Systém pozemní komunikace
páté generace: 5G
Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Katedra radioelektroniky FEL
ČVUT v Praze
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Vývoj evropských buňkových standardů
GSM (2G: 1990) → UMTS/HSPA (3G: 2000) → LTE/WiMAX (4G: 2010)
DL: 1894,4 kbit/s; UL: 947,2 kbit/s
(64QAM, MSRD, MCDL, MS typ 2
1990
1995
2000
2005
Vývoj systémů veřejné pozemní komunikace
Vývoj systémů veřejné pozemní komunikace
2G (1990)
TDMA
GSM, IS 54...
1G (1980)
FDMA
NMT, AMPS...
generace:
přístup:
standardy:
signál CDMA
rozprostření spektra ve vysílači
bit
rozprostřený
signál
(data x kód)
+1
vstupní data
-1
4G (2010)
3G (2000)
OFDM
CDMA
UMTS/HSPA... LTE/LTE-A
rozprostřený
signál
zúžení spektra v přijímači
data mod 2
vstup
+1
-1
čip
+1
rozprostírací
kód
rozprostírací
kód
-1
rozprostřený
signál
(data x kód)
výstupní data
-1
1980
1990
předcelulární
pouze řeč
řeč,
analog. systém (data)
generace
signál GSM
vývoj GSM (GMSK/CS) → GPRS (CS a PS) → EDGE
(GMSK a 8PSK); přístup TDMA/FDMA: 8 časových slotů v
rámci TDMA (4,615 ms); ochrana přenosu: kódování FEC/
ekvalizace/časové prokládání; GSM využívá pouze
frekvenční duplex FDD f = 45 MHz); šířka pásma na 1
rádiový kanál = 200 kHz; další vývoj E EDGE (..32QAM ?)
frekvence
spojitý hovor
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7 0
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7 0
rámec TDMA
rádiový
kanál
mod 2 data
vstup
BPSK
nosná
cos t
nosná
cos t
kód
PN
-1
-1
2020
monitoring M2M
rychlost: 10 bit/s/5 let
slot = 0,577 ms
data centric
dálkové řízení RC
odezva: <1 ms
signál LTE
vývoj Rel. 8...12...; přístup OFDM, kde alokované pásmo
obsahuje síť ortogonálních subunosných vln ( f = 15
kHz) ve frekvenční oblastí a tomu odpovídající sekvenci
OFDM symbolů (Tu= 1/15.103 = 66,66 s) v časové
oblasti; šíře pásma 1,4; 3; 5; 10; 15; 20 MHz, možnost
agregace až 5x20=100 MHz; rozvinutá technika MIMO;
ortogonální kanály OFDM
7
8 x 0,577 = 4,615 ms
kód
PN
BPSK
2010
2000
velmi rychlá radiokomunikace
řeč + SMS rychlá data+
(paket. data) video + řeč data, multimédia rychlost > 10 Gbit/s
voice centric
1 kanál = 200 kHz
modulace GMSK
fb tot = 270,8 kbit/s
+1
+1
+1
5G (2020)
zatím neurčen
kanály FDM
f
čas t [ms]
frekvence
METIS: globální projekt vývoje systému 5G (EU&China)
(Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)
Vedoucí osobnosti vývoje systému 5G
John Thompson:
Univ. of Edinburgh
Xiaohu Ge: Huazong
University, China
Theodor
Rappaport
Theodor Rappaport:
Professor
of Electr. and. Comp. Eng. NY
Hsio-Chun Wu: Kun
University,Taiwan
Gerhart Fettweis: TH
Aachen, Vodafon TU
Ralf Irmer: TU Dresden, Vodafone UK
Siavash Alamouti:
Un. Brit Columbia...
Hong Jiang: Jiatong
Univ. China, Alcatel
Wonil Roh: vice president Adv.
Com., Samsung Electr., Korea
IEEE Commun. Mag., Febr/May 2014
Buňkové struktury a jejich vývoj
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
výkon
výkon
výkon
Buňkové struktury s různým činitelem opakování RF
Architektura systémů GSM/UMTS a LTE/SAE
„vertical architecture“
„horizontal architecture“
S2a/b/c
sítě mimo 3GPP
(WiMAX, WiFi...)
