Система беспроводной и мобильной связи 5G

Слайды презентации д-ра Afif Osseiran, Ericsson, которую он показывал на ETSI Future Mobile Summit 21 ноября 2013 года.

К сожалению, у меня нет сопровождающего презентацию текста, поэтому вашему вниманию только картинки и мой частичный пересказ текста на них.


Консорциум METIS и его участники

Как вам известно, консорциум METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty twenty Information Society) занимается разработкой фундаментальных концепций 5G и определением дальнейших путей развития мобильной связи.

Среди участников разработки 5G можно наблюдать ведущих вендоров - Ericsson, Huawei, Alcatel-Lucent, Nokia Solutions and Networks, ведущих европейских операторов 3GPP - T-Mobile, Orange, Telefonica, а также японскую NTT DoCoMo. Автопроизводители в METIS представлены BMW, а наука - спектром европейских научно исследовательских организацией и университетов. Представителей России среди разработчиков METIS, насколько я знаю, нет.



Кто еще движет 5G

Развитием темы 5G занимается не только METIS. В ряде стран мира процесс изучения и разработки идет уже, что называется, полным ходом. Так, среди активностей в области 5G автор презентации отмечает:

- Формирование консорциума METIS в ноябре 2012 года.

- В Китае в феврале 2013 года создается "IMT-2020 (5G) Promotion Group" и принимается так называемая Program 863.

- В Южной Корее в июне 2013 года создается 5G Forum с амбициозными планами.

- В Японии в октябре 2013 года ARIB формирует новую рабочую группу под названием "2020 and Beyond AdHoc".


МСЭ и 5G

Тем временем в МСЭ (ITU-R) разработываются два документа, которые должны будут задать вектор развития темы 5G

1. IMT.VISION (срок разработки до июля 2015 года). Развернутое название документа - "Рабочий процесс и цели развития IMT до 2020 года и далее". Цель документа - определить рамки рабочего процесса и цели развития IMT для того, чтобы обеспечить возможность развития IMT.

2. IMT.FUTURE TECHNOLOGY TRENDS (срок разработки - до октября 2014 года). Документ должен давать представление о технологических аспектах IMT в период 2015-2020 годов и далее, чтобы обеспечить необходимой информацией о трендах в области технологического развития IMT.


Цели METIS 

- Заложить основы для 5G
- Провести глобальный форум 5G
- Выработать предварительный общий консенсус

График работ выглядит так:


Можно отметить, что сейчас идет процесс первичных исследований, который в 2015 году перейдет в процесс деятельности, предшествующей стандартизации, с 2017 года начнется непосредственно утверждение стандартов в области 5G, а в 2020 году - коммерческое внедрение сетей связи по стандартам 5G.


Какие задачи стоят перед METIS в технической области


Объем данных вырастет в 1000 раз по-сравнению с сетями 4G. 
Они должны быть рассчитаны на подключение в 10 или 100 раз большего числа устройств, т.е. порядка 50 или даже 500 млрд устройств. 
Скорости, доступные пользователю, должны будут вырасти в 10-100 раз, их пиковые значения могут достигать 10 Гбит/с.
Задержки в сети должны сократиться в 5 раз, т.е. время передачи сигнала от устройства к устройству не должно будет превышать нескольких миллисекунд. 
В ближайшие 10 лет время жизни мобильных устройств без подзарядки должно будет вырасти в 10 раз. 


Сети 5G должны предусматривать исполнение множества различных сценариев (версия METIS)




Подписи по часовой стрелке:
- поразительно быстро (поддержка информационного общества в плотно заселенных районах, офисы на базе систем виртуальной реальности)
- отличная услуга даже в условиях большой плотности пользователей
- лучший опыт пользования, независимо от местоположения
- супер "реальное время" и надежная подключенность
- интернет вещей на базе сетей 5G
- активное внедрение сенсоров и управляемых дистанционно устройств, обеспечение надежного (резервированного) покрытия для подключенных устройств M2M
- аварийная связь, телеуправление для энергетиков, управление эффективностью трафика и безопасностью движения на базе облачных вычислений, а для этого обеспечение надежного покрытия для движущихся объектов, сокращение задержек распространения сигналов, повышение надежности, разработка промышленных приложений.
- обеспечение подключенности в условиях массового скопления пользователей (стадионы, мероприятия на открытом воздухе, связь в торговых центрах)
- повышение скорости передачи данных, снижение задержек.

Рассмотрим отдельные сценарии немного подробнее.


5 проблем и пять сценариев

Быстрота. Сети 5G должны быть на удивление быстрыми. Для этого предстоит обеспечивать в них очень высокую скорость передачи данных.

Плотность пользователей. Сети 5G должны обеспечивать высококачественную услугу при высокой плотности пользователей.

Мобильность. Следует добиться того, чтобы услуга обеспечивала пользователю хорошее впечатление, независимо от того, где и при каких условиях он пытается воспользоваться технологиями 5G.

