876
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
5G TARMOG‘INING MUHIM XUSUSIYATLARI VA CHASTOTA
POLOSASI
Xatamova Mavluda Komiljon qizi
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti
Urganch filiali, telekommunikatsiya injiniringi kafedrasi stajor-o‘qituvchisi
Matsapayev Jamshidbek Sodiqjon o‘g‘li
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti
Urganch filiali, telekommunikatsiya injiniringi kafedrasi stajor-o‘qituvchisi
Annotatsiya:
So‘nggi yillarda axborot va aloqa texnologiyalari sohasida
sezilarli rivojlanishlar kuzatildi. Ayniqsa, beshinchi avlod mobil aloqa tizimi (5G)
jadal sur’atlar bilan rivojlanmoqda va hozirgi aloqa infratuzilmalariga tubdan yangilik
kiritmoqda. 5G texnologiyasi yuqori tezlik, kechikishning kamligi va tarmoqlar
o‘rtasida ko‘proq qurilmalarni ulash imkoniyatlarini taqdim etadi. Bu maqolada 5G
aloqa tizimining asosiy parametrlari va spektr kengligi tahlil qilinadi.
Beshinchi avlod
simsiz tarmog‘i, uyali tarmoq texnologiyasining so‘nggi avlodidir. U simsiz
texnologiyalarning oldingi avlodlariga qaraganda tezroq, sezgirroq va ishonchliroq
bo‘lishi uchun yaratilgan. 5G tarmoqlari yuqori chastotali radio to‘lqinlardan
foydalanadi, ular ma’lumotlarni tezroq uzata oladi shuningdek, tarmoq sig‘imi va
qamrovini oshirish uchun MIMO (bir nechta kirish, ko‘p chiqishli) va beamforming
kabi ilg‘or texnologiyalardan foydalanadi.
Kalit so‘zlar:
5G texnologiyasi,
eMBB, mMTC, URLLC, MIMO, Access Plane,
mmWave, Forward plane.
KIRISH
5G texnologiyasi vazifalari va texnik xususiyatlari. 5G texnologiyasi quyidagi
vazifalarni hal qilishga mo‘ljallangan:
•
mobil trafik o‘sishi;
•
tarmoqqa ulangan qurilmalar sonini ko‘paytirish;
•
yangi xizmatlarni joriy etishda kechikishlarni kamaytirish;
•
chastota spektrining yetishmasligi;
5G tarmoq xizmatlari:
1.
Ekstremal mobil keng polosali ulanish (eMBB) – “og‘ir” tarkibni uzatish
877
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
maqsadida ultra keng polosali aloqani amalga oshirish;
2.
Massive Machine-Type Communications (mMTC) - Internet Things ni
qo‘llab-quvvatlash (ultra tor tarmoqli);
3.
Ultra-ishonchli past kechikish aloqasi (URLLC) - juda past kechikishlarga ega
bo‘lgan maxsus xizmat turini taqdim etadi [1];
Ko‘rinib turibdiki, 5G aloqa tizimida yana ko‘plab qurilmalar tarmoqqa ulanadi,
ularning aksariyati “har doim onlayn” prinsipi asosida ishlaydi. Shu bilan birga,
ularning kam quvvat iste’moli juda muhim parametr bo‘ladi.
5G tarmoq talablari:
•
20 Gbit/s gacha bo‘lgan tarmoq o‘tkazish qobiliyati (ya’ni abonentga) va
qarama-qarshi yo‘nalishda 10 Gbit/s gacha.
•
Bir vaqtning o‘zida 1 million/km2 qurilmaga ulanishni qo‘llab-quvvatlash.
•
Radio interfeysida vaqtni kechiktirishni 0,5ms gacha (Ultra ishonchli
qurilmalararo aloqa URLLC xizmatlari uchun) va 4ms gacha (Ultra keng polosali
mobil aloqa eMBB xizmatlari uchun) qisqartirish.
ASOSIY QISM
Standart potensial texnologiya 5G.
MIMO texnologiyasi transversivatorlarda bir
nechta antennalarni ishlatishni anglatadi. To‘rtinchi avlod tarmoqlarida muvaffaqiyatli
qo‘llanilgan texnologiya 5G tarmoqlarida mukammal qo‘llanilishni mumkin. Bundan
tashqari, agar hozirgi vaqtda tarmoqlarda MIMO 2x2 va 4x4 ishlatilsa, kelajakda
antennalar soni ko‘payadi.