Internet, další
služby na bázi IP...
SGi
starší sítě 3G:
3GPP/3GPP2
PCRF
MME
Gr
S4
Iu-C
BSC
MME
SAE GW (UP)
k jiným MME (CP)
P-GW
P-GW
S10
S6
S11
MME
MME
SGSN
MME
uživatelská rovina (UP)
kontrolní rovina (CP)
S7
HLR
MME
Gb
SAE ~ EPC
(AGW)
S5
S-GW
S-GW
S3
Iu-U
rozhraní:
uživatelské U (UP)
kontrolní C (CP)
S1-C S1-C
S1-U
RNC
MME
S1-U
X2-U
Abis
Iub
LTE ~ E-UTRAN
BTS
MME
NodeB
MME
GSM/GPRS
UMTS/HSPA
Um
mobilní stanice UE
(User Equipment)
eNB
eNB
eNB
eNB
X2-C
LTE/SAE ~ EPS
Uu
UE (PDA)
UE (PC)
MS
eNB: Evolved NodeB; MME:Mobility Management Entity; S-GW: Serving Gateway; P-GW: Packet Data Serving
Gateway; SAE: System Architecture Evolution; EPC: Evolved Packet Core; AGW: Access GateWay; EPS: Evolved
Packet System; E-UTRAN: Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network
Vývoj buňkových koncepcí od homogenních k heterogenním
Homogenní buňková síť
jen zhruba stejné velké buňky
síť „backhaul“
rádiová přístupová síť RAN
jádro sítě
externí sítě
jiné mobilní sítě
MS
okolní
buňky
mobilní
backhaul
RFU
koax.
až 30 m
BBU
RFU: Radio Frequency Unit
BBU: Base Band Unit
MS: Mobile Station
okolní buňky s
odlišnými kanály
Heterogenní buňková síť
velké i malé buňky, reléové uzly, D2D...
RRH
RRH
mobile
fronthaul
RRH
RRH
optické spoje
RRH
RRH
DROF resp. CPRI
RRH
centrální kabinet BBU
central office (CO)
virtual BBU pool
mobile
backhaul
BBU
X2
RRH
vzdálené datové centrum
(cloud computing)
rovnoměrné pokrytí
v homogenní síti
města
CO
pokrytí v síti
heterogenní
předměstí
rozložení
provozu
venkov
různá prostředí
S1
BBU
BBU
vnitřky
budov
CO
CO
X2
RRH
deštníková
makrobuňka
veřejná telefonní
síť PSTN
dedikovaný duplexní spoj (rádiový,
metalický) o délce řádu km i více
RFU
požadavky na kapacitu
RFU
jádro mob. sítě CN:
mobilní ústředna,
výstupní brána...
jádro sítě
CN
RRH: Remote Radio Head
BBU: Base Band Unit
CO: Central Office (pool)
CN: Core Network
DROF: Digital Radio over Fiber
CPRI: Common Public Radio Interface
Standard LTE/LTE-A/LTE-B
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Ortogonální frekvenční multiplex OFDM
(jako základ mnohonásobného přístupu OFDMA/FDMA)
Přehled základních vlastností standardu LTE (Rel 8)
68
Hlavní rysy standardů LTE-A a LTE-B
Vydání 3GPP
Rel 10
termín
základní charakteristiky
2011 Q1
počátek LTE-A → splnění požadavků IMT Advanced 4G:
agregace dílčích pásem (BRF>20 MHz), reléování pro RAN,
ale i pro backhauling; zlepšené techniky MIMO s rozšířenou
a flexibilnější strukturou referenčních signálů RS
2012 Q4
propojení služeb na bázi pokročilé verze IP; nástup
koordinovaného mnohabodového vysílání a příjmu CoMP;
podpora heterogenních sítí; nástup pokročilých typů;
přijímačů v UE a vícestandardních stanic eNB
2014 Q2
budování zdokonalených heterogenních sítí; další
vylepšování anténních technik (zavádění aktivních
anténních polí AA a vertikální formování svazků); další
vylepšování metod koordinovaného mnohabodového
vysílání a příjmu CoMP; zvyšování energetické účinnosti
