Grundkurs i 5G 5G och sedan då? FREDRIK TUFVESSON, OVE EDFORS, BUON KIONG LAU INSTITUTIONEN FÖR ELEKTRO- OCH INFORMATIONSTEKNIK Kort sammanfattning av generationerna > 10 Mbit/sek > 1 Mbit/sek > 10 kbit/sek Och nu då? Ingen data 80-talet 90-talet 00-talet 10-talet 1
4G: Fokus på uppkoppling Long-Term Evolution LTE Uppkoppling mot Internet centralt Datahastigheter upp mot 100 Mbit/sek Prestanda avgörs av telefonens hårdvara Funktionen bestäms nästan helt av vad som finns på nätet 4G: Användarupplevelse Mobilsystem där terminalerna är generella plattformar Stor del av funktionen bestäms av vilka appar man installerar Användarens upplevelse styrs till stor del av hur bra kommunikationstekniken är, dvs hur - hög och stabil datatakt man har ( tillförlitlighet ) - korta respons-tiderna är ( lag ) - energieffektiv tekniken är ( batteritid ) 2
Vad innebär 5G? Area traffic capacity 2 (Mbit/s/m ) 10 100 Network energy efficiency Recommendation ITU-R, M.2083-0 1 10 Peak data rate (Gbit/s) 0.1 1 20 10 6 10 5 1 Connection density 2 (devices/km ) IMT-2020 IMT-advanced User experienced data rate (Mbit/s) 10 10 100 1 Latency (ms) 1 350 400 3 Spectrum efficiency 500 Mobility (km/h) M.2083-03 Key Parameters User Experienced Data Rate Peak Data Rate Values for Reference 5G * from value for IMT- 21 th meeting Advanced 100 Mbps 1 Gbps 10 Mbps 20 Gbps 1 Gbps Mobility 500 km/h 350 km/h Latency Connection Density Energy Efficiency Spectrum Efficiency Area Traffic Capacity 1 ms (radio interface) 10 ms (radio interface) 10 6 per km 2 10 5 per km 2 100 x greater than IMT- Advanced 2/3/5 x greater than IMT- Advanced 10 Mbps/m 2 0.1 Mbps/m 2 Qualcomms 5G-vision Qualcomm, Making 5G NR a Commerical Reality for enhanced mobile broadband and beyond, Apr 2018 3
Qualcomms 5G-vision Qualcomm, Making 5G NR a Commerical Reality for enhanced mobile broadband and beyond, Apr 2018 5G användarfall human-centric Enhanced mobile broadband Gigabytes in a second 3D video, UHD screens Smart home/building Work and play in the cloud Augmented reality Industry automation Voice Mission critical application Smart city Future IMT Tactile internet Self driving car Massive machine type communications machine-centric Ultra-reliable and low latency communications human and machine-centric ITU-R M 2083-0 M.2083-02 4
Mobil data sedan 2010 PetaByte per månad 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 2010-2017 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Data Voice 1 PetaByte = 1 000 000 000 000 000 Byte... och vad händer fram till 2023? 120000 2010-2023 PetaByte per månad 100000 80000 60000 40000 20000 Något drastiskt måste ske om vi skall kunna följa den här trenden! 0 Data Voice 1 PetaByte = 1 000 000 000 000 000 Byte 5
Hur betjänar vi 50 miljarder terminaler? 1000 gånger högre kapacitet - 10 ggr fler antenner/basstation - 10 ggr fler basstationer/ytenhet - 10 högre bandbredd Hur betjänar vi 50 miljarder terminaler? 1000 gånger högre kapacitet - 10 ggr fler antenner/basstation -10 ggr fler basstationer/ytenhet -10 högre bandbredd 6
De tre huvudspåren för ökad kapacitet Förtäta infrastrukturen Öka antalet accesspunkter och basstationer Flytta till mycket högre frekvenser Vid riktigt höga frekvenser finns mycket ledigt utrymme för mer trafik Högre frekvens ger kortare räckvidd, vilket till viss mån kompenseras med riktantenner, men fler basstationer krävs Använd många fler samarbetande antenner, massiv MIMO Med flera antenner kan vi fokusera radiovågorna till rätt ställen Systemen mer effektiva och mycket lägre styrka på radiosignalen kan användas Kort video https://www.youtube.com/watch?v=xbb481rnqgw 7
Relation mellan 4G och 5G? [Source: Dahlman et al, LTE-Advanced Pro and the Road to 5G ] 4G och 5G går hand i hand 8
5G New Radio (NR) - releaser Fronthaul, backhaul, och Cloud-RAN Source: 5G-Xhaul D2.3 Architecture of Optical/Wireless Backhaul and Fronthaul and Evaluation 9
Vad betyder detta? 5G innebär fler och mindre basstationer Låga fördröjningar är ett måste, hög kapacitet självklart Antenner och basstation är ofta separerade Basstationsinstallationer är dyra för operatörerna Stora krav på tillförlitlighet I princip skulle operatörerna kunna dela basstationer och fiberinfrastruktur med varandra I princip behöver operatörerna inte äga fiberinfrastrukturen, eller basstationerna Plan i Sverige, låga 5G frekvensband Auktion under 2019/20, nätstart 2020, vissa delar först 2023. Samtidigt auktioneras 2 300 2 380 MHz ut för 4G/5G 10
Plan i Sverige, höga 5G-frekvensband Tilldelning utan auktion under 2019/20, men man delar inte ut tillgängliga frekvenser 24 250 26 500 MHz nu Hur får vi täckning på landsbygden? Viktigaste händelsen var auktionen på spektrum vid 700 MHz i december 2018. Lägre frekvens ger bättre täckning, men ofta sämre total kapacitet. Telia, Telenor och Tele2 fick licens, men osäkert om de väljer att bygga 4G eller 5G på detta. 11
Inspirationskällor för framtida informations och kommunikationsteknik ELLIIT 2030 Technology Foresight https://old.liu.se/elliit/startpage/1.764031/elliit-190706awebb.pdf Key Drivers and Research Challenges for 6G Ubiquitous Wireless Intelligence https://www.oulu.fi/university/news/6gwhite-paper WASP technology Foresight 2018 https://wasp-sweden.org/research/foresight-2018/ Fredrik Tufvesson Inst. för elektro- och informationsteknik fredrik.tufvesson@eit.lth.se 12