„…to boldly go where no man has gone before” („Star Trek” The Original Series)
Tomasz Muda, sierpień 2017 – maj 2019
Generacje w rozwoju systemów łączności komórkowej - cechy
systemów, otoczenie biznesowe, cel wprowadzania, prawo nieparzystych
generacji
Podstawy Działania Systemów Komórkowych – główne aspekty
techniczne w obszarze dostępu do sieci (klient – sieć)
Oczekiwania Strategiczne związane z 5 Generacją – kto i jak na świecie
postrzega cel wprowadzenia 5G
Główne Aspekty Techniczne 5G – co nowego?
Główne Aspekty Biznesowe – czy, jaki i dla kogo „biznes”?
•Lata 1979-199x
1G
•System Analogowy
•Wiele różnorodnych systemów (NTT Japan, NMT- Nordic Mobile Telephone, AMPS - Advanced Mobile Phone System,…)
•Lata 1992 – 201x (202x)
2G
•System Cyfrowy
•Wiele różnorodnych ale dominujące GSM i IS-95/oneCDMA (Digital-AMPS)
•Lata 2001- 202x
3G
•Systemy UMTS/WCDMA oraz CDMA2000 i WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
•Lata 2010 – 203x
4G
•System LTE oraz WiMax (kolejne wersje standardów – do 175Mb/s)
•Lata 2020 (?) - ?
5G
•System „podobny” do LTE i integralny z LTE (zdefiniowany w zakresie NR grudzień 2017 NSA i czerwiec 2018 SA)
Mobilność
Cyfrowy Głos
Wideo Połączenia,
Transmisja Danych –
Mobilny Internet
Internet / MBB
elastyczność
eMBB, mMTC,
URLLC
Generacje „nieparzyste” są przełomowe ale i z tego powodu testowe pod kątem
zapotrzebowania na nowo tworzone usługi. Generacje „parzyste” są „dojrzałe” i
mają usunięte „błędy „w założeniach do generacji „nieparzystych”.
F- Funkcjonalność; S- Sieć; A - Abonent
U
m
Łączność stała
B
TS
BS
C
Łączność ruchoma
PSTN
Network
MSC/VLR
SS7
Network
HLR/AuC
EIR/SMSC
Ruch sygnalizacyjny – wiadomości lub komunikaty przesyłane w celu
„zasygnalizowania” poszczególnym elementom sieciowym
konieczności rezerwacji zasobów i zestawienia dróg transmisyjnych
na potrzeby przesyłania informacji generowanych przez użytkownika
dołączonego do sieci.
Ruch Użytkownika – ruch (komutacja łączy, komutacja pakietów)
związany z danymi generowanymi przez użytkownika
NMT 1G
PSTN
Network
BS
U
m
B
TS
Border
Gateway (BG)
Inter-PLMN
network
GPRS
backbone
network
(IP based)
Lawful Interception
Gateway (LIG)
Charging
Gateway (CG)
Gateway GPRS
Support Node (GGSN)/
CheckPoint Firewall-1 /
VPN
Cyfrowy
Głos
B
TS
BS
C
PSTN
Network
MSC/VLR
HLR/AuC
EIR/SMSC
FM, CM, PM
HLR/AuC
EIR/SMSC
SS7
Network
2G
SS7
Network
PSTN
Network
MSC/VLR
Serving GPRS
Support Node
(SGSN)
U
m
SS7
Network
BS
C
Mobilność
GSM 2G
MTX
GSM + GPRS 2,5G
1G
Operator
Intranet, inc.
NAMP,
Customer Care
and Billing
Corporate
Customer
Umbrella Management
System (UMS)
Router/Firewall
Data
network
(Internet
)
Local
Area
Networ
Mobile ISPk
Router/Firewal
l
Operation & Maintenance
SubSystem (OSS)
BSC
BTS
Um
PSTN
Network
NodeB
RNC
Iu
Umbrella Management
System (UMS)
HLR/AuC
EIR/SMSC
MSC/VLR
Operation & Maintenance
1G
Mobilność
2G
Cyfrowy
Głos
3G
Serving GPRS
Support Node
(SGSN)
Border
Gateway (BG)
Wideo Połączenia,
Transmisja Danych –
Mobilny Internet
Inter-PLMN
network
Iu
GPRS
backbone
network
(IP based)
Lawful Interception
Gateway (LIG)
GPRS
INFRASTRUCTURE
SS7
Network
Charging
Gateway (CG)
Gateway GPRS
Support Node
(GGSN)/ CheckPoint
Firewall-1 / VPN
SubSystem (OSS)
Operator
Corporate
Intranet, inc.