provozu základnových stanic; nástup komunikace strojového
typu M2M a přímá komunikace D2D; nové aplikace: MBMS,
LTE- A
Rel 11
LTE- B
Rel 12
IMT: International Mobile Telecommunications IP: Internet Protokol; CoMP: Coordinated Multipoint; AA: Antenna Array; M2M:
Machine to Machine; D2D: Device to Device; MBMS: Multimedia Broadcast Multicast Service
Nové metody modulace a multiplexu
beyond OFDM
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Nedostatky multiplexu OFDM
Nedostatkymultiplexu
multiplexuOFDM,
OFDM,založeném
založenémna
naortogonalitě
ortogonalitěsubnosných
subnosnýchvln
vln
Nedostatky
Velkýpoměr
poměr
špičkové
ku střední
hodnotě
(Peak
to Average
Power
Ratio),
••Velký
špičkové
ku střední
hodnotě
PAPR PAPR
(Peak to
Average
Power Ratio),
kladoucí
kladoucí nároky
nadměrné
nárokyzesilovače
na koncové
zesilovače ve vysílačích
nadměrné
na koncové
ve vysílačích
••Velká
na na
frekvenční/fázový
ofset ofset
subnosných
vlivem Dopplerova
jevu ap. jevu ap.
Velkácitlivost
citlivost
frekvenční/fázový
subnosných
vlivem Dopplerova
••Silné
laloky
vně vně
užitečného
spektra
OFDM,OFDM,
ztěžujícíztěžující
využití „bílých
děr“
Silnépostranní
postranní
laloky
užitečného
spektra
využití
„bílých děr“
••Snižování
energetické
i spektrální
účinnosti
zavedením
cyklického
prefixu CP
Snižování
energetické
i spektrální
účinnosti
zavedením
cyklického
prefixu CP
••Obtížné
snižování
latence
přenosu,
vyžadující
krátké krátké
vysílací vysílací
časové intervaly
Obtížné
snižování
latence
přenosu,
vyžadující
časové TTI
intervaly TTI
(Transmission Time Intervals), u OFDM nesnadno dosažitelné
(Transmission Time Intervals), u OFDM nesnadno dosažitelné
• Problémy spojené s přenosem nadměrné signalizace při nepravidelném přenosu krátkých
• Problémy
spojené
přenosem
nepravidelný
přenos krátkých
sdělení
v M2M,
jež pak smůže
snadno nadměrné
přesáhnout signalizace
objem přenášených
dat
sdělení v M2M , jež pak může snadno přesáhnout objem přenášených dat
Závěr:
Závěr: klasický
ortogonální
multiplex
OFDM,
úspěšný
v není
systémech
Klasický
ortogonální
frekvenční frekvenční
multiplex OFDM,
úspěšný
v systémech
4G,
pro systémy
5G spro
rozšířenými
(M2M, RC...)
optimální.(M2M,
Nové techniky,
jež nahrazují
4G, není
systémyaplikacemi
5G s rozšířenými
aplikacemi
RC...) optimální.
OFDM,
užívají z důvodů
imunity
vůči mnohocestnému
většinou
rovněž přenos s
Nové techniky,
nahrazující
OFDM,
užívají z důvodů šíření
imunity
vůči mnohocestnému
mnoha
subnosnými
vlnami
(multitone).
Avšak
tyto nové formáty
náročné
princišíření většinou
rovněž
přenos
s mnoha
subnosnými
vlnami opustily
(multitone).
Avšak
tyto
py
ortogonality
vln a pevné
synchronizace.
nové
formáty subnosných
opouštějí náročné
principy
ortogonality subnosných a striktní
Naopak však zavádějí do přenosu multicarrier frekvenční filtraci a další úpravy. Vznikající
synchronizace. Naopak však zavádějí do přenosu multicarrier frekvenční filtraci a
interference lze redukovat úpravami přenosového formátu a také strukturou transceiveru 5G.
