5G İçin Teknik Çözümler

Bu blogun ilk bölümünde 5G gerekliliklerini ve Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) ile Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP) tarafından yürütülen spesifikasyon sürecini ele aldık. Burada olası teknik çözümleri araştırarak tartışmaya devam ediyoruz.

Mobil telekomünikasyon sistemleri geleneksel olarak 300 MHz'den 3 GHz'e kadar UHF bandında çalışmaktadır. Bu, sırasıyla düşük ve yüksek frekanslarda daha büyük olan, rakip kapsama ve kapasite sorunları arasında en iyi dengeyi sağlamıştır. Ne yazık ki UHF bandı artık aşırı derecede parçalanmış ve sıkışık olduğundan dikkatler 3 ila 300 GHz arasındaki SHF ve EHF bantlarına çevrilmektedir. Diyagram, Birleşik Krallık'taki düzenleyici Ofcom tarafından yapılan çalışmalarda önerilen bazı bantları gösterirken, 2019'daki Dünya Radyokomünikasyon Konferansı için uygun bantları belirlemeye yönelik bir gündem maddesi kabul edildi.

SHF ve EHF bantlarındaki radyo yayılımı UHF'dekinden biraz farklıdır. Kentsel bir ortamdaki hücre boyutu 200 metre kadar sınırlı görünmektedir; bu sınır, yayılımın görüş hattı sinyalleriyle baskın olması ve sinyalin yağış ve atmosferik emilim nedeniyle zayıflaması nedeniyle ortaya çıkar. Penetrasyon kayıpları büyüktür ve büyük olasılıkla dış mekandan iç mekana iletişimi engelleyecek gibi görünmektedir. Ayrıca milimetre veya santimetre dalga boyuna sahip radyo sinyallerinin kullanılması, anten dizilerinin alınan sinyal gücünü en üst düzeye çıkarmanın önemli bir yolu olacağını ima ediyor.

Anten dizilerinin kullanılması, çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) antenlerinin 5G'de önemli bir rol oynayacağını düşündürmektedir. Yeni masif MIMO tekniğinde, her baz istasyonu, aynı zaman-frekans kaynağını kullanarak onlarca cep telefonuyla iletişim kurmak için kullandığı yüzlerce antenle donatılmıştır. Baz istasyonundan tek bir hedef cep telefonuna yapılan iletimleri dikkate alırsak, farklı baz istasyonu antenlerinden gelen sinyaller hedefte tutarlı bir şekilde birleşir, ancak başka yerlerde tutarsız bir şekilde birleşir. K mobillerine hizmet veren M antenleri için, baz istasyonunun iletilen gücü 1/M ile orantılıyken, alınan sinyal-girişim oranı M/K ile orantılıdır. 5G'nin spektral verimliliği ve enerji verimliliği açısından faydaları potansiyel olarak büyüktür.

5G için en olası çoklu erişim teknolojisi hala OFDMA gibi görünüyor ancak bu konu 3GPP çalışmalarının bir parçası olarak daha fazla araştırılıyor. Massive MIMO, frekans bölmeli dupleks (FDD) yerine zaman bölmeli dubleks (TDD) ile kullanıldığında daha etkilidir, ancak aynı zamanda tek bir taşıyıcı frekansı üzerinde eşzamanlı iletim ve alımı içeren tam çift yönlü iletişime de dikkat çekiliyor. Mevcut eğilimlerin devamı olarak, 5G ağlarının çeşitli hücre boyutlarıyla heterojen olması ve rölelerin ve cihazdan cihaza iletişimin giderek daha fazla kullanılması muhtemeldir. Son olarak, baz istasyonlarının sinyal işlemesinin önce merkezi bir merkeze geri getirildiği ve daha sonra genel amaçlı sunucular üzerindeki yazılımda uygulandığı radyo erişim ağının merkezileştirilmesi ve sanallaştırılmasına dikkat çekiliyor.