Dzięki nowym interfejsom radiowym sieci 5G będą zmieniać się jak kameleony
Przyszłość, w której wszyscy i wszystko będzie ze sobą połączone, jest coraz bliżej – już niedługo zegarki, lodówki, kuchenki, czujniki i inne urządzenia będą do działania wykorzystywać połączenia z Internetem oraz ze sobą nawzajem. Jednak droga do tego celu nie jest łatwa. „Każde urządzenie i zastosowanie wiąże się z innymi wymogami względem sieci” – wyjaśnia dr Frank Schaich, inżynier do spraw badań w Nokia Bell Labs i koordynator projektu FANTASTIC-5G. „Niektóre wymagają ultrakrótkich czasów odpowiedzi, inne – bardzo wysokiej szybkości transmisji, a jeszcze inne muszą być obsługiwane w niezwykle efektywny energetycznie sposób, tak aby maksymalnie wydłużyć ich czas pracy na baterii”. Aby to osiągnąć, sieci 5G muszą być inteligentne, co oznacza konieczność zaimplementowania w ich specyfikacjach adaptacyjnych funkcji i konfiguracji już na najwcześniejszych etapach prac rozwojowych, inaczej niektóre urządzenia i zastosowania po prostu przestaną działać. Konsorcjum FANSTASTIC-5G za wszelką cenę chciało uniknąć takiego scenariusza. W przeciwieństwie do ukierunkowanych na telefony komórkowe sieci LTE charakteryzujących się małą elastycznością, nowe sieci FANSTASTIC-5G muszą być nacelowane na użytkowników. Zespół rozpoczął od spisania i przeanalizowania kategorii usług, jakie będą oferowane za pośrednictwem sieci 5G, a dopiero potem zidentyfikował najważniejsze technologie niezbędne do realizacji tych usług. Następnie badacze zajęli się projektowaniem i obszernym testowaniem nowych sieci. „Skupiliśmy się na opracowaniu określonych technologii i konfiguracji, które pozwolą przyszłym sieciom spełnić wszystkie wymagania, jakie tylko możemy przewidzieć, oraz na przeprowadzeniu doświadczeń. Przeanalizowaliśmy wzajemne zależności i zidentyfikowaliśmy środki wymagane do skutecznego zintegrowania tych zależności z systemem. To oznacza, że nasz produkt – wielofunkcyjny interfejs radiowy (AI, Air Interface) – może jednocześnie obsługiwać różne kategorie urządzeń oraz związanych z nimi zastosowań w indywidualnie dobrany sposób, nie powodując przy tym nieefektywnego wykorzystywania zasobów” – dodaje dr Schaich. W szczególności interfejs AI potrafi automatycznie konfigurować różne połączenia między urządzeniem a siecią zależnie od istniejących wymagań, np. w zakresie używanych procedur dostępu, stanów obwodu RLC itd. Uczestnicy projektu zaproponowali również procedury zarządzania oraz podstawowe wymogi projektowe umożliwiające systemowi wydajne multipleksowanie różnych przypadków zastosowań. Łącznie przeprowadzono siedem kampanii symulacyjnych, których celem była ocena parametrów opracowanego interfejsu AI pod kątem wysokiej przepustowości; ultraniskiej latencji i wysokiej niezawodności; obsługi niskokosztowych urządzeń o niskim poborze energii; masowego dostępu; wszechobecnego zasięgu i wysokiej mobilności oraz jednoczesnej obsługi kilku usług w jednym paśmie. Jak twierdzi dr Schaich, w celu numerycznego oszacowania korzyści zapewnianych przez nowy interfejs AI przeprowadzono symulacje zarówno na poziomie połączeń, jak i na poziomie systemu. Od strony sprzętowej udało się też zaimplementować kilka wybranych technologii. W toku prac zespół zastosował specjalne narzędzia matematyczne, głównie do oceny teoretycznych granic. Wyniki projektu przedstawiono w ponad 80 publikacjach przedstawianych na największych konferencjach ICT; przyczyniły się one również do opracowania standardów 3GPP. W sumie złożono 13 wniosków patentowych na różne elementy interfejsu, takie jak przebiegi fal, protokoły kodowania superpozycyjnego czy ulepszone odbiorniki. Zespół złożony z uczestników projektu FANTASTIC-5G oraz innych partnerów ma zamiar kontynuować prace w ramach nowego projektu – ONE5G.
Słowa kluczowe
FANTASTIC-5G, 5G, 4G, Internet rzeczy, interfejs radiowy, ONE5G