Ushbu texnologiya bir vaqtning o‘zida qo‘llash uchun ikkita muhim dalilga ega:
1) ma’lumotlar uzatish tezligi deyarli antennalar soniga mutanosib ravishda
oshadi;
2) turli-tuman qabul qilish tufayli signalni bir vaqtning o‘zida bir nechta
antennalar qabul qilganda signal sifati yaxshilanadi;
Santimetr va millimetr oralig‘iga o‘tish.
Hozirgi vaqtda LTE tarmoqlari 3,5GHz
chastotalarda ishlaydi. 5G mobil tarmoqlarining to‘liq ishlashi uchun tarmoqlarni
yuqori chastotali bepul diapazonlarda joylashtirish kerak. Axborot uzatish
chastotasining oshishi bilan aloqa doirasi kamayadi. Bu fizikaning qonunidir. Biroq,
beshinchi avlod tarmoqlarining tayanch stansiyalari ancha katta tarmoq sig‘imini
yaratish zarurati tufayli hozirga qaraganda zichroq bo‘lishi zarur. O‘nlab GHz li
diapazonning afzalligi katta miqdordagi bo‘sh spektrning mavjudligidir.
Ko‘p texnologiyali
5G tarmoqlarida yuqori sifatli xizmat ko‘rsatish uchun
mavjud UMTS, GSM, LTE va boshqa standartlarni, masalan, Wi-Fi-ni qo‘llab-
quvvatlash kerak. Wi-Fi texnologiyasidan foydalangan tayanch stansiyalar, ayniqsa
band bo‘lgan joylarda trafikni tushirish uchun ishlatilishi mumkin.
878
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
Qurilmalar texnologiyasi bir-biriga yaqin joylashgan qurilmalarga 5G
tarmog‘ining ishtirokisiz to‘g‘ridan-to‘g‘ri ma’lumot almashish imkonini beradi,
ularning yadrosidan faqat signal trafigi o‘tadi. Ushbu texnologiyaning afzalligi
ma’lumotni spektrning ruxsat etilmagan qismiga uzatish qobiliyatidir, bu esa tarmoqni
yanada pasaytiradi.
Har qanday tizimning, shu jumladan telekommunikatsiyaning asosiy
tushunchasi arxitekturadir. Arxitektura tushunchasi o‘ziga xos poydevor bilan bog‘liq
bo‘lishi mumkin, buning natijasida tizimning alohida tarkibiy qismlari va umuman
ko‘rib chiqilayotgan ob’ektning ishlashi to‘g‘risida tushuncha paydo bo‘ladi.
Yangi avlod 5G aloqa tizimlarining arxitekturasi tarmoqni boshqarish va signal
uzatish xizmatlarini taqdim etish funksiyalarini bajaradigan quyi tizimlarning o‘zaro
ta’siri tuzilishini anglatadi. 5G aloqa tarmoqlari miniso‘talar arxitekturasi asosida
qurilgan bo‘lib, u turli xil radio kirish texnologiyalaridan foydalangan holda turli
o‘lchamdagi chuqurchalar ierarxik tuzilishini o‘z ichiga oladi. Bunday tizimlarda
abonent terminallari o‘z ma’lumotlarini tarmoq infratuzilmasiga uzatishda bir vaqtning
o‘zida bir nechta radiotexnologiyalar imkoniyatiga ega.
5G aloqa tizimining asosiy parametrlari
5G tizimi ilgari ishlab chiqilgan avlodlardan ancha farq qiluvchi texnologik
jihatlarni o‘z ichiga oladi. U quyidagi asosiy parametrlar asosida ishlaydi:
1. Ma’lumot uzatish tezligi (Throughput)
5G texnologiyasida teorik maksimum
ma’lumot uzatish tezligi 20 Gbit/s ga yetadi. Bu, ayniqsa, yuqori sifatli video striming
va og‘ir hajmdagi ma’lumotlarni uzatish uchun katta imkoniyatlar yaratadi. Real
hayotda bu tezlik foydalanuvchilarga bir necha Gbit/s tezlikda ma’lumot olish
imkoniyatini beradi.
