1 SOLUKKORADIOJÄRJESTELMÄT
MATKAPUHELINVERKON PELKISTETTY IDEA 2
SOLUKON IDEA: TAAJUUKSIEN UUDELLEENKÄYTTÖ 3 1/r 2...6 -vaimenemislain vuoksi D CP :n välein voidaan sama taajuus ottaa uudelleen käyttöön. Tyypilliset uudelleenkäyttökertoimet: CDMA 1, AMPS 7, GSM 12 Kännykän solun vaihtoon liittyy kättelyn -käsite (handover, handoff).
RADIOSIGNAALIN VAIMENEMINEN 4 Signaali vaimenee 1/r n -lain mukaisesti. n = path-loss exponent n on tyypillisesti 2...6 kaupunkiympäristössä. Vain ilmailu- ja avaruussovelluksissa päästään lähelle 1/r 2 lain mukaista vapaan tilan vaimenemismallia. Taajuusalue vaikuttaa antennin kautta: mitä suurempi taajuus (lyhempi ), sitä nopeammin signaali vaimenee etäisyyden kasvaessa. Taustalla Friisin siirtoyhtälö, joka huomioi antennit. G r, G t = antennivahv., d = etäisyys, L = häviökerroin 1 (suod., antennit, jne.), A e = antennin efektiivinen pinta-ala. P ( d ) r 2 PG t tgr, G 2 2 4 d L 4 A 2 PG t tgr 4 d LossdB 10log 20log L 1 Pr L Siksi solun koko 900 MHz:n alueella (esim. NMT-900, 2G:n GSM, 3G:n 900 MHz UMTS/WCDMA) on suurempi kuin 2 GHz:n lähellä olevissa järjestelmissä (esim. 3G UMTS/WCDMA). Solukokoa pienentämällä radiotaajuuskaista & verkon kapasiteetti tulee paremmin hyödynnetyksi. e
ETENEMISVAIMENNUS, HIDAS & NOPEA HÄIPYMINEN 5 Small-scale fading Large-scale fading (shadowing)
SOLUKKORADIOJÄRJESTELMÄN SOLUN KOKO 6 Käsitteet mega-, makro-, mikro-, nano-, piko- ja femtosolu. Karkeita solukokoja: mega ( n 1000 km), makro (<40 km), mikro (<2 km), nano ( n 100 m), piko (<200 m), femto ( n 10 m) riippuvat keskitaajuudesta ja ympäristöstä. Koot eivät täsmällisesti määriteltyjä. https://en.wikipedia.org/wiki/microcell
2G GSM-VERKKO PELKISTETYSTI 7 PSTN = public switched telephone network, MSC = mobile switching center HLR = home location register, VRL = visitor location register BSS = base station subsystem, BSC = base station controller BTS = base transceiver station, AI = air interface, MS = mobile equipment https://en.wikipedia.org/wiki/base_station_subsystem https://en.wikipedia.org/wiki/mobile_switching_centre_server https://en.wikipedia.org/wiki/network_switching_subsystem
2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) 8
2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) 9
2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) 10 http://en.wikipedia.org/wiki/gsm
3G UMTS-VERKKO TARKEMMIN (S) 11 http://en.wikipedia.org/wiki/universal_mobile_telecommunications_system
12 ESIMERKKEJÄ MATKAPUHELINJÄRJESTELMISTÄ (S)
AMPS, GSM JA IS 95 (USA:N 2G CDMA) (S) 13 FDMA-käyttö eri siirtosuuntien Uplink & Downlinkerotteluun
LANGATTOMIA JÄRJESTELMÄSTANDARDEJA (S) 14
15 5G TULEE (S) 10 x parempi kuin 4G Standardointi käynnistymässä Toiminnassa 2020-luvulla
5G-AIKATAULU (S) 16
5G-AIKATAULU (S) 17
5G-VISIOITA (S) 18 Ei vielä tiedetä tarkasti mitkä verkon lopulliset ominaisuudet, palvelut ja liiketoimintamallit ovat vasta visiointiasteella. Tukeutunee aluksi pitkälti/osittain 4G-järjestelään. V. 2015 lopussa alkanut standardointivaihe (ITU jne.).
5G-VISIOITA (S) 19 IoT = Internet of Things eräänä johtoajatuksena laitteet ja sensorit kytkeytyvät nettiin (omat IP-osoitteet) elämä & koti verkottuu. 1 Bn = 1 Giganode, 1 EB = 1 Exabyte = 10 18 bytes
5G-VISIOITA (S) 20 E2E = verkon päästä päähän viive kahden solmun (node) välillä. Air latency = viive tukiasemalta kännykälle. Viiveiden tavoite 1/10-osaan nykyisestä.
5G-VISIOITA (S) 21 Vaalean harmaa = 4G, tumman harmaa = 5G tavoitesuorituskyky
5G-VISIOITA (S) 22
5G-VISIOITA (S) 23 Millimetritaajuusalue käyttöön rajoitetulle alueelle (pieni solu). mm-aallot eivät kanna pitkälle ulkotiloissa (vesihöyry absorboi).
5G-VISIOITA (S) 24 Verkon viipalointi: eri vaatimuksia omaavien palveluiden jakaminen eri verkkoviipaleisiin. 5G-viipale (Slice) koostuu joukosta toimintoja ja radioverkkoasetuksia, joita yhdistää siihen sidottu käyttötapaus ja liiketoimintamalli. Kaikii viipaleet eivät pidä sisällään samoja toimintoja. Esim. IoT tasolla vähiten/riisutusti kontrollia (liikkuvuuden tuki ja sen vaatima signalointi) RAT = Radio Access Technology D2D = Device to Device CP = Control Plane UP = User Plane
5G-VISIOITA (S) 25 Device to Device (D2D) communication ilman erillistä verkon ohjausta.
5G-TUTKIMUS OULUSSA (S) 26 Oulussa rakennetaan sekä avoin (OY) että suljettu (VTT) testiverkko. http://5gtn.fi/ Tietoliikennetekniikan osasto & CWC mukana hankkeeessa. Oulun ulkopuolella olevat muiden toimijoiden testiympäristöt Tutkimuspartnerien omat testiympäristöt