Jan Markendahl Docent Kommunikationssystem. Associate Professor Wireless Infrastructure Deployment and Economics Tele-ekonomi

Transkript

1 Trafikutmaningen KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY Jan Markendahl Docent Kommunikationssystem Associate Professor Wireless Infrastructure Deployment and Economics Tele-ekonomi Utmaningar och inriktning för 5G Extreme Mobile BroadBand (xmbb) umtc - Ultra-reliable Machine-Type Communications mmtc - Massive Machine-Type Communications 2 1

2 Agenda Om machine type communication Visioner och big picture Exempel på utmaningar Mobilt bredband 1000 gånger mer kapacitet till samma pris? Om användning och antal bitar Vad kan man göra? Bättre teknik Mer spektrum Bygg på annat sätt 3 NGMN - Next generation mobile networks Olika användingsfall; connectivity och annat

3 Vad vill man förbättra? 5 Vad vill man förbättra? 6 3

4 One Challenge for MTC How to optimize LTE MTC to the level of having as low power consumption and complexity as BLE while supporting critical performance and coverage? MTC challenges already addressed do not focus on applications with high levels of mobility AND energy constrains. 7 Scenario: personal sphere. Test case: marathon. Use Cases: Tracking, mhealth, Music Streaming Includes a mix of devices, traffic types and some level of mobility 8 4

5 Beyond the Marathon case We identified clearer sectors that are worth exploring in future research and the mapping to the technical challenges. 9 Agenda Om machine type communication Visioner och big picture Exempel på utmaningar Mobilt bredband 1000 gånger mer kapacitet till samma pris? Om användning och antal bitar Vad kan man göra? Bättre teknik Mer spektrum Bygg på annat sätt 10 5

6 Den här bilden gjorde Östen Mäkitalo 2004 Ett exempel - användning och pris per person ÅR 2004 Mängd data för rösttrafik MB per månad Man betalade kr per månad => 10 kr per MB Vad innebär detta pris för mobildata? Mängd data för mobilt bredband 1 5 GB per månad => kr per månad Hur blev det? Hur är det? Samma pris men gånger mer data => PRIS PER BIT: gånger lägre 11 Revenues One motivation for our research New services require new solutions New services Mobile Broadband Voice services Years

7 Revenues One motivation for our research New services require new solutions New services Mobile Broadband Voice services Years Revenues for mobile voice services in Sweden EUR TeliaSonera (EUR) ARPU Sweden (EUR) From Mölleryd, Markendahl, Werding and Mäkitalo conference paper presented at CTTE 2010, May

8 Traffic, prices and revenues SMS + MMS 11% Mobile data 8% Voice 25% Voice 81% Mobile data 75% Revenues Traffic Traffic and revenue for different services at the Swedish market Q EUR per MB Voice SMS Mobile data (laptop) ,46 1,36 439,5 351,6 0,014 0,011 Estimated price per MByte for voice, SMS and data for one Swedish operator SNRV MARKENDAHL KTH - TRAFIKUTMANINGEN

9 Mobile packages with voice, messages and data -Sweden Telia Mobile packages with voice, messages and data -Sweden Tele 2 Sweden Tele

10 Mobile packages with voice, messages and data - Turkiet Mobile packages with voice, messages and data - Turkiet

11 Agenda Om machine type communication Visioner och big picture Exempel på utmaningar Mobilt bredband 1000 gånger mer kapacitet till samma pris? Om användning och antal bitar Vad kan man göra? Bättre teknik Mer spektrum Bygg på annat sätt 21 Kostnad för mobilnät och radiospektrum Mängd radio spektrum (MHz) antal radiofrekvenser, kanaler Antal Radio basstationer