Низкие задержки. Необходимо обеспечить работу сетей в условиях "супер реального времени", что также требует очень надежной подключенности к сети.

Малое потребление, невысокая стоимость и множество устройств. Сети 5G должны обеспечивать фундамент для создания интернета вещей.


Сценарий "Поразительная быстрота"

Работа и развлечения без "тормозов" сети и устройств.
Качественный опыт пользования для конечного потребителя за счет предоставления ему очень высоких скоростей передачи данных.


Офисы на базе виртуальной реальности. Гигабитные скорости на уровне работы с приложениями.


Обеспечение требований к подключенности в концепции "городского информационного общества"
- высококачественное покрытие в условиях плотной и высотной застройки и высокой плотности населения
- большие и динамично перемещающиеся толпы пользователей




Сценарий "Супер реальное время и надежная подключенность"

- Низкие задержки при передаче информации между устройствами и надежная связь, позволяющая внедрять приложения M2M с критической важностью.
- Обеспечит возможность для промышленности внедрить новые технологии в их процессы

Примеры применения:

Область эффективности управления трафиком и безопасностью на дорогах.
- Более эффективное использование дорожной инфраструктуры
- Сокращение риска дорожных инцидентов


Область промышленного производства




Сценарий: Движение к интернету вещей

- Огромное число небольших, простых и недорогих устройств, которые будут подключены к сети
- Требования к длительной работе без подзарядки, к возможности масштабирования и адаптивности (недорогие - небольшие батареи, простые устройства).

Массовое внедрение сенсоров и исполнительных систем

- обслуживание множества устройств
- очень дешевые устройства с большим временем работы без подзарядки
- обеспечение масштабирования протоколов и покрытия

На картинке показаны черными точками на зеленом множество сенсоров ветра и датчиков огня, на пляже при этом обеспечивается возможность связи и обмена контентом для людей, а также поддерживаются сенсоры ветра и влажности.




Разработка компонентов технологии 5G

Массовое внедрение MIMO: CSI Error

Примеры:

Описание эксперимента: Симулирование сети связи со скоростью доступа 30 Гбит/с на базе использования диапазона частот 11 ГГц и канала 24х24 MIMO.

Схема передачи: 24х24 MIMO-OFDM
Ширина полосы: 400 МГц
Разнос между поднесущими: 195 кГц
Максимальная скорость: 35.3 Гбит/с (64QAM, 3/4)

Что именно исследовалось:
- проведен анализ работы MIMO высоких порядков в высокочастотном диапазоне
- изучено влияние ошибки CSI и ограничений "железа".


Для базовой станции использовалась 12-элементный массив приемных антенн с двойной поляризацией. Секторизованная антенна. 3дБ ширина луча, коэффициент усиления антенны: 12 dBi.
Антенное устройство было установлено на высоте 8 метров, разнесение антенн равно 2 длинам волн.

Транспортное средство с передающей антенной двигалось со скоростью 10 км/ч. Антенна находилась вне корпуса автомашины, на высоте 2 метра. Расстояние между элементами многоэлементной антенны составляло 1.6 длины волны. Использовалась омни-направленная антенна с коэффициентом усиления 4 dBi.

Эксперимент проводился в городе Ishigaki (Япония), совместно с Токийским институтом техники в рамках японского национального проекта.


Уход от аплинка и даунлинка 

Традиционно разработки аплинка и даунлинка ведутся независимо, как двух различных технологчиеских процессов
С точки зрения кодирования сигналов в беспроводных сетях связи, можно достичь оптимума за счет оптимизации двусторонней связи, вместо того, чтобы работать по-отдельности с UL и DL.


Будущее 5G


В METIS видят будущее 5G, как интеграцию различных технологий доступа с целью обеспечения единого безпроблемного опыта пользования ими.

5G это:
- массовое использование MIMO
- ультра-плотные сети
- движущиеся сети
- использование высоких частот
- связь D2D
- ультра-надежная связь
- массовые коммуникации M2M

Для этого современные технологии 3G, 4G и WiFi должны будут развиваться по трем генеральным направлениям:

Революция и/или Эволюция и/или Дополняющие новые технологии с тем, чтобы справиться со взрывным ростом трафика и появлением все новых приложений.


Полезные ссылки

1. Подборка публикаций по теме 5G на сайте проекта METIS https://www.metis2020.com/documents/publications/
2. Официальные документы рабочих групп METIS
https://www.metis2020.com/documents/deliverables/
3. Мои переводы отдельных документов по теме 5G и новостные публикации по данной теме
http://abloud.blogspot.ru/search/label/METIS
Подписывайтесь на мой Youtube-канал

и на мой Telegram-канал

MForum.ru: Новинки

MForum.ru - Бизнес

Сообщество 4G

Популярные сообщения