2. Kechikish vaqti (Latency)
Kechikish 5G tizimida sezilarli darajada qisqargan
bo‘lib, taxminan 1 ms atrofida bo‘lishi kutilmoqda. Bu, ayniqsa, avtonom transport
vositalari va tibbiy robotlar kabi real vaqtda reaktsiya talab qiluvchi texnologiyalar
uchun muhimdir.
3.
Spektr samaradorligi
5G tizimi avvalgi texnologiyalarga nisbatan spektrdan
foydalanishni samaraliroq tashkil etadi. 5G spektr samaradorligi 4G ga nisbatan uch
baravar yaxshilangan.
4.
Qo‘llab-quvvatlaydigan qurilmalar soni
5G tarmoqlari bir kvadrat kilometrga
o‘rtacha 1 millionta qurilmani ulash imkoniyatiga ega. Bu Internet of Things (IoT)
texnologiyalarining yanada keng miqyosda joriy etilishiga xizmat qiladi.
5.
Harakat tezligi va uzoq masofaga qamrov
5G texnologiyasi katta harakat
tezligida (500 km/soatgacha) ishlay oladi va qamrov radiusi ham keng. Bu transport
vositalarida, ayniqsa, yuqori tezlikli poyezdlarda barqaror aloqani ta’minlaydi.
5G tarmog‘ida radio interfeys va spektr kengligi tushunchasi
879
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
5G tarmoq quyi tizimi “bulutli” texnologiyalar asosida shakllantirilishi mumkin
bo‘lgan uchta quyi tizimni o‘z ichiga oladi:
- Access Plane – taqsimlangan va markazlashtirilgan arxitekturaga kirish;
- Boshqarish tekisligi – “bulutli” boshqaruvning quyi tizimi, tarmoqni
boshqarishning global funksiyalari;
- Forward plane – “transport buluti” quyi tizimi yuklarni muvozanatlash rejimida
ma’lumotlarni tarmoqqa uzatish [2].
5G aloqa tarmoqlari arxitekturasi, quyidagi asosiy omillar bilan belgilanadi.
Radio interfeysi deganda ikki stansiya o‘rtasida radiokanal orqali ulanishlarni o‘rnatish
va aloqani tashkil etish tartibini belgilaydigan protokollar va protseduralar to‘plami
tushuniladi. 5G radio interfeysi yanada samaraliroq bo‘lishi rejalashtirilgan, spektral
samaradorlik 4G tarmoqlariga nisbatan 3 baravar oshiriladi, spektral samaradorlik 1
GHz ga ga teng deb taxmin qilinadi.
1-rasm. 5G tarmoq arxitekturasini shakllantirish omillari
5G radio interfeysida qo‘llaniladigan asosiy texnologiyalar mavjud:
- siyrak kodlarga asoslangan ko‘p stansiyali kirish (Sparse code Multiple Access,
CDMA);
- ortogonal chastotani ajratish bilan filtrlangan multiplekslash (Flash ortogonal
chastota bo‘linishi multiplekslash, FOFDM);
- qutblangan kodlashtirish (Polar code) [3].
SCMA texnologiyasi abonentlarning tarmoq resurslariga “siyrak” kod asosida
kirishini taminlashdir. Signalning kodli kombinatsiyasiga ta’siri mavjud bo‘lib, u 5G
radio interfeysi tomonidan qayta ishlanadi. FOFDM kodlash texnologiyasi belgi
uzunligi va siklik prefiksning “moslashuvchan” o‘zgarishini tashkil qilish imkonini
beradi.
