Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen"

Esa-Pekka Tuominen
9 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Älypuhelinverkkojen 5G Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

2 Johdanto [1][2] Viimeisen 30 vuoden aikana mobiiliverkkojen markkinaosuus on kasvanut merkittävästi Langattomia laitteita on joillain alueilla jopa enemmän kuin väestöä Mobiililaitteiden määrän kasvun vuoksi on tarvetta kehittää tiedonsiirtotekniikoita Tarkoitus palvella nopeasti mahdollisimman montaa käyttäjää mahdollisimman energia- ja kustannustehokkaasti Esimerkiksi 4G-verkkoa suunniteltaessa energiatehokkuutta ei mietitty 5G-verkko saapunee mahdollisesti vuonna 2020 kuluttajakäyttöön

tiedonsiirtotekniikoita Tarkoitus palvella nopeasti mahdollisimman montaa käyttäjää mahdollisimman energia- ja

4 Vaatimukset [1] Nopeus: 0.1 1Gbps (loppukäyttäjälle) Yhteyksien määrä: / km^2 Päästä-päähän verkkoviive: <= 1ms Liikenteen määrä: kymmeniä gigabittejä / km^2 Liikkuvuus: sietää yli 500km/h nopeuksia Piikkisiirtonopeus: kymmeniä gigabittejä sekunnissa Spektrin käyttö: 5-15 kertaa tehokkaampaa Energiatehokkuus: 100 kertainen Kustannustehokkuus: 100 kertainen

1ms Liikenteen määrä: kymmeniä gigabittejä / km^2 Liikkuvuus: sietää yli 500km/h nopeuksia

5 Arkkitehtuuri [2] 2 käyttötapausta: ulko- ja sisäkäyttö - Signaalin vaimennus pyritään minimoimaan - Sisätiloissa hyödynnetään rakennuksessa olevia laitteita ja yhteyksiä - Sisätiloissa olevat laitteet antavat mahdollisuuden käyttää sellaisia tekniikoita, joita ei voitaisi muuten käyttää esim. UWB (ultrawide bandwidth) ja VLC (visible light communications). Näitä ei voida perinteisesti käyttää, koska penetroituvat huonosti seinien läpi. - Ulkokäyttö perinteiseen tapaan käyttämällä mastoja - Siirrytään FDD (frequency division duplex)-> TDD (time division duplex) arkkitehtuuriin

käyttää esim. UWB (ultrawide bandwidth) ja VLC (visible light communications).

7 5G-verkon tekniikat [2] MIMO (multiple input multiple output) -koostuu useista antenneista, jotka lähettävät ja vastaanottavat samaan aikaan Massive-MIMO: lähettimissä ja vastaanottimissa suuri määrä antennielementtejä (10-100) Monilla antenneilla saavutetaan suurempi siirtonopeus ja spektritehokkuus, sillä häiriön määrä vähenee Sisäkäytössä voidaan käyttää VLC (visible light communication), WiFi tai UWB - tekniikoita DAS (distributed antenna system): antennit voidaan jakaa dynaamisesti käytön mukaan esim. yhdelle tai useammalle päätelaitteelle Smart antenna teknologia Testeissa käytetty muun muassa 15Ghz taajuuksia [1]. Lopullisista taajuusalueista ei ole vielä varmuutta.

Sisäkäytössä voidaan käyttää VLC (visible light communication), WiFi tai UWB - tekniikoita DAS (distributed antenna system): antennit voidaan jakaa dynaamisesti käytön

8 FDD ja TDD Langattomissa verkoissa 2 duplex-muotoa: FDD ja TDD Perinteisesti langattomissa verkoissa on jouduttu käyttämään eri taajuuksia lähetykselle ja vastaanotolle (FDD). Tämä on suuri ongelma, sillä sopivia taajuusalueita ei ole riittävästi suurien nopeuksien muodostamiseksi Taajuusaluetta ei voida nostaa hirveästi häiriöiden takia FDD (frequency division duplex) kaistanleveys jää pienemmäksi, sillä käytettävissä oleva taajuusalue joudutaan jakamaan lähetyksen ja vastaanoton kanssa TDD (time division duplex) käyttää sekä lähettämiseen että vastaanottamiseen samaa taajuutta