NAMP,
Customer
Customer Router/Firewall
Care and
Billing
Data
network
(Internet)
Mobile ISP
Router/Firewall
MSC Server
A
GSM
RNC
BICC CS-2, SIP-T
H.248
A
PSTN/ISDN
GCS/
Gateway
MSC Server
SGSN
Control Plane
MGW
IP/ATM
Backbone
WCDMA
Cyfrowy
Głos
H.248
MGW
Iu-CS
2G
Network Operator
Application Plane
HLR
BSC
Mobilność
3G
APSE
IN/SCE
1G
Other PLMN
User Plane
GGSN
External
IP networks
Wideo Połączenia,
Transmisja Danych –
Mobilny Internet
Sieć Dostępowa RAN
Użytkownicy
2G
BSC
BTS
Sieć Rdzeniowa CS
A
Sieć Rdzeniowa EPC
Evolved Packet Core
Abis
S16
Gb
SGSN
Gxc
GGSN
Rx+
Gi
Iu cs
3G
RNC
NodeB
eNodeB
Gx
PGW
Iu ps
S6d (Gr)
S3
SGi
S4
S5
S12
Iur
PCRF
S6b
Internet /
Usługi
Korporacyjne
S1-U
LTE
S1-MME
S11
X2
S1-U
S1-MME
eNodeB
SGW
MME
AAA
S6a
SWx
HSS
S10
Control plane
User plane
Ruch Użytkownika
Internet
INTERNET,
SIECI STAŁE I KOMÓRKOWE
Ruch Sygnalizacyjny
PSTN/ISDN
Zapora sieciowa
SIEĆ SZKIELETOWA
(CORE NETWORK)
Internet
IMS
MGW
SGSN
MSC/VLR
MSC/VLR
SGSN/MME
SGSN/MME
MGW
UGW
GGSN/
SGW/
PGW
HLR/
HSS
EIR
NodeB
RNC
NodeB
NodeB
RNC
e-NodeB
NodeB
NodeB
e-NodeB
NodeB
RNC
RNC
NodeB
NodeB
NodeB
e-NodeB
NodeB
UŹYTKOWNICY
NodeB
SIEĆ RADIOWA
(RADIO ACCESS NETWORK)
UGW
GGSN/
SGW/
PGW
GGSN
…5G będzie podobnie, ale o tym później
LTE 1800/2600
UMTS 2100/LTE2100
•
Refarming
•
Reshufling
LTE 900
UMTS 900
GSM 900
… a więc „zasięg” to rodzaj usługi i warunki dostępu do sieci radiowej.
LTE 1800/2600
UMTS 2100
LTE 900
UMTS 900
GSM 900
SDR
16
IP/MPLS
…EFEKTYWNOŚĆ
SDN „on the top of”
IP/MPLS
IP transport
szkieletowy
CUDB
EIR
CG
PCRF
HSS-S
ENIQ
CUDB
HLR-S
HLR-S
HLR-S
HSS-S
DNS
SGSNMME
STP
NP
STP
NP
STP
NP
PCRF
CG
SGSNMME
EPG-S
EPG-S
MSC-S
Wirtualizacja –
(NFV)
POI
POI
POI
POI
LI
EIR
DNS
STP
NP
OSS
MGw
MGw
MGw
MGw
MSC-S
MGw
MSC-S
MGw
MGw
IP transport dostępowy
A/Gb/Iu/S1
MGw
MGw
POI
POI
POI
POI
Definicja
Zespół środków technicznych i zjawisk
fizycznych umożliwiających przesyłanie
sygnałów telekomunikacyjnych drogą
radiową
lub
Zestaw urządzeń, połączonych poprzez
medium zapewniające propagację fal
radiowych, umożliwiających dwustronną
komunikację.
Usługi definicje, lokalizacja itp
Dostęp do sieci, mobilność
Charakterystyka
Zmienne w czasie i przestrzeni, zajmujące określone
pasmo częstotliwościowe (FDD/TDD), pracujące w
trybie linii widoku lub bez linii widoku …
Tłumienie – T; Odbicie – O; Ugięcie – U;
Rozpraszanie - R
U
T
O
T
R
U
Zatem pytanie - jaka jest maksymalna odległość od
Stacji Bazowej zapewniająca poprawne działanie usługi?
Jaki jest zasięg?
< Budżet Mocy Łącza Radiowego>
RxQUAL
BER
RXQUAL_0
< 0,1 %
RXQUAL_1 0,26% to 0,30%
RXQUAL_2 0,51% to 0,64%
RXQUAL_3 1,0% to 1,3%
RXQUAL_4 1,9% to 2,7%
RXQUAL_5 3,8% to 5,4%
RXQUAL_6 7,6% to 11,0%
RXQUAL_7
> 15,0%
Zaniki wolno i szybko zmienne
Pn [W; dBm]
Gn [dB]
Interferencje
Jakość rozmowy (FER,
RXQual)
Tłumienie Toru
Antenowego [dB]
Tłumienie (propagacja sygnału)
Łącze radiowe – „obszar użytkowy
Tłumienie budynku
stacji bazowej” (Głos – GSM)
Tłumienie, Odbicie, Ugięcie, Wielodrogowość
Interferencje wspólno i
sąsiednio kanałowe
Tłumienie ciała
Po [W; dBm]
Go [dB]
Czułość [dBm]
… analogiczna sytuacja w łączu w górę (UL) - do stacji
bazowej
… zatem, budżet łącza= maksymalne dopuszczalne tłumienie między nadajnikiem i odbiornikiem
pozwalające na dostarczenie usługi
Link Budget GSM
Link Budget UMTS
Variable
Tx power
Tx power
Tx antenna gain
Tx cable/body loss
Tx EIRP
Rx antenna gain
Rx cable/body loss
Rx noise figure
number of RBs
bandwidth
Rx thermal noise (KTB)
Rx noise floor
Data rate
required SNR
Rx sensitivity
(Rx sensitivity per RB)
interference margin
ctrl channel overhead
fast fade margin
SHO gain
M ax pathloss
Cell edge coverage probability
Signal standard deviation
Lognormal fade margin
Indoor penetration margin
morphology correction factor
fading+indoor margin
M ax pathloss - fading margins
Entity
dBm
W
dBi
dB
