5G技術 NR-U LAA LTE-U 同步分享 工業物聯網

解放非授權頻譜威力 NR-U強勢擴展5G應用版圖

2020-09-28
非授權頻譜領域技術發展已有數年,如今,距離推出5G NR Release 15之後僅兩年的時間,3GPP已在七月初完成Release 16,支援在非授權頻譜使用5G NR,簡稱NR-U。

 

R16讓5G NR運用非授權頻譜

NR-U為5G帶來多種靈活運用非授權頻譜的選擇,3GPP Release 16是全球第一個支援授權頻譜輔助,以及使用獨立式非授權頻譜的全球性行動通訊標準。這種規格讓裝置在非授權頻譜分別享有最高400MHz的下行鏈路,以及100MHz的上行鏈路(圖1)。

圖1  固定式NR-U與獨立NR-U比較圖

固定式NR-U(Anchored NR-U)

以授權輔助接取(LAA)方式取用非授權頻譜首見於4G,簡稱LTE-LAA。目前這種方式也被用於支援5G NR。預料此舉將對行動網路營運商(MNO)很有幫助,因為他們不單是要提供初期的5G體驗,還要面對通常會接踵而來的各種挑戰:例如在熱點的流量或用戶密度提高的情況下,仍需維持用戶所期待的服務品質(QoS)。NR-U能夠幫助行動網路營運商因應這些挑戰(圖2)。

圖2  固定式NR-U:結合授權或共享頻譜以及非授權頻譜,提升行動網路效能。

運用LAA時,授權載波可被視為一個錨,當裝置與網路之間使用的載波組合增加或刪除非授權載波時,它可以保持連接。此外,Release 16還支援美國使用中的共享頻譜,例如美國3.5GHz的民用無線服務頻段(CBRS)作為錨定NR-U非授權頻譜。以CBRS(3GPP Band 48)作為錨定,加上一家或多家5GHz載波(3GPP Band 46)的頻段組合已經被納入標準。對於想要提升CBRS網路效能的多元服務營運商(MSO)與無線ISP業者(WISP)而言相當有效。 為了進一步提升彈性,Release 16為固定式NR-U定義了兩種主要部署情境:在雙連線之下,NR-U與連結到演進封包核心(EPC)的LTE合作;以及在雙連線或載波聚合之下,NR與連結5G核心網路(5G-CN)的固定式NR合作(圖3)。

圖3  固定式NR-U兩種部署情境

獨立式NR-U

對於獨立運作網路而言,NR-U引領行動通訊的一大里程碑,因為這是第一種完全不需使用授權頻譜的全球性行動標準(圖4)。NR-U提供使用者所期待的5G NR行動性與服務品質。這種革命性能力將5G的高效能實力擴展至非授權頻譜,並為工業物聯網開啟新的契機。連結至5G核心網路時,Release 16可為獨立運作的NR-U提供一種無需固定於授權或共享網路的情境。

圖4  獨立式NR-U部署情境

獨立式NR-U從一開始就是為了與Wi-Fi以及LTE-LAA等非授權科技公平共存而設計。隨著核心網路變得越來越容易管理,NR-U不但能夠提供與Wi-Fi類似、讓人稱道的簡易安裝程序,還能提供易於擴展的網路容量。NR-U實現支援中立主機網路與行動卸載用例。藉由結合這些優點,將使得5G企業專網更易於被部署(圖5)。

圖5  各類工業物聯網將受益於獨立式NR-U

6GHz未開發頻譜

Release 16將為NR-U作好進入5GHz非授權頻段的準備。6GHz非授權頻段除帶來新頻寬令人振奮之外,能於室內與室外環境中靈活運用亦非常值得期待。在室內環境中,6GHz將提供未開發頻譜,而且能夠自然隔離同一頻譜的室外網路,包括運作中的網路在內。美國聯邦通訊委員會最近剛在此一頻道開放1,200MHz的龐大頻寬,供Wi-Fi以及如5G NR-U等的非授權科技使用。各界對於6GHz將如何為非授權頻譜利用方式帶來轉變感到非常興奮(圖6)。

圖6  6GHz為Wi-Fi與5G帶來全新非授權頻寬

支援工業物聯網非授權頻譜大放異彩

許多工業用例都必須仰賴時效性網路提供的確定性延遲。5G為透明化連結現有時效性網路帶來標準化解決方案。其他實現工業物聯網的5G科技,例如同步分享、包括多點協調傳輸(CoMP)的多收發節點(multi-TRP)、以及增強型超可靠低延遲通訊(eURLLC)等,都能藉由NR-U部署在受控制環境中。受益於6GHz非授權頻段提供的龐大頻寬,運用6GHz頻段的NR-U預期將對工業物聯網扮演重要角色。屆時可靠的5G無線連線技術將實現工業4.0的代表性能力,像是彈性化工作流程、機器行動力、以及營運靈敏性(圖7)。

圖7  非授權頻段於工業物聯網應用品質

解鎖5G功能NR-U同步分享登場

同步分享能夠為非授權頻譜解鎖一些最佳的5G功能。搭配同步分享功能的NR-U,可為使用同一頻譜的所有連線科技帶來多種好處,包括減少連線延遲與提升公平性。藉由運用同步分享,多點協調傳輸能被用於改善頻譜效率或可靠性。多點協調傳輸的排程者能夠根據應用程式對傳送資料緩衝的服務品質需求,在各排定時程之間靈活調度,達成最大頻譜效益與最高可靠性。這種方式能夠讓單一NR-U網路服務各種不同應用,像是關鍵任務感測與控制、影像監視、擴增或虛擬實境(XR)與語音。而且每種應用對於網路輸送量、延遲、穩定性、以及封包遺失或可靠性各有不同需求。

NR-U為包括全新6GHz未開發頻譜在內的全球未授權頻譜帶來5G NR的先進功能。結合授權或共用頻譜時,固定式NR-U可減輕頻譜負擔,幫助行動網路營運商提供效能更佳的5G服務。無需任何授權網路,獨立式NR-U即可將高效能5G擴展至私有網路。在控制環境中,NR-U與同步分享能為未授權網路實現5G部份最佳能力,支援工業物聯網的嚴苛需求。

(本文作者為高通首席/經理工程師)


 

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