresji informacji zwrotnej CSI, zarządzania wiązką i pozycjonowania.

• Zasada działania: Sieci neuronowe wykorzystują offline wytrenowane kody do kompresji CSI typu II (32 porty → 8 współczynników). gNB wdraża model za pośrednictwem RRC; UE raportuje skompresowaną informację zwrotną. Predykcja wiązki wykorzystuje wzorce L1-RSRP do wstępnego pozycjonowania wiązek przed handoverem.
• Postęp projektu: Obciążenie CSI zużywa 15-20% zasobów DL; wskaźnik niepowodzenia zarządzania wiązką sięga 25% w scenariuszach o dużej mobilności (np. autostrady).
• Ulepszone wyniki: 50% redukcja obciążenia Channel State Information (CSI), 30% wzrost wskaźnika sukcesu handoveru.

1.3 Wzmocnienie zasięgu (transmisja pełnej mocy w uplink, sygnał wybudzania o niskiej mocy).

• Zasada działania: gNB wysyła sygnał do UE, aby zastosować pełną moc wyjściową na wszystkich warstwach uplink (brak obniżania mocy na poziomie warstwy). Niezależny odbiornik wybudzania o niskiej mocy (kontrolowany cykl pracy, czułość -110dBm) odbiera sygnał wybudzania (WUS) przed głównym cyklem odbioru. WUS zawiera 1-bitową informację wskazującą (monitorowanie PDCCH lub uśpienie).
• Postęp projektu: Zasięg uplink w Rel-17 jest ograniczony przez hierarchiczne obniżanie mocy (3dB strata dla 4-warstwowego MIMO); główny odbiornik zużywa 50% mocy UE podczas monitorowania DRX.
• Ulepszony efekt: Zasięg uplink zwiększony o 3dB, 40% oszczędności energii dla aplikacji IoT/streamingu wideo.

1.4 Agregacja nośnych Sidelink (CA) w paśmie ITS i dynamiczne współdzielenie widma (DSS) z LTE CRS.

• Zasada działania: Sidelink obsługuje CA w pasmach n47 (5.9GHz ITS) + FR1; obsługuje koordynowany autonomiczny wybór zasobów typu 2c z UE do UE. Ze względu na czas podróży w obie strony (RTT) większy niż 500 milisekund, HARQ jest wyłączone dla NTN IoT (obsługiwane jest tylko powtarzanie w otwartej pętli); kompensacja efektu Dopplera jest wykonywana w DMRS.
• Postęp projektu: Sidelink w Rel-17 obsługuje tylko pojedynczy nośnik (50% strata przepustowości); przekroczenie limitu czasu HARQ dla NTN IoT skutkuje 30% utratą pakietów.
• Ulepszony efekt: Przepustowość sidelink V2X platooning wzrosła 2-krotnie, niezawodność NTN IoT osiąga 95%.

1.5 Komunikacja Extended Reality (XR)/wieloczujnikowa (obsługa wysokiej niezawodności i niskich opóźnień).

• Zasada działania: Nowy proces QoS, budżet opóźnień poniżej 1 milisekundy, obsługuje znakowanie pakietów danych z wielu czujników (strumienie wideo + dotykowe + audio). gNB priorytetyzuje za pomocą mechanizmu prewencji. UE raportuje dane dotyczące postawy/ruchu w celu predykcyjnego planowania.
• Postęp projektu: Obsługa XR w Rel-17 obsługuje tylko unicast; opóźnienie informacji zwrotnej dotykowej przekracza 20 milisekund (nienadające się do zdalnego sterowania).
• Ulepszony efekt: Opóźnienie end-to-end AR/VR + dotykowe w zdalnym sterowaniu przemysłowym wynosi mniej niż 5 milisekund.

1.6 Ulepszenie funkcji NTN (zasięg uplink smartfona, wyłączenie HARQ dla urządzeń IoT).

• Zasada działania: Rel-18 poprawia zasięg uplink dla smartfonów w sieciach pozaziemskich (NTN) poprzez optymalizację transmisji warstwy fizycznej, umożliwiając wyższą moc nadawczą i lepsze zarządzanie budżetem łącza w celu dostosowania do kanałów satelitarnych. W przypadku urządzeń IoT w NTN, tradycyjna informacja zwrotna HARQ jest nieefektywna ze względu na długi czas podróży satelity (RTT), więc informacja zwrotna HARQ jest wyłączona, a zamiast tego stosowany jest schemat retransmisji w otwartej pętli.
• Postęp projektu: Wcześniej ograniczony zasięg uplink dla smartfonów w NTN z powodu niewystarczającej kontroli mocy i marginesu łącza skutkował słabą łącznością. Informacja zwrotna HARQ powodowała degradację przepustowości i problemy z opóźnieniami dla urządzeń IoT z powodu opóźnień satelitarnych. Wyłączenie HARQ eliminuje opóźnienia w informacji zwrotnej i poprawia niezawodność dla ograniczonych urządzeń IoT. Umożliwia to solidną globalną łączność dla IoT i smartfonów poza sieciami naziemnymi.

II. Zastosowania projektu RAN1

• Gęste miejskie XR (technologia Multi-TRP MIMO redukuje opóźnienia AR/VR do poniżej 1 milisekundy);
• Automatyzacja przemysłowa (predykcja wiązki AI/ML redukuje wskaźnik niepowodzenia handoveru o 30%);
• V2X/Wysoka mobilność (Sidelink CA poprawia niezawodność).

III. Implementacja projektu RAN1

• gNB PHY (warstwa fizyczna stacji bazowej): Integruje modele AI do kompresji CSI (np. sieci neuronowe przewidują CSI typu II na podstawie CSI typu I, redukując obciążenie o 50%). Wdraża multi-TRP TCI za pośrednictwem RRC/DCI i używa 2 TA do synchronizacji uplink.
• Terminal (UE): Obsługuje odbiornik wybudzania o niskiej mocy (niezależny od głównego łącza RF) do sygnalizacji wyrównania DRX.