3GPP Release 19 je dalším krokem v evoluci 5G-Advanced a slouží jako most k budoucí 6G technologii. Tato verze se zaměřuje na komerční nasazení a přináší vylepšení v několika oblastech, jako je vysoký výkon sítě, efektivní správa mobility, energetická účinnost, a také začlenění umělé inteligence (AI) pro správu rádiových sítí a sítí obecně.
3GPP Release 19 je již velmi pokročilá v několika klíčových oblastech. Patří sem technologie jako Massive MIMO, které umožňuje současný přenos více datových toků a zvyšuje kapacitu sítě, Rekonfigurovatelné inteligentní povrchy (RIS), které zlepšují pokrytí a efektivitu sítě v hustě zastavěných oblastech, a také Neterestrcké sítě (NTN), které umožňují propojení pozemních sítí se satelity a stratosférickými platformami. Release 19 přinesl specifikace pro multi-orbitální sítě a regenerativní satelitní náklady, což umožňuje efektivnější a spolehlivější přenos dat ve vzdálených oblastech. Detailněji si o budoucnosti těchto technologií povídáme zde.
Na druhou stranu jsou zde technologie, které Release 19 teprve prozkoumává a jejich plný potenciál bude realizován až v budoucnosti. Patří sem například Terahertzové antény (THz antény), které mají potenciál pro velmi vysoké přenosové rychlosti a nízkou latenci, avšak jejich vývoj stále čelí výzvám v oblasti efektivního přenosu na terahertzových frekvencích. Další oblastí, která je stále ve fázi zkoumání, jsou Holografické antény, které umožňují flexibilnější a přesnější řízení paprsků a mají potenciál transformovat komunikaci v mmWave pásmech. Vývoj těchto technologií vyžaduje další výzkum v oblasti materiálových věd a optimalizace algoritmů pro směrování signálu.
Vývoj Release 19 se dělí na několik klíčových skupin vylepšení:
- Vysoký výkon 5G
- Další evoluce topologie 5G
- Energeticky úsporné technologie
- AI-poháněná 5G
- Přechod k 6G
Vysoký výkon 5G
Release 19 přináší vylepšení v oblasti víceuživatelského MIMO (MIMO), správy mobility, obousměrného duplexu a podpory XR (rozšířené reality).
- MIMO: Technologie MIMO, která je klíčovým prvkem 5G, bude dále rozšířena. Dojde k zvýšení počtu portů pro zpětné hlášení stavu kanálu (CSI) z 32 na 128, což umožní lepší podporu větších anténních polí. Bude také zlepšena možnost uživatelského zařízení (UE) iniciovat vlastní hlášení paprsků (beam reporting), což má za cíl snížit latenci a zvýšit přesnost komunikace.
-
Správa mobility: Release 19 rozšiřuje proceduru mobility známou jako Layer 1/2-triggered mobility (LTM), která výrazně snižuje latenci při přechodu mezi buňkami. Dojde také k zavedení podmíněné mobility (conditional LTM), která zlepšuje robustnost přechodů mezi buňkami.
-
Subband Non-overlapping Full Duplex (SBFD): Tato funkce umožňuje souběžný provoz downlinku a uplinku v různých podpásmech na stejné frekvenci, čímž zvyšuje kapacitu a efektivitu sítě. Oproti předchozímu řešení, kde byl provoz downlinku a uplinku rozdělen časově v rámci jednoho pásma, SBFD umožňuje jejich paralelní fungování v oddělených podpásmech, což výrazně zlepšuje pokrytí, snižuje latenci a zvyšuje celkovou kapacitu sítě. V Release 19 dojde k dalšímu upřesnění a optimalizaci této technologie, aby byla schopna efektivněji zvládat současný růst datového provozu.: 3GPP pokračuje ve vývoji technologie SBFD, která umožňuje souběžný provoz downlinku a uplinku na stejné frekvenci, čímž se zvýšuje kapacita a pokrytí sítě a snižuje latence. V Release 19 bude tato technologie ještě dále specifikována.
