5G Standalone and 4G Multi-Carrier Network-in-a-Box Using a Software Defined Radio Framework.
5G Standalone and 4G Multi-Carrier Network-in-a-Box Using a Software Defined Radio Framework.
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DOI：
10.3390/s21165653
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发表时间：
2021-08-22
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Navickas R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kiela K;Jurgo M;Macaitis V;Navickas R
在这项工作中，一个开放的无线接入网（RAN），兼容性，可扩展性和高度灵活的软件定义无线电（SDR）的无线电远端（RRH）框架的建议和设计。这种框架可以用于实现灵活的宽带无线电解决方案，其可以部署在任何区域中，具有共同的无线电管理特征，并且支持各种信道带宽。此外，它使研究人员能够更容易地访问非模拟蜂窝网络，减少系统开发时间，提供测试和测量功能，并支持现有和新兴的无线通信技术。通过创建一个可以在多频带多载波4G或5G独立（SA）配置中运行的网络中盒（NIB），验证了所提出的SDR框架的性能，输出功率高达33 dBm。测量结果表明，4G和5G NIB可以分别实现高达883 Mbps和765 Mbps的下行链路数据传输速度，100 MHz的聚合带宽。然而，如果在4G NIB中使用六个载波，则可以实现1062Mbps的下行链路数据传输速度。当使用单用户设备（UE）时，在4G和5G的情况下，最大上行链路数据传输速度分别为65.8Mbps和92.6Mbps。5G的平均数据包延迟比4G低45.1%。eNodeB和gNodeB的CPU负载与占用的带宽成比例，但在相同的聚合DL带宽条件下，CPU上的gNodeB负载较低。此外，如果只有1个UE是活动的，则在相同的聚合带宽条件下，EPC CPU负载比5GC低多达四倍。
In this work, an open Radio Access Network (RAN), compatible, scalable and highly flexible Software Defined Radio (SDR)-based Remote Radio Head (RRH) framework is proposed and designed. Such framework can be used to implement flexible wideband radio solutions, which can be deployed in any region, have common radio management features, and support various channel bandwidths. Moreover, it enables easier access for researchers to nonsimulated cellular networks, reduce system development time, provide test and measurement capabilities, and support existing and emerging wireless communication technologies. The performance of the proposed SDR framework is validated by creating a Network-in-a-Box (NIB) that can operate in multiband multicarrier 4G or 5G standalone (SA) configurations, with an output power of up to 33 dBm. Measurement results show, that the 4G and 5G NIB can achieve, respectively, up to 883 Mbps and 765 Mbps downlink data transfer speeds for a 100 MHz aggregated bandwidth. However, if six carriers are used in the 4G NIB, 1062 Mbps downlink data transfer speed can be achieved. When single user equipment (UE) is used, maximum uplink data transfer speed is 65.8 Mbps and 92.6 Mbps in case of 4G and 5G, respectively. The average packet latency in case of 5G is up to 45.1% lower than 4G. CPU load by the eNodeB and gNodeB is proportional to occupied bandwidth, but under the same aggregated DL bandwidth conditions, gNodeB load on the CPU is lower. Moreover, if only 1 UE is active, under same aggregated bandwidth conditions, the EPC CPU load is up to four times lower than the 5GC.
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