Mavjud mobil aloqa tarmoqlarining arxitekturasi, birinchi navbatda, mobil keng
polosali ulanish (Mobile Broadband, MB) ning nutq va an’anaviy xizmatlarini
880
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
Internetga o‘tkazish talablarini qondirish uchun ishlab chiqilgan. Bunday arxitektura
5G xizmatlarini qo‘llab-quvvatlash uchun yetarlicha moslashuvchan emas. 5G
arxitekturasini qurishning yangi jihatlari mavjud, masalan:
- bir nechta asosiy xizmatlar, standartlar va tugun turlarini o‘z ichiga olgan
murakkab yuqori tezlikdagi getroden tarmoqlar;
- multiservis texnologiyasini muvofiqlashtirish talab qilinadi;
- virtualizatsiyani qo‘llab-quvvatlaydigan tarmoq funksiyalarini moslashuvchan
tashkil etish kerak;
- tarmoqni joylashtirish minimal vaqt ichida amalga oshiriladi;
SDN-ni 5G doirasida amalga oshirishning asosiy g‘oyasi quyidagilardan iborat:
boshqaruv qatlami ma’lumotlar uzatish qurilmalaridan ajratilgan va dastur yordamida
amalga oshiriladi. An’anaviy kalitlar va marshrutizatorlarda bu jarayonlar bir-biridan
ajralmasdir. SDN zamonaviy “bulutli” (Cloud) muhitni muvaffaqiyatli tashkil
etishning shubhasiz atributi bo‘lgan asosiy afzalliklarga ega:
- xizmatlarni boshqarish, boshqarish va xizmat ko‘rsatishni soddalashtirish va
markazlashtirish;
- texnik xizmat ko‘rsatish va ekspluatatsiya xarajatlarini kamaytirish;
- kerakli xizmatlarni tezroq joylashtirish;
- operatorlar 5G-ni xizmat sifatida (Infrastructure As A Service, IaaS) qayta
ulanish kanallari va bulutli IT-resurslarning integratsiyasi bilan ma’lumotlar
markazlari infratuzilmasini taqdim etishlari mumkin;
- resurslarni boshqarish va ularni virtualizatsiya qilishni markazlashtirish orqali
telekommunikatsiya tarmog‘i resurslaridan yanada samarali foydalanish;
5G tizimi bir qancha chastota diapazonlarida ishlaydi, ularni yuqori va past chastotali
diapazonlarga bo‘lish mumkin.
1.
Past chastotali diapazonlar (Sub-6 GHz)
Bu diapazonlar ko‘pincha 1-6 GHz
chastotalarni o‘z ichiga oladi va ularni 5G tizimi ishlatadi. Bunday diapazonlar keng
qamrov va yaxshi kirib borish imkoniyatiga ega. Past chastotali diapazonlarda tezlik
yuqori emas, biroq u katta masofalarda yaxshi qamrovni ta’minlaydi.
2. Millimetr to‘lqin diapazonlari (mmWave)
24 GHz va undan yuqori chastotali
diapazonlar millimetr to‘lqinlar spektriga kiradi. Ushbu diapazonlar juda yuqori
ma’lumot uzatish tezligini ta’minlaydi, biroq signalning to‘siqlardan o‘tish qobiliyati
nisbatan past. Shu sababli, mmWave diapazonlari shahar markazlari va katta
ma’lumotlar trafigiga ega joylarda ishlatiladi.
3.
O‘rta chastotali diapazonlar (Mid-band)
5G tizimlarining eng samarali
chastota diapazoni 1-6 GHz oralig‘idagi o‘rta chastotalar hisoblanadi. Bu diapazon
yuqori tezlik va yaxshi kirib borishni balansli ta’minlaydi, ya’ni bu diapazon shahar va
qishloq joylar uchun eng maqbul yechimdir.
Yuqori chastotali mmWave to‘lqinli tayanch stansiyalari
881
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
Yuqori tezlikka erishish uchun biz spektrni kengaytirishimiz kerak. 30-300
GHzli chastota spektrida joylashgan mm to‘lqinlari bizga spektrni kengaytirish uchun
kerakli joyni beradi. mmWave ma’lumotlarni yuqori tezlikda uzatishga imkon beradi,
ammo katta pasayish tufayli diapazon torayadi va yuqori chastotani uch marta cheklash
– bu to‘lqinlar to‘siqlarga-daraxtlarga, binolarning devorlariga kira olmaydi. Shuning
uchun biz tarmoq arxitekturasini o‘zgartirishimiz kerak bo‘ladi. Uzoq masofalarni
qamrab oladigan yuqori kuchli tayanch stansiyalar ixcham kam quvvatli so‘talar bilan
birgalikda ishlaydi.
2-rasm. 5G mmWave spektr kengligi
5G NR 6GHz dan 100GHz gacha bo‘lgan spektrdan foydalanishi mumkin.