další úpravy. novými
Vznikající
interference
redukovat úpravami přenosového formátu a
Kandidátskými
variantami
přenosulze
jsou:
strukturou
5G. Kandidátskými
novými variantami
přenosu jsou:
•také
Systém
s mnohatransceiveru
nosnými a bankou
filtrů FBMC (Filter-Bank
based Multi-Carrier)
Systém s mnoha
nosnými
a bankou
filtrů FBMC
(Filter-Bank
Multi-Carrier)
••Biortogonální
multiplex
BFDM
(Biorthogonal
Frequency
Divisionbased
Multiplexing)
••Univ.
filtrovaný multiplex
systém s mnoha
UFMCFrequency
(Universal Filtered
Biortogonální
BFDM nosnými
(Biorthogonal
DivisionMulti-Carrier)
Multiplexing)
••Generalizovaný
multiplex
GFDM (Gen.
Freq.
DivisionFiltered
Multiplexing).
Univ. filtrovanýfrekvenční
systém s mnoha
nosnými
UFMC
(Universal
Multi-Carrier)
••NCP
SC (Null Cyclic
Prefix Single
Carrier),
vhodný
proFreq.
oblastDivision
mm vln Multiplexing)
Generalizovaný
frekvenční
multiplex
GFDM
(Gen.
Generalizovaný multiplex GFDM-kandidátský formát pro 5G
Přenosový formát pro milimetrové vlny NCP – SC
null cyclic prefix single carrier
Milimetrové vlny (30 až 300 GHz) mají specifické vlastnosti, odlišné od mikrovln (3 až 30 GHz): kanál šíření má
velký útlum (~ f2), intenzívní odraz, dobrý rozptyl, slabý ohyb a velký Dopplerův posuv (fd = vf/c0) → malá doba
koherence Tc≈ 1/ fd. Celkový útlum rádiového kanálu (včetně antén) lze zmenšit použitím směrových antén s
vysokým ziskem. Dostupná šířka pásma v mm oblasti je však extrémně velká, což umožní zjednodušit rádiové
rozhraní. Multiplex OFDM není pro mmw v prostředí malých buněk vhodný (velký PAPR...). Malé buňky s krátkou
dobou šíření však umožňují aplikaci časového multiplexu (TDMA), u něhož je snazší určování informace CSI,
vytváření bloků s velmi malou délkou apod. Při použití TDMA se v anténním poli v libovolném čase formuje jen
jediný svazek, což systém BF značně zjednoduší (vystačí se zde s jediným náročným převodníkem A/D a D/A).
Koncepce cyklického prefixu se zachová v podobě nulového prefixu. Takto se vytvoří zcela nový perspektivní
systém s jedinou nosnou a nulovým cyklickým prefixem NCP-SC (null cyclic prefix single carrier). U něho je
na konec každého datového bloku zařazena skupina nulových symbolů, která současně působí jako cyklický
prefix pro následující datový blok (obr. a). Takto vytvořený systém má oproti OFDM následující přednosti: díky
použití jediné nosné SC vede k nízkému poměru PAPR, postranní laloky spektra jsou výrazně potlačeny (obr. b).
Při aplikaci mmw vzniká nebezpečí častého blokování, kterému se čelí prostorovou diverzitou více přístupových
bodů AP, s více miniaturními anténními polí v terminálu UT a duální konektivitou mezi AP a makrobuňkami
Ghosh, A.: Millimetre-wave eLA… IEEE Jour. Selected Area in Com., June 2014
Síťové kódování
Rádiové kanály jsou v pozemní komunikaci postihovány řadou nepříznivých vlivů. I když
klasické zdrojové a kanálové kódování vliv těchto negativních činitelů potlačuje, je v oblasti
vylepšování kvality a ochrany přenosu ještě volný prostor pro další pokrok, a to zejména při
dnes již převládajícím paketovém přenosu. Síťové kódování (network coding) je jednou z
perspektivních metod, jež v radiokomunikačních sítích podstatně vylepšují propustnost,
spolehlivost a kvalitu služeb (QoS), ale i další faktory.
Jak již naznačuje název, operaci síťového kódování může v dané síti implementovat
její libovolný mezilehlý uzel, na rozdíl od klasických kódů (typu end-to-end), u nichž má
kodér i dekodér v síťové architektuře svoji pevně stanovenou pozici. Příslušné operace
spočívají v kódování a dekódování v obvyklém smyslu, avšak navíc k nim přibývá tzv.
rekódování (recoding), které je možné realizovat přímo na již zakódovaných paketech. Síťové
kódování lze také považovat za určité zobecnění konvenčních metod směrování (routing)
v telekomunikačních sítích.