- Podpora XR: XR aplikace vyžadují vysokou propustnost a nízkou latenci. Release 19 zahrnuje vylepšení, která umožňují přenos v mezerách, které jsou způsobené měřením rádiových zdrojů, a dále zlepšení řízení rádiového odkazu (RLC) a plánování uplinku s ohledem na latenci.
Další evoluce topologie 5G
Topologie sítě bude nadále rozšiřována pomocí různých technologií, jako jsou 5G femtobuňky, multi-hop reléování, a neterestriální sítě (NTN).
-
5G Femtobuňky: Tyto malé buňky budou nasazeny pro zlepšení pokrytí uvnitř budov, což zvyšuje dostupnost 5G signálu v místech s nedostatečným pokrytím makrobuňk. Oproti předchozímu řešení, kdy bylo pokrytí uvnitř budov zajišťováno výhradně makrobuňkami, umožňují femtobuňky efektivnější distribuci signálu v interiéru, což vede ke snížení rušení a lepšímu výkonu v oblastech s hustou zástavbou.
-
Multi-hop reléování: V Release 19 dojde k podpoře vícehopového reléování, které se zaměřuje na rozšíření pokrytí pro kritickou komunikaci, jako například veřejnou bezpečnost. Víceskokové předání - multihop relay - je technologie, která umožňuje komunikaci mezi zařízeními pomocí více reléových uzlů. Reléování zajišťuje přenos signálu přes několik zařízení nebo uzlů, což umožňuje rozšíření pokrytí v oblastech, kde není přímý přístup k základnové stanici možný. Tato technologie je zvláště užitečná pro komunikaci v situacích, kde tradiční sítě selhávají, například při kritické komunikaci ve vzdálených nebo zablokovaných oblastech.
-
NTN: Neterestriální sítě využívají satelity nebo vysoké stratosférické platformy pro zajištění připojení ve vzdálených oblastech. Release 19 přináší další parametry pro konfiguraci satelitních nákladů a podporu regenerativních nákladů na satelitech, což umožňuje větší flexibilitu při nasazení NTN. Detailně se jim věnujeme zde.
Rozšíření funkcionalit základní sítě (Core Network)
Pokročilá Network Slicing architektura
Release 19 přináší významné vylepšení v oblasti network slicingu, který je jedním ze základních pilířů 5G sítí. Nová specifikace se zaměřuje na optimalizaci dynamické alokace síťových zdrojů a vylepšení izolace mezi jednotlivými network slice. Důraz je kladen na:
- Implementaci pokročilých mechanismů pro automatickou rekonfiguraci network slice v reálném čase
- Vylepšení QoS managementu napříč různými slice
- Zavedení sofistikovanějších metrik pro monitoring výkonu jednotlivých slice
- Rozšíření možností pro cross-slice optimalizaci
Vylepšená podpora edge computingu
S rostoucím významem edge computingu přichází Release 19 s novými mechanismy pro efektivnější integraci MEC (Multi-access Edge Computing) do mobilních sítí:
- Standardizace rozhraní mezi core network a edge computing platformami
- Optimalizace směrování provozu k edge nodům
- Vylepšení mechanismů pro service discovery v kontextu edge computingu
- Implementace pokročilých load balancing algoritmů pro edge computing zátěž
Inovace v oblasti rádiového rozhraní (Radio Access Network)
Rozšířené MIMO schopnosti
Release 19 přináší další vylepšení v oblasti MIMO technologií:
- Podpora pokročilejších beamforming technik pro mmWave pásma
- Implementace AI/ML algoritmů pro optimalizaci MIMO konfigurace
- Vylepšení koordinace mezi více buňkami pro redukci interferencí
- Zavedení nových feedback mechanismů pro přesnější channel estimation
Spektrální efektivita a nová frekvenční pásma
Významnou součástí Release 19 je práce na využití nových frekvenčních pásem a zvýšení spektrální efektivity. Detailněji se k novým frekvenčním pásmům dostáváme v samostatném článku, nyní tedy jen v bodech:
- Standardizace využití sub-THz pásem (nad 100 GHz)
- Implementace pokročilých modulačních schémat pro vysokofrekvenční přenosy
- Optimalizace agregace nosných (CA) pro nová frekvenční pásma
- Vylepšení technik pro dynamické sdílení spektra
Energeticky úsporné technologie
Energetická účinnost je jedním z hlavních cílů Release 19. Toto vydání se zaměřuje na snižování spotřeby energie jak u základnových stanic (gNB), tak u uživatelských zařízení (UE).