12 Cost structure, bandwidth and capacity Radio Capacity of radio base station site ~ 10 Mbps Site and Trans ~ 20 k Capacity of radio base station site ~ 100 Mbps Total cost for new site ~ 110k Radio Site ~100k And Trans Assuming 3 sector site 20 MHz of bandwidth and cell average spectral efficiency 0,7 bps per Hz (HSPA) 1,7 bps per Hz (LTE) Capacity of radio base station site ~ 100 Mbps Cost for upgrading an existing site ~ 30k Radio Trans HSPA year 2008 LTE year 2010 LTE year MHz Cost structure, bandwidth and capacity Total cost for new site Radio ~ 200k Total cost for new site ~ 110k Assuming 3 sector site 20 MHz of bandwidth and cell average spectral efficiency 0,7 bps per Hz (HSPA) 1,7 bps per Hz (LTE) Capacity of radio base station site ~ 40 Mbps Site and Trans Capacity of radio base station site ~ 100 Mbps Radio Site And Trans Capacity of radio base station site ~ 100 Mbps Cost for upgrading an existing site ~ 30k Radio Trans HSPA year 2008 LTE year 2010 LTE year MHz MHz 20 MHz 24 12

13 Base station site location in urban areas from PTS Transmitter map web page, December 2009 Downtown Stockholm Kista Industry Area SNRV MARKENDAHL KTH - TRAFIKUTMANINGEN Cost of radio equipment is decreasing rapidly 512 MSEK (50 MEuro) ~6 KEuro per base station ~ 750 MSEK

14 Vad kan man göra?? 1. Förbättra radiotekniken 2. Fördela om radiospektrum så att mobiloperatörerna får fler kanaler (tex från TV, militär till mobilnäten) 3. Bygg näten på nytt sätt Ökad Kapacitet = bättre teknik * mer spektrum * tätare nät Om 1000 gånger mer kapacitet är det 10*10*10? Eller nåt annat 100*5*2 eller 4 * 10 * Att bygga nät på nytt sätt delade nät för telekom små basstationer inomhus I Sverige delar operatörer 3G och 4G mobilnät Jämför andra områden En smartphone Small cells Foto: CC-by David Hall Flickr) 28 14

15 Spectral effiency and cylinder model From Ericsson: Capital markets day, May SNRV MARKENDAHL KTH - TRAFIKUTMANINGEN 15

16 Zander formula För given teknologi och given mängd spektrum styrs nätkostnaden av antal accesspunkter/ basstationer C system c AP N AP c N user B user A service f (Q) Numner of base station sites Number of sites Used spectrum (MHz) Spectral eff = 1,70 (LTE type) Spectral eff = 0,70 (HSPA type) Cases for different Swedish operators using 2.6 GHz band SNRV MARKENDAHL KTH - TRAFIKUTMANINGEN 16

17 Två olika världar There are different solutions for wide area and short range access A coverage world Mobile operators Any-time, anywhere Power/Site/Backhaul Exclusive spectrum X for GB per month A capacity world Local operators, users Local access No site costs locally used spectrum No GB buckets 33 No shortage of spectrum for indoor access Cellular frequencies can be re-used a lot Sharing of spectrum between applications There is lot of WiFi capacity (> 500 MHz ) Infrastructure and spectrum need to be shared for indoor =>Another thinking 34 17

18 Inomhus kan man inte flera parallella nät - eller nät för en enda operatör => man måste dela ETT gemensamt nät => Konkurrenter måste samarbeta Dela nät och spektrum Cooper s law the number of conversations that can theoretically be conducted over a given area in all of the useful spectrum is doubled every two-and-a-half years ( law) The improvement in spectrum utilization has been over a trillion times in the last 90 years and a million times in the last 45 years. Of the million times improvement in the last 45 years, 25 times were the result of being able to use more spectrum 5 times can be attributed to the ability to divide the radio spectrum into narrower slices Modulation techniques like FM, SSB, time division multiplexing, another 5 times or so The remaining sixteen hundred times improvement was the result of confining the area used for individual conversations to smaller areas, what we call spectrum re-use SNRV MARKENDAHL KTH - TRAFIKUTMANINGEN 18

19 Sammanfattning av utmaningar Extreme Mobile BroadBand (xmbb) Att bygga nät på nya sätt Tänk inomhus Lokala spektrum licenser signalering umtc - Ultra-reliable Machine-Type Communications mmtc - Massive Machine-Type Communications 37 Tack igen