dBm
dBi
dB
dB
#
MHz
dBm
dBm
kbps
dB
dBm
dBm
dB
%
dB
dB
dB
DL
42,5
17,8
15,0
2,0
55,5
0,0
6,0
0,27
-119,7
12,2
UL
33,0
2,0
0,0
6,0
27,0
15,0
2,0
0,27
-119,7
12,2
Variable
-104,0
0,0
0%
0
0
153,5
-114,0
0,0
0%
0
0
154,0
Tx antenna gain
Tx cable/body loss
Tx EIRP
Rx antenna gain
Rx cable/body loss
Rx noise figure
number of RBs
bandwidth
Rx thermal noise (KTB)
Rx noise floor
Data rate
required SNR
Rx sensitivity
(Rx sensitivity per RB)
interference margin
ctrl channel overhead
fast fade margin
SHO gain
M ax pathloss
%
dB
dB
dB
dB
dB
dB
95%
7
11,5
0,0
0,0
11,5
142,0
95%
7
11,5
0,0
0,0
11,5
142,5
Cell edge coverage probability
Signal standard deviation
Lognormal fade margin
Indoor penetration margin
morphology correction factor
fading+indoor margin
M ax pathloss - fading margins
Tx power
Tx power
Entity
dBm
W
dBi
dB
dBm
dBi
dB
dB
#
MHz
dBm
dBm
kbps
dB
dBm
dBm
dB
%
dB
dB
dB
DL
27,0
0,5
18,0
3,5
41,5
0,0
2,0
8,0
3,84
-108,2
-100,2
12,2
-18,48
-118,6
3,0
0%
0
2
157,1
UL
21,0
0,1
0,0
2,0
19,0
18,0
3,5
4,0
3,84
-108,2
-104,2
12,2
-19,98
-124,1
1,8
0%
0
2
157,3
%
dB
dB
dB
dB
dB
dB
95%
7
11,5
0,0
0,0
11,5
145,6
95%
7
11,5
0,0
0,0
11,5
145,8
Po określeniu budżetu łącza, możliwe jest punktowe modelowanie zasięgu lub tworzenie map pokrycia będących
szacowanie zasięgu w warunkach rzeczywistych
Variable
Cell edge coverage probability
Signal standard deviation
Lognormal fade margin
Indoor penetration margin
morphology correction factor
fading+indoor margin
M ax pathloss - fading margins
Base station height
receiver height
frequency
A
Entity
%
dB
dB
dB
dB
dB
dB
m
m
MHz
morphology type {urban,suburban,rural}
morphology correction
slope
offset
Cell Range
DL
95%
7
11,5
15,0
0,0
26,5
127,0
50
4
900
6,390
suburban
dB
km
-11,9
26,16
69,55
4,47
Twierdzenie o kodowaniu kanału (1948)
gdzie; C- Przepustowość kanału [b/s], W- pasmo [Hz], S – moc
sygnału użytecznego [mW], N – moc szumu [mW]
Dla 10MHz - 40Mb/s
Dla 10MHz - 20Mb/s
Claude Elwood Shannon (ur. 30 kwietnia 1916, zm. 24 lutego 2001) – amerykański matematyk i inżynier, profesor
Massachusetts Institute of Technology (MIT). Jeden z twórców teorii informacji. Jako jeden z pierwszych pojął ważność
kodu binarnego i już jako młody człowiek twierdził, że ciągami zer i jedynek da się opisać tekst, obraz i dźwięk. (źródło:
Wikipedia)
< Budżet Mocy Łącza Radiowego>
Zaniki wolno i szybko
zmienne
Pn [W;
dBm]
Gn
[dB]
Interferencje
Tłumienie (propagacja sygnału)
Tłumienie, Odbicie, Ugięcie,
Wielodrogowość
Determinuje
przepustowość
Tłumienie budynku
Tłumienie ciała
Go [dB]
Po [W;
dBm]
… analogiczna sytuacja w „łączu w górę” (UL) - do stacji bazowej
(jednakże kontrola mocy…)
SINR
RxQUAL
BER
RXQUAL_0
< 0,1 %
RXQUAL_1 0,26% to 0,30%
RXQUAL_2 0,51% to 0,64%
RXQUAL_3 1,0% to 1,3%
RXQUAL_4 1,9% to 2,7%
RXQUAL_5 3,8% to 5,4%
RXQUAL_6 7,6% to 11,0%
RXQUAL_7
> 15,0%
Zaniki wolno i szybko zmienne
Gn
[dB]
Pn [W;
dBm]
Interferencje
zmiana wartości
Tłumienie
(propagacja
sygnału)
Tłumienie budynku
Tłumienie, Odbicie, Ugięcie, Wielodrogowość
Go [dB]
Tłumienie ciała
Zmiana SINR (+/-)
SINR
na „+” w
zdefiniowa
nej
komórce
Po [W;
dBm]
na „-”poza
zdefiniowaną
komórką
Zmiana jakości usługi w szczególności przepustowości łącza do użytkownika (oczekiwana usługa)
7
MCS-1 [QPSK,R=1/8]
MCS-2 [QPSK,R=1/5]
Throughput, bits per second per Hz
6
MCS-3 [QPSK,R=1/4]
MCS-4 [QPSK,R=1/3]
5
MCS-5 [QPSK,R=1/2]
MCS-6 [QPSK,R=2/3]
MCS-7 [QPSK,R=4/5]
4
MCS-8 [16 QAM,R=1/2]
MCS-9 [16 QAM,R=2/3]
3
MCS-10 [16 QAM,R=4/5]
MCS-11 [64 QAM,R=2/3]
MCS-12 [64 QAM,R=3/4]
2
MCS-13 [64 QAM,R=4/5]
Shannon
1
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
SNR, dB
8
10
12
14
16
18
20
Nie zmieniamy mocy,
ale „adaptujemy”
pracę łącza
radiowego (lepsze
MCS) i zmniejszamy
czas transmisji
LTE 1800/2600
UMTS 2100 – L2100
LTE 800/900
UMTS 900
GSM 1800
GSM 900
Interferencje !!!