Síťové kódování přináší tři hlavní atributy. Prvním je zvýšení propustnosti. Druhým,
projevujícím se zejména v multikastových rádiových sítích, je zmenšení energie
potřebné k přenosu paketů a tedy zvýšení energetické účinnosti systému. Třetím
přínosem je minimalizace zpoždění přenosu paketů, jíž je dosahováno zmenšením počtu
skoků potřebných k přenosu paketů v multikastové síti (připomeňme, že směrováním se
rozumí technika, která v telekomunikačních systémech určuje cestu, umožňující doručení
určitého sdělení od jeho zdroje k místu určení).
Síťové kódování je velmi účinné zejména v radiokomunikačních systémech s mnoha
mobilními terminály, které realizují mnohaskokovou komunikaci (multiple hops). Do této
kategórie náleží např. perspektivní inteligentní radiokomunikační systémy D2D s mobilní
síťovinovou (mesh) strukturou, zmíněné dále.
Systémy s více anténami MAS
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Přehled systémů s více anténami MAS (Multiple Antenna Systems)
SU-MIMO: Single Use - MIMO
010
010
010
010
101
Rx
101
DAS: Distributed Antenna System
RAU + BBU
RAU
Rx
101
101
010
C MIMO = min ( M T ; M R ) CSISO
101
MT
1989
1998
MU-MIMO: Multi User - MIMO
010
masívní MIMO: Very Large MIMO
010
010 Rx
101 1
010
101
101 Rx
010 2
101
B
S
Rx
101
T1
T2
LOS MIMO: Line of Sight MIMO
D
d11
900
0
d
+
21
90
R1
r
d12
R2
900
+
900
d
22
UT
UT
2005
více
UT
UT
2010
BF: Beam Forming
neřízené
anténní
pole
UE1
destruktivní
interference
2005
UE 2
1990
Systémy s milimetrovými vlnami mmw
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Útlum rádiových kanálů v oblasti milimetrových vln
T. Rappaport: „Millimetre wave are very appropriate for next generation, W-LAN/5G“
• V ideálním kanálu LOS útlum mmw roste s kvadrátem frekvence f a kvadrátem vzdálenosti d
• Nárust útlumu s f lze kompenzovat užitím antén s velkou směrovostí a tedy i velkým ziskem
• V mmw oblasti lze - vzhledem k velmi velmi malým rozměrům snadno implementovat antény s
velkým ziskem, resp. směrovostí, a také velká anténní pole s řízenými svazky (VL MIMO)
• V reálném pozemském kanálu vlivem ztrát šířením (path loss) a zastínění (shadowing) roste
útlum s mocninou vzdálenosti dγ ; přitom koeficient ztrát šířením γ = 2 …7 nezávisí na frekvenci
• Trasy NLOS mají intenzívní odraz a rozptyl, ohyb je slabý; útlum pevných překážek je velký
• Pokrytí uvnitř budov (indoor) je nutné řešit pomoci mikrobuněk, distribuovaných antén DAS,
mnohaskokových reléových spojů (uzly RN) ap. Přesto zde nelze odstranit výpadky spojení
• V mmw systémech nelze odstranit malé procento výpadků (outage) spojení, vyvolaných zastíněním terminálu UT blízkými osobami ap; problém řeší užití více anténních polí v jediném UT
• Parametry šíření mmw neumožňuje spolehlivé, robustní celoplošné pokrytí velkých lokalit;
komplexní pokrytí mohou zajistit jen heterogenní sítě 5G, sdružující makro a mikro buňky
Útlum rádiových kanálů v oblasti milimetrových vln
Pr
Pt
 λ 
= GtGr 

 4πd 
 λ 
=

Pt  4 πd 
Pr
∝
1
f2
∝ f2 ⇒
G=
4π A eff
λ2
2
=
2
 c0 


 4πdf 
 f 
= 4π  
 c0 
2
2
Prostředí
rozsah γ
městské makrobuňky
3,7 …6,5
městské mikrobuňky
2,7 …3,5
úřady (různá patra)
2,0 …6,0