Tämä on suuri ongelma, sillä sopivia taajuusalueita ei ole riittävästi suurien nopeuksien muodostamiseksi Taajuusaluetta ei voida nostaa hirveästi

9 TDD (TD-SCDMA) Jokainen lähetettävä radiokehys on 10ms pitkä Kehys jaetaan kahteen 5ms lohkoon Jokainen puolikas sisältää UL (upload) ja DL (download) aikaa sekä erikoiskehyksen, jolla ajankäyttöä kontrolloidaan 5G-verkon tapauksessa UL ja DL kehysten määrää voidaan muokata dynaamisesti aina tarpeen mukaan. Esim. jos hetkillisesti tarvittaisiin enemmän lähetysnopeutta, voitaisiin DL-kehyksiä vähentää ja ULkehyksiä lisätä

kontrolloidaan 5G-verkon tapauksessa UL ja DL kehysten määrää voidaan muokata dynaamisesti aina tarpeen

12 Smart antenna -tekniikka [1] Mobiiliyhteyksissä häiriö on suurin pullonkaula Tukiasema saa päätelaitteelta tietoja laitteesta Tietojen perusteella voidaan kohdistaa signaali päätelaitteelle päin Tekniikan avulla saadaan parempi peitto ja energiatehokkuus Ei tarvita lähettää täydellä teholla joka suuntaan Vähemmän häiriöitä Parempi liikkuvuus vähemmän häiriön vuoksi

päätelaitteelle päin Tekniikan avulla saadaan parempi peitto ja energiatehokkuus Ei tarvita

13 Tutkimus aiheesta [3] Tutkimusta aiheesta tehneet muun muassa Ericsson, Huawei, NSN ja Samsung Tutkimus aloitettu jo vuonna 2013 Laboratoriossa saavutettu jo huikeita nopeuksia (5Gbps, 15Ghz taajuudella) Vasteajat testeissä noin 5ms Toimijat ovat suunnilleen yhteisymmärryksessä vaatimusten suhteen

saavutettu jo huikeita nopeuksia (5Gbps, 15Ghz taajuudella) Vasteajat

14 Yhteenveto Jaetaan ulko- ja sisäkäyttö erilleen Sisällä voidaan käyttää suurempaa kirjoa nopeita tekniikoita tiedonsiirtoon Ulkona käytetään perinteiseen tapaan mastoja Tavoitteena olla mahdollisimman energiatehokas Suurempi energiatehokkuus voidaan saavuttaa muun muassa smart antenna tekniikalla Energiatehokkuus suunnittelussa tärkeä ominaisuus Kuluttajakäyttöön tulevan 5G-verkon tarkat tekniset ominaisuudet vielä epäselviä Tavoitteena korkeat nopeudet (>= 1Gbps) ja pieni viive (<=1ms) Vaatimuksia ja tekniikkaa kehitetään vielä Saapuu yleiseen käyttöön arvioiden mukaan vuoteen 2020 mennessä

tekniikalla Energiatehokkuus suunnittelussa tärkeä ominaisuus Kuluttajakäyttöön tulevan 5G-verkon tarkat tekniset ominaisuudet vielä epäselviä

15 Lähteet [1] Chen, Shanzhi, et al. "A comprehensive survey of TDD-based mobile communication systems from TD-SCDMA 3G to TD-LTE (A) 4G and 5G directions." Communications, China 12.2 (2015): [2] Wang, Cheng-Xiang, et al. "Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks." Communications Magazine, IEEE 52.2 (2014): [3] Intelligence, G. S. M. A. "Understanding 5g: Perspectives on future technological advancements in mobile." GSMA Intelligence Understanding 5G (2014): 3-15.

" Communications, China 12.2 (2015): 40-60. [2] Wang, Cheng-Xiang, et al.

Samankaltaiset tiedostot

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Last update : 05.09.2012 LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT H. Honkanen Lyhyen matkan langattoman siirron tarkoitus on siirtää tietoa ( = dataa ) lähietäisyydellä ( alle 1m 50m ) Siirtotekniikoita