Warstwa Pokryciowa
Warstwa Pokryciowa i
Pojemnościowa
Stacje Makro 25-30 m
Stacje Makro 25-30 m i Mikro 8-12m
Berno
Berno
1. Sieci komórkowe są zbudowane w oparciu o określoną architekturę. Każdy obszar pełni
określone funkcje:
a. sieć radiowa – zapewnienie niezawodnego łącza, przydział zasobów
b. sieć rdzeniowa – komutacja/przełączanie/kierowanie ruchu zależnie od usług
posiadanych przez abonenta
c. sieć transportowa – niezawodna optymalna transmisja pomiędzy elementami
funkcjonalnymi
2. Łącze radiowe musi być zrównoważone jeżeli komunikacja jest dwustronna (jak dialog
dwóch osób), dodatkowo nadając tworzymy interferencje, zatem większa moc nie jest
rozwiązaniem
3. Propagacja jest zależna od częstotliwości
4. Przepływność w kanale transmisyjnym jest proporcjonalna do szerokości pasma i skali
interferencji
5. Interferencje powodują że konieczną pojemność powinno się zapewniać bezpośrednio w
miejscach generowania ruchu.
Qualcomm
Źródło: Qalcomm
Źródło: Ericsson
Mobilny
Dużo
Człowiek
Maszyna
Stacjonarny
Niezawodnie bez Opóźnień
… sieć 5G powinna
być platformą na
której będzie możliwa
implementacja
dowolnych przyszłych
aplikacji
bezprzewodowych, a
może i przewodowych
Mobilny
Człowiek
Stacjonarny
5G
4G LTE
Dużo
Maszyna
Niezawodnie
bez Opóźnień
Źródło: Ericsson, ITU-R, NGMN, 3GPP TS38.913)
Performance Measure
Peak data rate
Peak spectral efficiency
Spectrum Scalability
Bandwidth
Bandwidth Scalability
Control plane latency
FWA MTC
eMBB (IoT)
DL: [20 Gbps] UL: [10 Gbps]
T
DL: [30 bps/Hz] UL: [15
T
bps/Hz]
Yes
T
Reference to IMT-2020
T
Yes
[10 ms]
T
T
Requirement
UP latency URLLC, one-way
[0,5 ms]
UP latency eMBB, one way
Latency for infrequent small
packets
Mobility interruption time
(intra-syst.)
Mobility
[4 ms]
Inter-system mobility
Reliability
T
T
UE energy efficiency
Cell/Tx Point/TRP sp. Eff.
Area traffic capacity
TRP spectral efficiency
User experienced data rate
User sp. eff. at 5% percentile
NW energy efficiency
[0 ms]
eMBB Extreme coverage
T
Yes
[1-10-5] in [1ms]
Ue Battery life
Connection
10s / 20byte packet
Up to 500km/h
Performance Measure
T
IoT Coverage
Support of wide range of
services
Requirement
10-15 years
FWA MTC
eMBB (IoT)
T
Inspection (Qualitative)
3xIMT-A requirement
10Mbps/m2 [ITU]
[3x IMT-A requirement]
100/50 Mbps DL/UL [ITU]
[3x cell edge IMT-A
requirement]
[1,000,000 devices/Km2]
Qualitative & Quantitative
KPI
140/143 dB loss MaxCL (2/1
(DL))
MCL [164 dB] for [160bps]
Yes
T
T
T
T
Ameryka Północna (USA)
• Presja na FWA jako alternatywa dla
FO
• Presja na 3GPP eMBB z
dołączeniem „Media content”
• Wczesny Rollout – ograniczone
pokrycie terminale stacjonarne
Azja
•
Europe
•
•
Skupienie na nowych
zastosowaniach systemu
komórkowego, presja na nowe
strumienie przychodów.