obchodní domy
1,8 …2,2
průmyslové podniky
1,6 …3,3
byty
2,5 …3,5
otevřená krajina s LOS
2,0 …2,5
Útlum rádiových kanálů vlivem deště a atmosférické absorbce
Experimentální ověřování mechanizmů šíření v mm oblasti
Kooperativní rádiová komunikace
v systému 5G
© Doc. Ing. Václav Žalud, CSc
Klasická a kooperativní radioreléová technika v mobilních sítích
Reléové uzly RN zlepšují pokrytí v
zastíněných a dalších kritických
oblastech. Zvětšují hustotu infrastruktury celého systému, což vede ke
zkracování průměrných vzdáleností
přijímač-vysílač a tedy i ke zvyšování
poměrů SINR. To se pak projeví ve
zvýšené spolehlivosti spojení, ve
značném zvětšení kapacity sítě a také
v poklesu energetické spotřeby v UT
Dva partnerské uživatelské terminály UT1 a UT2
vysílají svá vlastní data přímo ke společné
základnové stanici BS. Každý z nich je však
schopen také přijímat signály druhého terminálu a
ty předávat, spolu se svými vlastními daty, ke
stanici BS. Jsou-li oba terminály dostatečně od
sebe vzdálené, potom oba kanály vytvářené
určitým terminálem, tedy kanál přímý i předávaný,
jsou statisticky nezávislé. Avšak mají-li být
příjímány jedinou přijímací anténou, musí být
ortogonální, což lze zajistit vhodným prostorově
časovým kódem apod. Takto vytvořená „umělá“
vysílací diverzita zdokonaluje pokrytí, spolehlivost
přenosu, imunitu vůči únikům a zvyšuje kapacitu.
Mobilní radioreléové uzly v systému 5G
Mobilní radioreléový uzel v autobusu,
využívající techniku přijímací diverzity
Mobilní radioreléový uzel v rychlovlaku
využívající techniku přijímací diverzity
mobilní reléový uzel s měkkým předáváním
Systém 5G by měl zajistit dostupnost nabízených služeb také velmi rychle se pohybujícím
uživatelům. V prostředcích hromadné dopravy (autobusy, rychlovlaky apod) budou řešit tento
problém mobilní reléové uzly MRN (Mobile Relay Nodes), jež v nich budou fixně zabudovány
(on-board). Mobilní uživatelé potom budou komunikovat s vnějším světem jen
prostřednictvím těchto uzlů, což jim přinese některé základní výhody. Především jim umožní
- díky jejich téměř fixní pozici vůči uzlu MRN a krátkému lokálnímu kanálu - kvalitní
komunikaci, a to i při velmi malém výkonu jejich vysílačů. Zásadní význam má potom
zjednodušené předávání (handover), které zde totiž realizuje pro celou skupinu uživatelů
pouze náležitě dimenzovaný uzel MRN (s velkým vysílacím výkonem, technologií MIMO
apod), komunikující se stanicí DBS aktuální makrobuňky, v níž se právě nachází. Tím se
odstraní nebezpečí zahlcení sítě velkým objemem signalizace, k němuž by docházelo při
současně probíhajícím předávání všemi pohybujícími se uživateli.
Mobilní uzel, nebo skupina uzlů může vytvářet „mobilní síť“, která komunikuje s jinými
fixními, nebo mobilními uzly uvnitř své mobilní entity, anebo i s jinými externími sítěmi.
Koordinované mnohabodové vysílání a příjem CoMP (DL)
koordinované rozvrhování
a formování svazku CS/CB
(coordinat. scheduling and
coordinated beamforming
dynamická rychlá selekce
buňky DCS (taktéž DPS)
(dynamic cell selection /
dynamic point selection)
společné vysílání JT ze
dvou sousedících buněk
(joint transmission either)
coherent nor noncoher.)