-
Úspora energie: 3GPP pokračuje ve specifikaci technik pro úsporu energie, jako je adaptace prostorových prvků (anténních portů) nebo adaptace přenosu a příjmu běžných signálů. Tato práce navazuje na studie z Release 18, které se zabývaly růzností metod úspory energie v časové, frekvenční a prostorové doméně.
-
Low-Power Wake-up Signál (LP-WUS) a Přijímač (LP-WUR): Release 19 přináší možnosti pro zařízení, která mohou být aktivována jen při konkrétních podmínkách, čímž se výrazně snižuje jejich spotřeba energie, zejména když jsou v neaktivním režimu.
AI-poháněná 5G
Release 19 integruje AI a strojové učení (ML) do správy rádiových sítí a sítí obecně.
- AI/ML pro NG-RAN: 3GPP se zaměří na využití umělé inteligence a strojového učení pro zlepšení výkonu sítě, včetně řízení přenosu a zpracování signálu, což umožní lépe optimalizovat výkon a efektivitu.
AI-Native Network Architecture
Release 19 klade značný důraz na integraci AI/ML technologií přímo do síťové architektury:
- Standardizace AI/ML pipeline pro síťovou optimalizaci
- Implementace distributed learning frameworks pro síťové operace
- Definice rozhraní pro AI/ML based network management
- Zavedení mechanismů pro real-time training a inference
Automatizace síťových operací
S využitím AI/ML přichází pokročilé možnosti automatizace:
- Self-optimizing network (SON) funkcionality nové generace
- Prediktivní maintenance a fault management
- Automatická optimalizace síťových parametrů
- AI-řízená bezpečnost
Shrnutí
Release 19 funguje jako most ke 6G a zahrnuje počáteční studie na téma, jakým způsobem bude probíhat přechod od 5G-Advanced k 6G. Plánované jsou inovace v oblasti systémů, nové studie spektra a nové technologie.
Release 19 představuje významný krok v evoluci mobilních sítí, který kombinuje vylepšení stávajících funkcionalit s implementací zcela nových technologií. Důraz na AI/ML integraci, energetickou efektivitu a podporu průmyslových aplikací reflektuje současné trendy v telekomunikačním průmyslu. Zároveň položení základů pro technologie jako sub-THz komunikace a AI-native networking představuje most k budoucím 6G sítím.
Standardizační práce na Release 19 pokračují a finální specifikace mohou doznat změn. Nicméně již nyní je zřejmé, že tento release přinese významné inovace, které pomohou adresovat rostoucí požadavky na mobilní sítě v oblasti kapacity, latence, spolehlivosti a energetické efektivity.
Harmonogram prací:
- Stage 1 (požadavky) Release 19 byl zmrazen v prosinci 2023
- Stage 2 (architektura) má být zmrazen v prosinci 2024
- Stage 3 (protokoly) má být zmrazen v září 2025
- Práce probíhá paralelně v různých pracovních skupinách (RAN, SA, CT)
Implementace těchto technologií bude vyžadovat významné investice do síťové infrastruktury a vývoje nových zařízení. Zároveň však otevře nové možnosti pro operátory i poskytovatele služeb a umožní vznik nových use cases napříč různými průmyslovými odvětvími.