LTE-A bilan taqqoslaganda, 5G tizimining o‘tkazuvchanligi 10 baravar oshadi (LTE-
A-dagi 100MHzdan 1GHzgacha). NR uchun chiziqlar asosan Low End, Mid End va
High Band deb yuritiladi:
- Past diapazon (Low End) 1GHzdan past. Uzunroq diapazon masalan mobil
keng polosali va ommaviy IoT, 600MHz, 800MHz, 900MHz. Bu uzoq masofalarni
qamrab oladi;
- O‘rta masofa (Mid End) 1GHzdan 6GHzgacha. Tarmoq kengligi: 3.4–
3.8GHzli, 3.8–4.2GHzli, 4.4-4.9GHzli. Shaharlarda yuqori tarmoq kengligi, o‘rtacha
diapazonni qamrab olish va bino ichida foydalanish;
- Yuqori diapazon (High Band) 24GHzdan yuqori (mm to‘lqin) [4].
Spektr kengligi ma’lumotlarni uzatish tezligi va samaradorligini belgilovchi
asosiy omillardan biridir. 5G tarmoqlari bir nechta keng polosali spektrlar orasida
ajratiladi va bular:
- 200 MHz spektr kengligi:
Millimetr to‘lqin diapazonida ishlatiladigan 5G
aloqasi yuqori tezliklarni ta’minlash uchun keng spektrga ega;
-
100 MHz spektr kengligi:
O‘rta chastotali diapazonlarda ishlatiladi va optimal
tarmoq samaradorligini ta’minlaydi;
- 40-60 MHz spektr kengligi:
Past chastotali diapazonlarda signal sifati va
qamrov doirasi katta bo‘lishi uchun ishlatiladi.
882
TEXNIKA
“RAQAMLI IQTISODIYOT” ILMIY-ELEKTRON JURNALI | 8-SON
WWW.INFOCOM.UZ
XULOSA
5G signalni uzoq masofalarga tarqatadigan ulkan minoralar emas, balki kichik
minorali tarmoqlardir, so‘talarning kichik maydonlarni tarmoq qamrovini ta’minlash
sezirarli darajada oshirish uchun mo‘ljallangan. Ovozli, video ma’lumotlarni uzatish
uchun ishlatiladigan kam quvvatli uyali radio kirish nuqtalari, so‘talarni optimal
darajada joylashtirish 5G tarmoq tezligi hamda sifatini yaxshilaydi. Bir so‘z bilan
aytganda ma’lumotlar uzatish hajmi va tezligi ortadi. 5G texnologiyasi aloqa sohasida
yangi imkoniyatlar yaratib, yuqori tezlik va past kechikishni ta’minlaydi. Ushbu
texnologiya orqali tarmoq samaradorligini oshirish, ko‘proq qurilmani ulash va keng
qamrovni ta’minlash mumkin. Spektr kengligi esa 5G tizimining samaradorligini
belgilovchi asosiy omillardan biri bo‘lib, u har xil chastota diapazonlari orqali
optimallashtiriladi. Bu maqolada 5G texnologiyasining asosiy parametrlari va spektr
kengligi ko‘rib chiqildi. Texnologiya rivoji davom etar ekan, 5G tarmoqlari kengroq
miqyosda joriy etilishi va kundalik hayotda keng qo‘llanilishi kutilmoqda.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO‘YXATI
1. 5G tarmoqlari uchun MIMO antenna panjarasini ishlab chiqish. X Mavluda,
G Ixtiyor, M Jamshidbek - International scientific conferences with, 2023.
2. 5G mobil qurilmalari uchun microstrip panjarali antenna qatori. Innovations
in Technology and Science Education, 2(8),1311–
1322.https://humoscience.com/index.php/itse/article/view/709. Xatamova M.K,
Matsapayev J.S, Matyokubov O‘.K.
3.
Economical profitable organization of GSM 900 radio coverage
Matyokubov, AF Bekimetov - Central Asian Problems of Modern Science and …,
2019.
4.
Mobil aloqa tizimlaridagi zahiralangan aloqa liniyalarining ishonchlilikka
ta’siri tahlili. Davronbekov D.A., Matyokubov O‘.K. International scientific
conference
“INFORMATION TECHNOLOGIES, NETWORKS AND
TELECOMMUNICATIONS” ITN&T-2021 Urgench, 2021y. May 25-26.