Standard systemu o dużej
elastyczności, szerokie
spektrum aplikacji
•
•
•
Skupienie na technologii
Czynniki zewnętrzne określały
plany (Olimpiady Korea, Japonia)
CN uwolnienie 3.5GHz na trial
(setki stacji per miasto 2019 –
sieć testowa 1500 stacji)
JP 4.5 & 28GHz
Źródło: Ericsson, własne
Verizon:
https://www.fiercewireless.com/wireless/editor-s-corner-1-gbps-speeds-verizon-s-5g-residential-fixed-wireless-broadband-service (25/01/2018)
żadne „autonomiczne samochody i wertykale”. Po prostu realizacja usługi FIOS ( https://www.verizon.com/?lid=//global//residential ) także bezprzewodowo 1Gb/s
bo jest to w 5G możliwe a i cena na to pozwala. W tym działaniu operatora pojawia się też aspekt pokazujący że nawet na rynku USA, Verizon nie może zrealizować
wszystkiego po światłowodzie i stąd szuka konwergencji z technologiami bezprzewodowymi dającymi usługi „fiber like”. Oczywiście używanie „fiberless” gdzie
mowa o „fiber” powoduje dyskusje i problemy natury formalnej https://www.lightreading.com/gigabit/ultra-broadband/verizon-hails-boston-fios-launch-buteyes-5g/d/d-id/728821 (12/07/2016)
Presja na 5G, stworzona przez Verizon, a przez to podgrzewanie świata do wyścigu 5G (w komunikatach EU używany jest nawet termin „5G race” np. „Keeping
Europe ahead in the 5G race: key areas for action”) jak widać może wynikać z problemów z realizacją obietnic związanych z dostępem światłowodowym ("have fiber
up and down each street and avenue in the entire city,").
https://www.lightreading.com/gigabit/fttx/nyc-charges-verizon-with-fios-fraud/d/d-id/731125 (14/03/2017)
https://www.huffingtonpost.com/bruce-kushnick/verizons-boston-fios-fibe_b_13528372.html?guccounter=2 (2016/2017)
…ale i eMBB dla smartfonów https://www.theverge.com/2019/3/13/18263593/verizon-5g-service-price-location-launch-date (11/04/2019)
AT&T:
Aktualnie znów tradycyjna potrzeba usługi dostępowej eMBB (video 4K, gaming, rozszerzona rzeczywistość) „Premium content requires premium quality”
http://about.att.com/innovationblog/two_years_of_5g_tria
https://www.cnet.com/news/5g-att-how-fast-us-speeds/
Oczywiście zasięg nie jest zbyt duży (150 – 275 m) „Speed tests so far sound promising: Waco's 5G speeds were 1.2Gbps from 500 feet (150 meters) over a
400MHz channel, with 9-12 millisecond latency. That was with "hundreds of simultaneous connected users," according to AT&T. Kalamazoo had 1Gbps speeds at
900 feet (275 meters) in "line of sight" conditions, and no negative impact from rain or snow. AT&T notes that the signals can penetrate "significant foliage, glass
and even walls" better than expected, but it's unclear what that specifically means.” więc widzimy o jakiej skali inwestycyjnej mowa i jakie będą zastosowania.
… 12 miast ale jeszcze nie ma usługi komercyjnej https://www.theverge.com/2018/12/18/18146246/att-5g-us-launch-hotspot-service-plan-price (04/2019)
T-Mobile:
Łączy się ze Sprintem aby stworzyć efekt skali i zamierza zainwestować 40mld $ w 5G w USA, bo stopa zwrotu lepsza niż w Europie.
Ta zapowiedź wielkich inwestycji związana jest z obietnicą budowy sieci w całych stanach, bo T-mobile i Sprint mają zasoby widmowe nie tylko w paśmie
milimetrowym ale i 600MHz.
https://www.t-mobile.com/news/mwc-2018-5g https://www.ericsson.com/en/press-releases/2018/2/ericsson-and-t-mobile-to-deploy-multi-bandnationwide-5g-network https://www.techradar.com/news/why-t-mobile-and-sprint-merger-would-give-the-us-a-5g-lead
… ta sama cena co 4G https://www.theverge.com/2019/2/27/18242950/t-mobile-sprint-merger-5g-plans-same-price-three-years (04/2019)
Zatem USA 5G to odciążenie sieci 4G, budowa sieci pod usługi oparte od ultra szeroki dostęp (eMBB). Brak neutralności pozwala na różnicowanie
jakościowe. Ceny (np. FIOS – 80USD miesięcznie) pozwalają na duże inwestycje. Nic nie słychać o przemyśle 4.0.
Dwa rożne przykłady zastosowania:
• Implementacja Technologii - Olimpiada. Konieczna
Mobilność
• Fixed Wireless Access (FWA) – Brak konieczności realizacji
Implementacji Mobilności
…bo potrzeba dla usługi FIOS w
ramach FWA
Parametr
Downlink (DL)
Uplink (UL)
Subframe length
Subcarrier spacing
Sampling rate
Bandwidth
NFFT
OFDM symbol duration, no CP
Frame length
#Subframes (#slots)
CP type
Multiplexing
Max RBs
DL/UL data coding
LTE (Rel.8-14)
OFDM
DFT-s-OFDM (SC-FDMA)
1 ms
15 kHz
30.72 MHz
20 MHz
2048
66.67 µs
10 ms
10 (20)
Normal & extended
FDD / TDD
6, 15, 25, 50, 75, 100
Turbo code
Verizon pre5G
OFDM
OFDM
0.2 ms
75 kHz
153.6 MHz
100 MHz
2048
13.33 µs
10 ms
50 (100)
Normal only
Dynamic TDD
100
LDPC code
Podobnie jak USA – szybki dostęp pozwalający na tworzenie usług, które wymagają wielkich przepływności.
https://hbr.org/product/korea-telecom-building-a-gigatopia/617014-PDF-ENG (6/04/2017) - „Korea Telecom has committed $4billion in investments and R&D to
build a GiGAtopia, essentially ushering in the next generation of mobile (5G) and wired infrastructure. CEO Dr. Hwang and his team are
considering which areas to prioritize in terms of new products and services in development. The top five sectors identified by KT's team include
Internet of Things (including connected cars and smart city/homes), media, health, energy, and security and surveillance. Which might provide
some quick wins both in terms of revenues and market lead. Should KT develop solutions that could be exported to other countries? Should KT go
all in across all five sectors, or select one or two to prioritize?”
https://www.unglobalcompact.org/system/attachments/cop_2015/175461/original/Eng_kt_Integrated_Report_2015_1.pdf?1436940061
- „Creating Value beyond Connectivity, GiGAtopia”
Przykłady z testów w czasie Olimpiady PyeongChang:
https://money.cnn.com/2018/02/19/technology/pyeongchang-winter-olympics-5g-intel/index.html
(19/02/2018) – entertainment!
