Internet Industriel des Objets IIOT : La dernière itération des normes 5G clouée

Article de: John Walko

L'organisation 3GPP – qui supervise les spécifications et les normes des technologies cellulaires depuis les débuts – a cloué le mois dernier la dernière itération pour la 5G, baptisée Release 16.

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L'organisation 3GPP (3rd Generation Partnership Program) – qui a supervisé les spécifications et les normes des technologies cellulaires depuis les premiers jours – a cloué le mois dernier la dernière itération de la 5G, baptisée Release 16.
Pourquoi c'est important? La mise à jour comprend quelques améliorations clés qui offriront aux consommateurs des débits de données améliorés et une meilleure couverture, une plus grande fiabilité, et pour les opérateurs, potentiellement de nouveaux marchés pour les communications 5G. La libération a été retardée de quelques mois, principalement en raison de la pandémie de COVID-19.
Nouveautés de la version 16
Source de l'image: Qualcomm
Le nouveau concept le plus important que la version 16 apporte à la scène 5G est sans doute la 5G NR-U – l'accent étant mis sur le «U», qui fait référence au spectre sans licence impliqué.
En avril 2020, la Federal Communications Commission (FCC) a été vivement félicitée par le secteur sans fil pour avoir rendu plus de spectre disponible pour le monde Wi-Fi, en adoptant des règles mises à jour pour la bande 6 GHz et en attribuant 1200 MHz au Wi-Fi (sans licence). .
Désormais, avec NR-U, l'équilibre est rétabli et les opérateurs de réseaux cellulaires pourront également utiliser le spectre sans licence pour étendre leur couverture, tant pour les réseaux publics que privés.
La version 16 définit deux modes opérationnels: un mode de déploiement autonome et un mode de déploiement d'accès assisté sous licence (LAA) dans les bandes 5 GHz et 6 GHz sans licence réservées à cette fin. C'est la première fois que le 3GPP définit une technologie cellulaire pour une utilisation «autonome».
La combinaison étendra considérablement la portée de la 5G au-delà des opérateurs traditionnels, y compris les FAI sans fil, les fournisseurs de services et les opérateurs de réseaux 5G privés. Ainsi, dans les régions où il est déjà disponible, comme les États-Unis, NR-U sera également utilisé pour déployer des services dans la bande 6 GHz.
La version 16 spécifie 400 MHz de spectre sans licence pour la liaison descendante, et jusqu'à 100 MHz de celle-ci pour la direction ascendante.
Source de l'image: Qualcomm
Alors que les versions précédentes prenaient déjà en charge certains aspects des communications cellulaires-véhicule-tout (C-V2X) pour la sécurité de base, le Sidelink basé sur NR-U spécifié dans la version 16 étend considérablement les capacités du C-V2X. Il prend désormais en charge des applications avancées telles que la conduite coordonnée et le partage de capteurs, où les données des capteurs d'une voiture peuvent être facilement communiquées à un autre véhicule à proximité.
Ces améliorations offrent des améliorations significatives sous la forme d'un débit plus élevé; latence plus faible; des communications multicast fiables (qui utilisent la distance comme nouvelle dimension au niveau de la couche physique, permettant des groupes multicast à la volée en fonction de la distance et des applications); synchronisation distribuée et contrôle unifié de la qualité de service.
Pris ensemble, ils devraient améliorer et accélérer le développement de systèmes de conduite autonomes et semi-autonomes pour la sécurité et l'efficacité. Elle devrait également inciter les gouvernements du monde entier à certifier les normes de communication de voiture à voiture.
Economie d'énergie
On s'attend à ce que les appareils 5G à tous les niveaux soient plus gourmands en énergie que ceux des générations précédentes, donc les économies d'énergie seront une amélioration cruciale. La version 16 comprend plusieurs nouvelles fonctionnalités d'économie d'énergie, y compris un nouveau format de signal de réveil (WUS) qui peut indiquer à l'appareil si et quand une transmission est en attente ou lui permettre de rester en mode basse consommation, en sautant le prochain DRX faible ( réception discontinue et mécanismes de contrôle de puissance plus efficaces.
Parallèlement à cela, des améliorations ont également été spécifiées pour améliorer la mobilité. Les techniques importantes pour réduire les temps d'interruption de transfert – et donc des performances de mobilité plus efficaces – incluent désormais le transfert conditionnel piloté par le périphérique; rapport de mesure précoce; et la reprise après défaillance du groupe de cellules maîtres à double connectivité (MCG).
Améliorations de la fiabilité
Source de l'image: Qualcomm
Dans le but de répondre à un plus large éventail de cas d'utilisation verticaux, tels que l'automatisation d'usine, les communications ultra-fiables et à faible latence (URLLC), la version 16 intègre des spécifications améliorées de fiabilité à 99,9999%, tout en conservant une latence de niveau de la milliseconde.
Cette e-URLLC mise à jour a été réalisée, entre autres innovations, grâce à une capacité améliorée de demande de retransmission; communications multipoints coordonnées (CoMP) – qui utilisent plusieurs points de transmission et de réception pour créer une diversité spatiale avec des voies de communication redondantes – et polarisation de canal lors de la prise en charge de plusieurs cas d'utilisation pour les mêmes appareils.
Surveillance de haute précision
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La version 16 améliore les capacités de la téléphonie cellulaire, en complétant les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS), avec une nouvelle technologie appelée signal de référence de positionnement (PRS). Basé sur un positionnement multi / simple cellule et basé sur un appareil, le PRS s'appuie sur des techniques de positionnement 5G telles que le temps aller-retour (RTT), l'angle d'arrivée / de départ et le décalage horaire d'arrivée (TDOA).
