Technická Univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroniky a multimediálnych telekomunikácií

Transkript

1 Technická Univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroniky a multimediálnych telekomunikácií Moderné metódy prenosu v širokopásmových prístupových sieťach Študijný program: Multimediálne telekomunikácie Typ záverečnej práce: SP - Diplomová práca Meno vedúceho a konzultanta: Ing. Ľudmila Maceková Meno študenta: Bc. Marcel Struckel

2 Moderné metódy prenosu v širokopásmových prístupových sieťach 1. Prenosové metódy s využitím systému mnohých nosných 2. Diverzitné vysielanie a príjem (MIMO) 3. Digitálne modulácie - spracovanie vybraného problému pomocou simulácie v MATLAB-e, resp. v LabVIEW v kombinácii s hardvérovým komplexom NI PXIe 4. Vypracovanie kvalitnej výučbovej prezentácie s predpokladaným umiestnením v školskom dištančnom vzdelávacom systéme Moodle

3 Úlohy riešené v rámci ZP v zimnom semestri Vytvorenie vlastného simulačného programu na demonštráciu vplyvu nastavení sieťových parametrov na rýchlosť prenosu dát pre účel výučby 2. Simulácia LTE/LTE-Advanced v prostredí Matlab 3. Teoretický výskum v oblasti budúcich sietí piatej generácie 4. Vypracovanie kvalitnej výučbovej prezentácie s predpokladaným umiestnením v školskom dištančnom vzdelávacom systéme Moodle

4 LTE-Advanced Zoskupovanie Nosných Štandard LTE Advanced umožňuje maximalizovať šírku pásma až na 100 MHz Možnosť zoskupiť maximálne 5 nosných Frekvencie LTE: 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz

5 Vytvorenie GUI Zlučovanie nosných frekvencií

6 Vytvorenie GUI Zlučovanie nosných frekvencií

7 Vytvorenie GUI Generovanie modelu vlnenia

8 Vytvorenie GUI Priepustnosť modelového vysielacieho kanála

9 Cesta k 5. generácii HetNet Heterogeneous Network Kombinácia rôzne veľkých buniek (pikobunky, femtobunky vrámci hlavnej bunky) Malé bunky sú pridávané do miest s nadmerným vyťažením (Mestá,...) RN Relay Nodes malé vysielacie stanice na okrajoch bunky, na miestách so slabým pokrytím Fixed Relay Nodes fixné stanice (v budovách) Mobile Relay Nodes mobilné/prenosné stanice, napr. v prostriedkoch MHD Ultra Dense Networks (ultra husté siete) viacvrstvové siete pri ultra hustých sieťach nastáva problém s interferenciou TECHNIKA KOORDINOVANÉHO VYSIELANIA (CoMP - coordinated multipoint) C-RAN (Cloud Radio Access Network) cloudové siete Umožňujú efektívne využitie výpočtovej kapacity (load balancing) Sieťové funkcie sú vykonávané na komerčných serveroch Problém s bezpečnosťou

10 Rozdelenie funkcií v 5. generácii Rádiová komunikácia (Human to Human H2H) Hlasové, obrazové, dátove služby osobná komunikácia Zvyšovanie prenosovej rýchlosti, spektrálnej účinnosti, MIMO Nutnosť uvoľniť frekvencie zastaralých TV kanálov Monitorovanie (Machine to Machine M2M) Automatické monitorovanie komunikácia medzi strojmi / senzormi Internet of Things (IoT) internet vecí, napríklad systém Vehicle to Vehicle V2V Minimálna výkonová spotreba, nízke prenosové rýchlosti (1-10 b/s), obnov. Zdroje Diaľkové riadenie (Remote Control) Nejde o vysoké prenosové rýchlosti, ale nízku latenciu Latencia určená v RTTL (Round Trip Time Latency) čas za ktorý sa IP paket dostane na server a nazad. Momentálne v LTE-A <10ms, v sieťach 5G bude <1ms

11 Koncepcia a technológie 5G Nové modulácie a druhy viacnásobného prístupu OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex ortogonalita nosných dovoľuje čiastočné prekrytie ich spektra úspora šírky pásma. Nepriaznivá hodnota PAPR (Peak to Average Power Ratio) 5GNOW projekt špecifikujúci 4 potenciálne formáty FBMC (Filter-Bank based Multi-Carrier kváziortogonálny, bez cykl. Prefixu, filtrácia na úrovni subnosných vĺn BFDM (Biorthogonal Frequency Division Multiplex) veľmi dlhé symboly vhodný pre scenáre s náhodným prístupom UFMC (Universal Filtered Multi-Carrier) ortogonalita vo vnútri blokov, filtrácia cez celé frekvenčné pásmo GFDM (Generalized Frequency Division Multiplex) menší pomer PAPR, využitie banky filtrov v digitálnej podobe Využitie pásiem milimetrových vĺn Nové pásma (white space) MHz (uvoľnené TV kanály) Šírka pásma by mala dosahovať až 100GHz Rozvoj multianténnych systémov MAS, MU-MIMO BeamForming tvarovanie spektra, zvyšuje spektrálnu účinnosť Multi User MIMO Antény komunikujú sa viacerými užívateľskými terminálmi súčasne Technika MU-MIMO je v súčasnosti špecifikovaná v LTE-A a WiMAX m VL MIMO (Very Large/Massive MIMO) Základňové stanice obsahujú niekoľko stoviek dielčích antén a komunikujú s desiatkami UE (user equipment) Výrazné zvýšenie spektrálnej účinnosti, možnosť formovania veľmi úzkeho anténneho zväzku smerom k UE Mobilné zariadenia majú v súčasnosti 1-4 antény, pre 5G to bude 10 a viac. Zväzky sa už nebudú formovať ibav horizontálnej rovine, ale aj vo vertikálnej 3D BeamForming = zvýšenie spek. ef. Technika plného duplexu pre súčasné vysielanie a príjem Systém založený na technike potláčania vlastnej interferencie (SIC Self Interference Cancelation) Dvojnásobná kapacita prenosového systému BEZ NUTNOSTI ROZŠIROVANIA PÁSMA

12 Zoznam použitej literatúry [1] Technical Overview of 3GPP LTE, Hyung G. Myung [2] Raavi Trinath, LTE Advanced, online prezentácia, # &hideSpinner [3] Doc. Ing. Václav Žalud, Rádiové komunikační systémy 5G, Sdělovací Technika [4] LTE System Toolbox, MATLAB 2014a, Mathworks [5] 3GPP TS V8.0.0, 3rd Generation Partnership Project [6] ETSI TS V11.2.0, 3rd Generation Partnership Project

13 Zoznam úloh riešených v rámci ZP v letnom semestri Kompletizácia vlastného simulačného GUI v prostredí MATLAB 2. Spracovanie výskumu v oblasti budúcich sietí piatej generácie 3. Vypracovanie kvalitnej výučbovej prezentácie s predpokladaným umiestnením v školskom dištančnom vzdelávacom systéme Moodle 4. Textová podoba záverečnej práce

14 Koniec ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