( (29/03/2018)
– „4K streaming video service via a 5G network”, „5G VR/MR Broadcasting Enables Immersive Media Service at Olympic Games”,
Dodatkowo „Sync view, 360º VR live broadcasting, omni-point view, interactive time slice, 5G connected bus”
https://www.counterpointresearch.com/5g-applications-showcased-pyeongchang-winter-olympics/
– preStandard 28 GHz 5G network, 3,800 terabytów danych przez 2 tygodnie, w szczycie 3,5 Gb/s na tablecie. Znów eMBB
Generalnie MBB do odciążania sieci bo zarabia się na usługach (np. China Mobile)
dostarczając treść, lub operatorzy są partnerem biznesowym dla dostarczających treść oraz na potrzeby nowych usług.
… ale https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-09-04/china-is-said-to-explore-megamerger-of-mobile-phone-carriers
https://www.mobileworldlive.com/featured-content/home-banner/china-considers-mega-merger-to-boost5g/?ID=00Qw0000015vM50EAE&utm_source=sfmc&utm_medium=email&utm_campaign=MWL_20180904&utm_content=https%3a%2f%2fwww.mobileworldlive.com%2ffeaturedcontent%2fhome-banner%2fchina-considers-mega-merger-to-boost-5g%2f
IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020
and beyond (https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2083-0-201509I!!PDF-E.pdf )
KOMUNIKAT KOMISJI DO PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO, RADY, EUROPEJSKIEGO KOMITETU EKONOMICZNO-SPOŁECZNEGO I KOMITETU REGIONÓW
• Łączność dla konkurencyjnego jednolitego rynku cyfrowego: w kierunku europejskiego społeczeństwa gigabitowego
- „… zapewnienia na wszystkich obszarach miejskich oraz na wszystkich głównych szlakach komunikacyjnych zasięgu sieci 5G, aby w ten sposób wspierać
konkurencyjność Europy..”
• Sieć 5G dla Europy: plan działania – „Terminowe uruchomienie sieci mobilnej piątej generacji 5G: strategiczna szansa dla Europy”, „Zapewnienie Europie czołowej
pozycji w wyścigu 5G: najważniejsze obszary działania”, „Wykorzystanie potencjału technologii stacjonarnych i bezprzewodowych: bardzo gęsta sieć punktów
dostępowych sieci 5G”,
…Zatem droga do 5G oraz cele dotyczące wydajności połączeń w Europie w 2025 r. opisane w komunikacie Łączność dla konkurencyjnego jednolitego rynku cyfrowego: w kierunku
europejskiego społeczeństwa gigabitowego będą uzależnione od bardziej ogólnych działań w zakresie rozmieszczenia sieci o dużej zdolności przesyłowej na całym kontynencie. Im
wcześniej bazowe sieci szerokopasmowe zostaną uruchomione, tym szybciej sieć 5G będzie dostępna na szeroką skalę. Zapewnienie niezbędnego poziomu nakładów inwestycyjnych
może nastąpić wyłącznie dzięki ścisłej współpracy pomiędzy państwami członkowskimi, instytucjami finansowymi i Europejskim Bankiem Inwestycyjnym (EBI), mającej na celu pozyskanie
wsparcia prywatnego i publicznego, a w szczególności złagodzenie ryzyka przepaści cyfrowej. Podmioty publiczne i prywatne, a także dostawcy i użytkownicy połączeń, będą musieli
stworzyć w tym celu wspólne harmonogramy wdrożeniowe.”
https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/european-5g-observatory
http://5gobservatory.eu/
https://www.swisscom.ch/en/about/company/portrait/network/5g.html
http://5gobservatory.eu/ee-launches-commercial-5g-services-in-uk/
1.
2.
Nowe Protokoły i
Funkcjonalności Sieci
„New radio”
… ale może NB-IoT (LTE
Advanced Rel.14)?
1.
2.
3.
4.
5.
Nowe zakresy częstotliwości
Nowe stacje (Makro, Mikro)
Beam Forming
mMiMO, MultiSite
coordination itd.
„New Radio”
T=S/c
1.
2.
3.
Nowa Architektura Sieci
Usługi przeniesione na
brzeg sieci
„New Radio”
1.
2.
3.
4.
5.
Nowe zakresy częstotliwości
Nowe stacje (Makro, Mikro)
Beam Forming
mMiMO, MultiSite coordination
itd.
„New Radio”
Pasmo Niskie
Pasmo Średnie
1GHz
600/700 MHz
900 MHz
3 GHz
2.6 GHz !
4 GHz
3.1-4.2 GHz
High Band
5 GHz
4.4-4.99 GHz
20 GHz
30 GHz
26/28 GHz
100 GHz
38/42 GHz
Legenda
<-- 2018-2019
<-- ok 2020
<-- po 2020
Źródło: własne i Ericsson
Ch-ka Pozioma
Co z UL?