Qualcomm a insisté pour que cela soit inclus dans la version 16, et une grande partie de la norme est basée sur sa technologie dans ce domaine.
Le positionnement basé sur RTT supprime la nécessité d'une synchronisation très serrée de la synchronisation du réseau entre les nœuds (comme cela est nécessaire dans les techniques héritées telles que TDOA) et offre une flexibilité supplémentaire dans le déploiement et la maintenance du réseau.
Bien sûr, les cas d'utilisation émergents, tels que l'IoT industriel (par exemple, les systèmes robotiques dans les entrepôts et les usines) auront toujours besoin d'une précision de positionnement toujours plus précise, mais cette version répondra aux exigences jusqu'à 3 mètres en intérieur et 10 mètres en extérieur.
Des travaux sont déjà en cours pour améliorer ces paramètres et la version 17 devrait spécifier une précision inférieure au mètre pour de nombreux cas d'utilisation de l'IIoT.
Accès et backhaul intégrés (IAB)
L'un des principaux défis de l'extension de la couverture du réseau 5G NR mm Wave est le coût de déploiement de stations de base supplémentaires en mm Wave, qui nécessite de nouvelles installations de fibre optique et de liaison. L'IAB spécifié dans la version 16 permet à une station de base de fournir à la fois un accès sans fil pour les périphériques et une connectivité de liaison sans fil. Cette densification élimine le besoin d'une liaison filaire et permet ainsi aux opérateurs d'ajouter rapidement et à moindre coût de nouvelles stations de base de manière dynamique, avant d'avoir à supporter les coûts supplémentaires de pose de fibre pour augmenter la capacité de liaison.
Modèles de déploiement
Source de l'image: Qualcomm
Il existe de nombreuses améliorations, qui ont toutes été incluses pour élargir la portée et ainsi étendre les cas d'utilisation des réseaux 5G.
Un important se concentre sur la prise en charge étendue des réseaux non publics et devrait s'avérer un énorme coup de pouce pour le segment des réseaux privés en expansion rapide, ainsi que pour les déploiements IoT.
La mise en réseau sensible au temps (TSN) est déjà largement utilisée dans le monde filaire, et la version 16 ouvrira plus de possibilités, en particulier pour les applications industrielles.
Encore une fois, l'accent est mis sur l'amélioration de la latence et l'idée est d'intégrer TSN «par le haut», de sorte qu'il ait un impact minimal sur le réseau d'accès radio (RAN). La clé est la manière dont l'intégration est réalisée pour assurer la livraison des paquets dans le temps.
La version 16 spécifie de nouvelles et nouvelles techniques de mesure des interférences qui permettent des déploiements robustes. Cela prépare le terrain pour une future opération TDD dynamique avec station de base à station de base et atténuation des interférences de mobile à mobile.
MIMO progresse
Il n'est donc pas surprenant que l'un des principaux composants sous-jacents de la version 16, et s'appuyant sur les avancées précédentes, soit l'amélioration de Massive MIMO pour pouvoir offrir des performances et une efficacité améliorées. Un élément important a été la prise en charge supplémentaire de plusieurs points de transmission et de réception (multi-TRP) et une meilleure gestion des multi-faisceaux. Les deux avancées permettront une meilleure fiabilité de la liaison – particulièrement importante pour les bandes d'ondes millimétriques). La spécification exige également des améliorations des signaux de référence afin de réduire les rapports de puissance crête sur moyenne.
La version 16 prend également en charge la liaison montante à pleine puissance pour améliorer la couverture au bord de la cellule.
Et ensuite
Alors que la version 16 a été «gelée», la procédure habituelle consiste pour les nombreux groupes de travail à travailler sur une phase de correction, une procédure qui prend généralement plusieurs semaines.
Et si un précédent est suivi, comme prévu, nous verrons probablement l'introduction de chipsets et de sous-systèmes conformes aux normes au cours des 12 à 18 prochains mois. Attendez-vous à ce que certains développeurs précoces annoncent la disponibilité d'ici quelques mois. Les fournisseurs qui ont l'expertise pour adapter les conceptions actuelles sont probablement ceux qui mènent le peloton. Les entreprises qui ont participé le plus étroitement avec les groupes de travail 3GPP et les technologies d'entrée pour les progrès dans différents domaines auront clairement un avantage.
Des fonctionnalités telles que le NR-U et l'IAB – qui, comme indiqué, devraient avoir le plus grand impact sur les déploiements, les capacités et l'adoption de la 5G – sont celles qui seront probablement commercialisées le plus tôt. Certaines des autres améliorations, par exemple TSN et Sidelink, auront probablement des périodes de gestation plus longues.
Et, comme on l’a déjà noté, de nouveaux groupes de travail sont déjà réunis pour travailler sur la version 17. Les restrictions sur les voyages et les réunions en personne ralentiront probablement les progrès.
Certaines des améliorations les plus intéressantes recherchées par l'industrie incluent de nouvelles façons pour une plus large gamme d'appareils – pas seulement des automobiles – et des éléments de travail entièrement nouveaux tels que la réalité étendue – un terme fourre-tout pour des applications telles que la réalité virtuelle et la RA. D'autres possibilités incluent le soi-disant NR-Lite, une version de New Radio capable d'utiliser la bande 20 MHz, qui pourrait combler les lacunes de la couverture IoT.

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