Az LTE és 5G NR dinamikus spektrum-megosztás lehetőségei és korlátai
A 4. generációs mobilhálózatok elindulása óta már több, mint tíz év telt el, melyek ez idő alatt folyamatosan fejlődtek, ezzel együtt a felhasználók száma, valamint az általuk forgalmazott adatmennyiség is jelentősen növekedett. Ezen felül a hálózatba kapcsolt eszközök száma is folyamatosan nő és típus-választéka is szélesedik. A nagy áttörést az 5. generációs mobilhálózatoktól várják, melyek a korábbiaknál nagyobb átviteli sebességet, lényegesen kisebb késleltetést, gazdaságosabb energiafelhasználást ígérnek és sokkal több eszközt tudnak kiszolgálni. Ennek az új technológiának a bevezetésére többféle megoldást dolgoztak ki. Az első 5G szolgáltatások az úgynevezett 5G NSA (non-standalone) architektúrára épülnek, melyben a szolgáltatók a már meglévő LTE (Long-Term Evolution) EPC (Evolved Package Core) segítségével szoftverfrissítés után tudnak 5G támogatást nyújtani. Később természetesen szükség lesz önálló 5G (SA-standalone) architektúra alapján kiépített hálózatokra, hiszen ezek által tudják majd biztosítani az ígért és egyben elvárt teljesítményt.
A szolgáltatók egyik legnagyobb problémája, hogy a meglévő 2., 3. és 4. generációs szolgáltatások mellet korlátozottan áll rendelkezésre szabad frekvenciasáv az 5. generációs mobilhálózatok bevezetéséhez. Mivel még nem sok 5G képes készülék van forgalomban, valamint a hálózat kiépítéséhez, fejlesztéséhez is időre van szükség, nem lehet – és nem is érdemes – gyorsan átterelni a felhasználókat az új technológiára. Erre a problémára jelent megoldást a dinamikus spektrumhasználat (DSS - Dynamic Spectrum Sharing), mellyel egyidejűleg ugyanabban a frekvenciatartományban, valamint a már meglévő rádiós hardverekkel nyújthatnak LTE és 5G NR (New Radio) szolgáltatást. A DSS bevezetésével a fő célok a minél jobb spektrumkihasználtság, valamint a lefedettség és cellakapacitás növelése. Ennél a technológiánál alapvető kihívás az, hogy az LTE és az 5G NR ugyanazon rádiós spektrumot kénytelen használni, tehát a két csatorna ütközését valahogyan el kell kerülni. Erre a 3GPP nem ír le konkrét megoldásokat, de a mobilhálózat-gyártók a már definiált lehetőségeket ügyesen felhasználva találtak arra lehetőséget, hogy az ütközéseket elkerülve a két technológia a közös sávban legyen mégis megvalósítható.
Dolgozatomban az FDD (Frequency Division Duplexing) spektrum párhuzamos kihasználását vizsgálom LTE és 5G NR FDD szolgáltatások esetén egy konkrét hálózati konfiguráción, melyek kulcs-paramétereivel szemben matematikailag is könnyen meg tudunk fogalmazni elvárt elméleti határértékeket. Ismertetésre kerülnek a terminál-oldali elvárások is, melyek elengedhetetlenek a hálózattal való együttműködéshez. A bemutatott end-to-end mérések eredményeivel a DSS alkalmazásának előnyeit és hátrányait, illetve korlátait fogalmazom meg és támasztom. A tesztelések során megvizsgálom a technológia erőforrás kiosztásának módját, valamint dinamizmusát is.
szerző
-
Makai Lajos Bence
Villamosmérnöki szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Varga Pál
egyetemi docens, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék -
Barta József
RAN fejlesztési szenior szakértő, team lead, Magyar Telekom Nyrt. (külső)
