Principy a technologie sítí 5. generace
Výchozí podmínky a obecná očekávání ve vztahu k 5G - Kapacita sítě: účastník chce vnímat přístup ke službám a informacím jako neomezený a kdykoli dostupný - Přístup k libovolnému objemu dat kdykoli a kdekoli - 10 Gbit/s pro statické uživatele, 1 Gbit/s pro migranty, 100 Mbit/s jako minimum - 1000x větší počet účastníků M2M, IoT - Pokrytí kdykoli a kdekoli -> široká škála radiových přístupových technologií - Služby využívané člověkem: odezva do 1 ms pro všechny služby v cloudu - M2M: malá spotřeba, dlouhá životnost baterie (10 let), RF vyuřívaná sporadicky
Historie a vývoj mobilních sítí a služeb - Od telefonu s možností hlasového volání bez drátu ke Smartphonům - Datové terminály s volbou přístupu k datovým aplikacím
10 let = 1 generace Parametry sítě a služeb 2G, 2.5G, 3G
Předpokládaný vývoj 5G - Hledání nových zdrojů, zejména frekvenčních pásem pro přístupovou i transportní část - Konevrgence k jednomu standardu - potřeba vzájemné kompatibility, globálního roamingu a úspor nákladů - WRC World Radio Council - sekce ITU - Recyklace digitální dividendy nestačí, posun k vyšším frekvencím - Non LoS pojítka, massive MIMO, beam-forming
Optimalizace vrstvy sítě podle služby technické požadavky a výzvy - Podle kvality služby HD video - -> nárůst přenášeného objemu dat o 30% - 50% ročně, U-HDTV, 4k, 8k video - Optimalizace na zpoždění, přesnou časovou značku, robustnost a spolehlivost, nízké náklady a malá spotřeba terminálů IoT, M2M - -> extrémní nárůst počtu koncových zařízení s nízkým objemem dat (Internet of Things)
Objem dat a cena služby - Objem přenášených dat se u některých uživatelů zvyšuje 100x - Uživatel zcela jistě nechce platit 100x víc - Požadavek na růst přenosové kapacity sítě při zachování ceny - Separace User Plane a Control Plane: užitečná data nezatěžují jádro sítě, tudy jde pouze signalizace - Maximum služeb do cloudu - distribuované enodeb, snadná rekonfigurace - Pouze RRH v místě pokrytí
Komunikace mezi uživateli i mezi prvky sítě - Nové aplikace v rámci 5G: - Node-to-node self-backhauling - Any-to-any, D2D - communication - Inteligentní dopravní systémy, autonomní řízení, řízení konvoje, automatické hlášení nehod
Nová rozhraní a nové technologie RAN 5G - Nová modulační schemata - Flexibilní přepínání mezi UL a DL - Velmi nízká konstantní latence - Podpora mm frekvencí - 24 GHz až 82 GHz - Velká přenosová kapacita - Nízká spotřeba - Velká hustota terminálů -> HetNet namísto u/n/pcells (vícevrstevné heterogenní sítě)
Problematika vzájemného rušení, nové druhy modulací - Snížení vzdáleností mezi vysílačem a přijímačem, SINR je menší problém než vzájemné rušení - Ortogonální modulační schemata umožňují eliminaci vzájemného rušení, při velkém množství terminálů s malými datovými toky však převažuje signalizace a roste zpoždění - NOMA Non-Orthogonal Multiple Access, SCMA Sparse Code Multiple Access - Cognitive Radio, SDR Software Defined Radio, dynamicky mění využívaná frekvenční pásma
Virtualizovaná struktura nahrazuje tři pilíře sítí 4G - Jednotlivé prvky sítě jsou programově definovatelné v cloudu VNF (Virtual Network Function) - User Plane = spojení mezi dvěma terminály bez průchodu jádrem, velké množství malých buněk s odlišnou technologií než klasický celulární systém vyhrazený pro Control Plane. (oddělení UP / CP na úrovni technologie RAN) - Různé (překrývající se) buňky pro UL a DL - Masivní nárůst objemu signalizace s nároky na nízkou latenci
Nová frekvenční pásma - NLoS backhauling - mmw pásmo nabízí více prostoru ale je citlivější na překážky (vhodné pro krátká spojení v indoor prostředí nebo městských zástavbách) - Síťové (mesh) spojení jako náhrady LoS pojítek - SON sítě s vlastní optimalizací, elektronicky nastavitelný azimut a sklon antén
Nová modulační schemata s potlačením vzájemných interferencí - FBMC Filter Bank Multi Carrier, UF- OFDM Universal Filtered OFDM - SOMA Semo Orthogonal Multiple Acccess - Kombinace kódování ve frekvenční, časové i výkonové doméně
Mnohočetné MIMO - Beamforming - tvarované vyzařování, řízení fázové závislosti mezi jednotlivými elementárními anténami - Směr paprsků řízen elektronicky ovládanou fází u každého elementu MIMO
Implikace pro měřicí přístroje a aplikace - Přenosné testery s kapacitou 100G a více - Přenosné analyzátory stability frekvence a fáze s přesností řádu nanosekund - Testery s možností přesného měření zpoždění (RTD i OWD) - Přesné analyzátory spektra, modulační analyzátory - Analyzátory signalizace v RAN