* Rammstein – Mein Land (Till Lindemann)
Ch-ka Pionowa
! Niższe pasmo 700/1800
CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=11624144
Wzrost Pojemności
Multi User
Beam Forming
Testy 2017-7-12.
•
•
16 jednoczesnych użytkowników
z przepływnością ok 40Mb/s.
Przepływność z komórki 667Mbps
przy konfiguracji jednej nośnej.
T=S/c
1. Nowa Architektura Sieci
2. Usługi przeniesione na
brzeg sieci
3. „New Radio”
…sterowanie i kontrola przeniesiona na brzeg sieci
Źródło: Ericsson
Massive
MTC (IoT)
5G
Extreme
MBB
Critical
MTC
Backhaul
RAT
RFT
RAT BBT
SDM
UPT
CPT
OSS
Backhaul
RAT
RFT
PCF
OSS
Backhaul
SDM
UPT
CPT
CPT
RAT BBT
SDM
SDM
CPT
UPT
RAT BBT
RAT
RFT
PCF
OSS
PCFT
Architektura Adaptacyjna dostosowana do obszaru usługowego
Źródło: Internet
1. Nowe Protokoły i
Funkcjonalności
Sieci
2. „New radio”
…ale może NB-IoT
(LTE Advanced Rel.14)?
4G LTE
enodeB
E-UTRA
RRC_CONNECTED
5G New Radio
gnodeB
Handover
NR
RRC_CONNECTED
FFS/Connection
inactivation
NR
RRC_INACTIVE
Connection
Reselection
establishment/release
Connection
establishment/release
FFS
E-UTRA
RRC_IDLE
Reselection
NR
RRC_IDLE
Rys . 1. Mobi l ność Intra oraz Inter RAT 4G i 5G (Źródło: TS 38.331 – NR Ra dio Resource Control (RRC) Protocol Specification)
AMF - Access and
Mobility Management
Function
gNB
AMF
Inter Cell RRM
SMF - Session
Management Function
SMF
NAS Security
UE IP address
allocation
RB Control
Connection Mobility Cont.
Idle State Mobility
Handling
PDU Session
Control
Radio Admission Control
UPF
Measurement
Configuration & Provision
Mobility Anchoring
Dynamic Resource
Allocation (Scheduler)
PDU Handling
UPF - Userplane
Functions
internet
NG-RAN
5GC
TS 38.300: Architektura Poglądowa
TS 38.300: Podział Funkcjonalny pomiędzy NG-RAN and 5GC
System
LTE
LTE-Advanced
LTE-Advanced Pro
3GPP
Release
Rel.8
Rel. 10
Rel. 13
"5G" - "IMT-2020" Rel. 15/16
"ITU-R WP5D"
Kategoria
Terminala
Pasmo
Agregacja
Maksymalna
Przepływność
CAT-3
20 MHz
(1x20MHz)
100 Mbits DL i
50 Mbits UL
100 MHz
CAT-6 - CAT-8
(5x20 MHz)
300M-3Gbps
DL i 50M1,5Gbps UL
Szacowane
Opóźnienie
Cechy Techniczne Systemu
ok. 50 - 70 ms
Wyższe przepustowości na interfejsie radiowym
niż UMTS Rel 99 i HSPA, wyższa efektywność
widmowa - aż do 16bps/Hz (MIMO), komutacja
pakietów, skalowalność pasma (1,3/5/10/20 MHz)
ok 10 - 20 ms
Agregacja Nośnych, efektywność widmowa do 30
bps/Hz (MIMO), zwiększona liczba jednoczesnych
użytkowników, funkcjonalności zwiększajace
efektywność pracy systemu na brzegu komórki
CAT-15
640 MHz
(32x20 MHz)
>3 Gbps DL i
1,5 GBps UL
ok. 2 - 10 ms
?
t.b.d.
10 Gbps DL
poniżej 1 ms
Funkconalności PPDR np. proximity servicess ,
small cell dual connectivity, rozszerzenie
agregacji nośnych (do 32), współpraca z WiFi
(LAA licensed assisted access - 5 GHz), 3D/FDMIMO, beam-forming, MTC (Machine-Type
Comm.) NB-IoT
"New Radio" całkowicie nowy interfejs radiowy,
wsparcie zakresów 24GHz ,25 GHz - 86 GHz. Proces
standaryzacji w toku (3GPP 38.xxx)
Dołączymy! Co widać w architekturze
Joint RAN/SA Meeting, Busan, S. Korea, June 2016
W ramach dyskusji o 5G rozważano dwie technologie radiowe : LTE – Rel.15 SA2- „eLTE”; Next Generation Radio - „NR”
Dodatkowo należy dodać: EPC (LTE) z ewentualna ewolucją oraz Next Generation Core – „NGCN”
„Non Standalone” i „Standalone” gNodeB
Źródło: RP-161266, "5G Architecture Options- Full Set". Joint RAN/SA Meeting, Busan, S. Korea, June 2016.
• Technika Dual Connectivity (DC) znana
z LTE Rel. 12 (tu nazywana EN-DC)
• Użyta istniejąca sieć rdzeniowa (brak
zmian funkcjonalnych „jedynie” zmiana
oprogramowania)
Zatem tylko eMBB, brak warstwowania
(slicing)
Pozwala na wzrost pojemności w hot
spotach.