Tao, X.: An Overview of Coop. Com. IEEE Com. Mag., June 2012, s. 65
Díky vhodnému centrálnímu
rozvrhování může každý vysílací bod TP tvarovat svůj vyzařovací diagram tak, aby jeho
maximum směřovalo pouze k
jeho terminálu UT; ve směru
druhého terminálu má diagram
nulu, takže interference jsou
zde potlačeny.
pro daný terminál mají oba
body TP jeho data. Tato data
však vysílá vždy jen jediný z
nich, a to ten jehož rádiový
kanál má momentálně lepší
parametry. Přepínání mezi
body TP probíhá relativně
velmi rychle (v intervalech
řádu milisekund).
stejná data se vysílají z více
bodů TP současně k jedinému uživatelskému terminálu
UT, kde se koherentně, nebo
nekoherentně kombinují.
Věrný plně duplexní provoz v jediném pásmu
Moderní koncepce sítě 5G
Koncepce budoucí sítě 5G, ve které se uplatňují hlavní technologie, popisované v
předchozích odstavcích. Základem jsou základnové stanice BS dvou makrobuněk. Nachází
se zde také základnová stanice využívající techniku masívní MIMO, je zde uplatněna pokročilá meziuzlová koordinace CoMP a strojová komunikace M2M s extrémně vysokým počtem
uzlů (MMC tj. massive machine communications). Densifikaci sítě podporuje velký počet
malých buněk s progresívním síťovým kódováním a s jedno i víceskokovou reléovou komunikací, jakož i komunikací D2D. Mobilním uživatelům budou zajišťovat i při vysokých
rychlostech vysokou kvalitu služeb QoS mobilní radioreléové uzly MRN.
Typický uživatelský terminál pro systém 5G
Uživatelský terminál UT pro systém 5G by měl zvládat následující požadavky:
● zcela nové technologie rádiového přístupu 5G RAT, ale také starší „dědické“ technologie všech tříd:
UMTS/HSPA, WiFi, Bluetooth, LTE-A/LTE-B; podpora navigačních systémů GPS, GLONASS, Galileo aj.
● podpora multianténních technik MAS: SU-MIMO, MU-MIMO, masivní MIMO, DAS, LOS MIMO..
● podpora všech aktuálních frekv. pásem (41 pásem pro LTE/FDD/TDD/CA2/CA3; milimetrová pásma..)
● podpora pokročilého managementu interferencí AIM, s aktivní účastí UT
● široká paleta terminálů UT jak pro komunikaci H2H (oblekové, kapesní...tablety ...), tak M2M a D2D
Moderní koncepce sítě 5G
Společný
management
a transport
společné funkcionality jádra sítě 5G
flexibilní rozvinutí
síťových funkcí
optimalizace
služeb
nové přístupové sítě 5G
využití virtualizace
síťových funkcí NFV
sítě se současnou
technologií RAT
využití softwarově
defin. sítí SDN
fixní přístup
metal./optický
mmW síť 5G
nová síť 5G: UFMC..
3 GHz
10 GHz
30 GHz 100 GHz
Rádiová přístupová síť RAN 5G bude směsicí síťových vrstev různých dimenzí, různých
vysílacích výkonů, technik spojů ve fixní infrastruktuře, rozličných technologií rádio- vého
přístupu RAT atd. Základní přístup do systému bude zajišťovat nová rádiová přístupová
síť RAN, alespoň částečně slučitelná se sítí LTE/LTE-A. Přístup by však měl být umožněn
i starším technikám RAT (legacy RAT), zahrnujícím buňkové standardy GSM (2G),
UMTS/HSPA (3G), lokální rádiové sítě WiFi, metropolitní sítě WiMAX atd. Nezbytný
ovšem bude i přístup do tradičních fixních sítí.
Jádro sítě 5G bude podporovat optimalizaci dosavadních služeb, jako je distribuce
televizních programů a dalších audio/video kontentů (MBMS) a rychlých dat. Dále musí
umožnit flexibilní rozvinování nových síťových funkcí, k nimž patří například pokročilá
strojová komunikace MMC a přímá komunikace D2D, komunikace s vysokým stupněm
zabezpečení, aplikace jenž vyžadují extrémně nízkou latenci přenosu apod. Jádro sítě 5G
také musí efektivně zužitkovat probíhající evoluci v softwarově definovaných sítích SDN.
Download

Mobilní komunikace 5G