Żadnych autonomicznych samochodów i
przemysłu 4.0.
Master eNodeB
- anchor
User plane
Control plane
Secondary
gNodeB
Master eNodeB
- anchor
User plane
Control plane
Secondary
gNodeB
• Całkowicie nowa
sieć rdzeniowa
Zaadresowane
wszystkie
potencjalne usługi z
IMT-2020
„Pełne 5G” z całym
pięknem
elastyczności w sieci
radiowej i rdzeniowej
1
3
2
EWOLUCJA 4G EPC do 5GC
źródło: ITU
4
Sieć rdzeniowa 5GC oparta o service – based architecture (request-reply and subscribenotify) źródło: Cisco
Technologie
Obszar
Warstwa
Fizyczna
Warstwa
Radiowa
Widmo
eMBB
Stacje Makro Stacja Mikro nowe pasma
Stacja Piko nowe pasma HF
nowe pasma LF
MF
LTE evolution
NB-loT
NR
Massive MIMO
Transport
Fronthaul
Backhaul
Resource differentiation
RAN transport interaction
Chmura
NFV
SDN
Virtual data center
PaaS
Aplikacje
Sieciowe
Cloud enabled
Scalability
Distributed deployment
Cloud native
Zarządzanie
Orchestration
Analytics
Automation
Security
5G
mMTC
URLLC
Nowa Architektura Warstwowa
Wirtualizacja Sieci Rdzeniowej i Radiowej (C-RAN)
Nowe Zasoby Częstotliwościowe – aukcje, przetargi
„New Radio” – nowy standard stacji bazowej (gNodeB)
Wysokie pasma – pikokomórki, zagęszczenie sieci
Wysokie pasma – beam forming (nowe wyzwania)
Światłowody do stacji (C-RAN, eMBB)
SDN w Transporcie
…
… duże koszty wejścia
Źródło: The European Commission supported study "Identification and quantification of key socio-economic data to support strategic
planning for the introduction of 5G in Europe" (SMART 2014/0008) forecasts the benefits, impacts and technical requirements for the
introduction of 5G in Europe.
Reports and studies 30/09/2016
5G deployment could bring millions of jobs and billions of euros benefits,
study finds
A study forecasting the socio-economic benefits of 5G, estimates that in 2025
benefits from the introduction of 5G capabilities could reach €113.1 billion per
year in four key sectors which will be the first users of 5G connectivity: automotive,
health, transport and energy. Investments of approximately €56.6 billion will be
likely to create 2.3 million jobs in Europe.
https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/5g-deployment-could-bring-millions-jobs-and-billions-euros-benefits-study-finds
DISCLAIMER
By the European Commission, Directorate-General of Communications Networks, Content & Technology.
The information and views set out in this publication are those of the author(s) and do not necessarily
reflect the official opinion of the Commission. The Commission does not guarantee the accuracy of the data
included in this study. Neither the Commission nor any person acting on the Commission’s behalf may be
held responsible for the use which may be made of the information contained therein.
Źródło: Dr. Kim K. Larsen, The Economics of 5G str. 9
Źródło: Ericsson – „Poland -The 5G Business Potential, Industry digitalization and the untapped opportunities for operators”
Stopa zwrotu z inwestycji branży Telco w Europie jest poniżej kosztu kapitału
Dr. Kim K. Larsen, The Economics of 5G, str. 17 (17/10/2016)
Rys. 2 Limity
Problemy limitów PEM (Pola elektro-magnetycznego)
Rys.1Schemat zjawiska
Rys.3 Porównanie dla mikrokomórek
Rys.4 Wpływ na obsługę ruchu oczekiwanego
Ministerstwo Cyfryzacji: https://www.gov.pl/cyfryzacja/rozwoj-technologii-telekomunikacyjnych-w-polscepod-znakiem-zapytania
ITU: Dokument informacyjny K. Suppl. 14 dokument informacyjny https://www.itu.int/itut/recommendations/rec.aspx?rec=13643 „The impact of RF-EMF exposure limits stricter than the ICNIRP or IEEE
guidelines on 4G and 5G mobile network deployment”
Gliwice - https://www.youtube.com/watch?v=RyAc5TnA2lI
Problemy limitów PEM (Pola elektro-magnetycznego)
* Christer Törnevik, Senior Expert, EMF and Health, Ericsson
Research, Stockholm
1. Technologia – interesujące wyzwanie inżynierskie, brak zagrożeń innych niż finansowanie
badań i rozwoju.
2. Koszty - znaczne środki do zainwestowania w obecnych warunkach ekonomicznych
3. Przychody – znaczne, ale alokacja nieznana (kto i dzięki komu zarobi – szczególnie w
Europie )
4. Wdrożenie/Rollout Sieci dostępowej – brak akceptacji społecznej, wartości PEM znacznie
niższe niż w większości krajów UE, problem z budową stacji z warstwy „street layer” (mikro,
piko - na ten problem zwraca też uwagę Verizon
https://www.verizon.com/about/news/models-and-misdirection-infrastructure-reformremains-crucial-5g
"The economics of the future is somewhat different. You see, money doesn't exist in the 24th
century.... The acquisition of wealth is no longer the driving force in our lives. We work to better
ourselves and the rest of Humanity." (Star Trek: First Contact)
…w przyszłości sprawa jasna. Dziś ktoś musi zapłacić za
budowę sieci i mieć z tego zyski.
