5g実勶に匇けた 富厨通の研究開発の勚り匢み · 2017-12-21 ·...
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富士通株式会社ネットワークプロダクト事業本部関 宏之
5G実現に向けた富士通の研究開発の取り組み
Copyright 2017 FUJITSU LIMITED
2017年11月28日日台次世代移動通信技術の開発と応⽤戦略シンポジウム
目次
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1. 富士通の考える5G2. 5Gの⼤容量化の取り組み3. 5G実験装置を⽤いた伝送実験4. 5G実験装置を⽤いたアプリケーション実験
富士通の考える5G
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Future Technologies� 5G is important infrastructure for various future technology and life
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Peak data rate
MobilityEnergy saving
User planelatency
Number of connected devices/cell
〜2016LTE/LTE-A/
WiFi etc.
〜2016LTE/LTE-A/
WiFi etc.
Capacity
Auto-drivingAuto-driving
Shopping mallShopping mallVR/ARVR/AR
Smart townSmart town
TelemedicineTelemedicine
ManufactureManufacture
Auto-drivingAuto-driving
Sensor NWSensor NW
4K/8K4K/8KDigital signageDigital signage
Sensor NWSensor NW
5G Service requirement
StadiumStadium
5Gで変わる世界
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�富士通の考えるヒューマンセントリック社会のイメージ
DisasterPrediction
Autonomous Driving
Smart CitizenServices
Shared Experience
Transport massive information
Advanced analysis technique
Stable connectivity
Data Center
NetworkCloud
Real-time feedback
実世界の情報をデジタル世界で分析し、人の⾏動を統合的かつリアルタイムに支援する。5Gは実世界とディジタル世界をつなぐ基盤技術となる。
FUJITSU CONFIDENTIAL
⾼速・⼤容量化、⼤量デバイスの要求
5 Copyright 2017 FUJITSU LIMITED
eMBBenhanced Mobile Broadband
mMTCmassive Machine Type Communications
Video + Non-Video traffic
M2M traffic
2020 2030
57 EB/月 4,394 EB/月
2020 2030
5 EB/月 622 EB/月共⽤
汎用HW
専用HW
�将来トラヒック予測
出典: ITU-R “Report ITU-R M.2370”
低遅延の要求�富士通の考えるMEC(Mobile Edge Computing)
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1. 通信データの減量化2. 通信の堅牢性の向上3. クラウドの負荷軽減4. 匿名化によるプライバシーの向上5. 非⼒な端末のアシスト6. 低遅延の機器制御7. 端末の管理性向上
①基地局で収集したデータの活⽤
②超低遅延の実現
③無線アクセスの最適化
無線情報、ユーザ情報を活用したサービス提供
超低遅延による無線NW利用サービスの拡⼤
NW状況の詳細リアルタイム分析による判断のローカル化
UE
S/P-GW Internet
MEC Server
eNB②超低遅延
①無線・ユーザ情報
③無線の最適化
サービス
サービス
MEC
Mobile Edgeの付加価値Edge Computingの効⽤
④サーバの負荷状況に応じた最適配備富士通独自のアルゴリズムで高速で柔軟なサーバリソースの配備
Cloud
④最適配備
RAN/MEC Solution� Fujitsu’s vision toward 5G
� RAN/MEC were combined with various ICT solutions in order to realize new applications and services
Copyright 2017 FUJITSU LIMITED7
� Application
� Network� Datacenters/Cloud
� Server� Storage
Managed Service
• Service desk• Remote
operation• On-site
maintenance
RRHRRH
BBU
Data Analysis/Edge Service
MEC
Core NW
The InternetThe Internet
RAN/MEC Solution
Service
5Gの⼤容量化の取り組み超⾼密度分散アンテナシステム
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研究開発の背景
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Enhancement of key capabilities
Recommendation ITU-R M.2083-0 (09/2015)
M.2083-03
User experienceddata rate(Mbit/s)
100
Spectrumefficiency
IMT-2020
3×
500
1106
10
20
100×Mobility(km/h)
Latency(ms)
Connection density
(devices/km )2
Networkenergy efficiency
Area trafficcapacity
(Mbit/s/m )2
Peak data rate(Gbit/s)
10
1×
400350
10105
10×1×
10.1
1
IMT-advanced
Capacity
Inter-cell interference limits the capacity of dense cells
Cell density (cell/m2)Ca
paci
ty (
Mbp
s/m
2 )
Problem of cell densification
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J. Kim, et al., “Areal capacity limit on the growth of small celldensity in heterogeneous networks,” IEEE GLOBECOM 2014.
R&D スケジュール
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CY 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Pre-experiment(測定器実験)
Basic study
Verification trial(リアルタイム実験装置)Development
5G R&D Project in JAPAN
★Tokyo Olympic
Paralympic
Frequency: 4.65 GHzBandwidth: 200 MHzTx antenna: 16 maxRx antenna: 16 max
測定器で実環境のMIMO伝搬路を測定し、オフライン解析によりスループットを算出
超⾼密度分散アンテナシステム
Frequency: 4.65 GHz (TDD)Bandwidth: 40, 100 MHzTx antenna: 32 maxRx antenna: 32 max
Collaboration work with NTT DOCOMO on field experiment
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5G総合実証試験
超⾼密度分散アンテナの構成� Configuration
� Target Performance
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C-RAN: Centralized Radio Access NetworkTP : Transmission Point
BBU:Base Band Unit
Centralized BBU
TP
Frequency: Low-SHF (3-6GHz)
Inter-site distance: <100m
3 times capacity (bps/Hz/km2) than 4G technology (CoMP) by coordinating more than 16 transmission points
C-RAN
基本アルゴリズム�⼤規模協調マルチユーザMIMO
(Large-Scale Coordinated Multi-User MIMO)�Hotspotエリアの全アンテナを協調するJoint Transmission�ブロック対角化(BD)/ZF/MMSEによるアンテナウェイト生成� Sounding RSを用いた高精度チャネル推定(TDD)�分散アンテナ間の高精度キャリブレーション
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TP: Transmission PointCSI: Channel State Information
4G(Rel-11 CoMP) ⼤規模協調マルチユーザMIMO(LSC-MU-MIMO)
チャネル情報(CSI) 量⼦化されたCSIをもとにスケジューリング
チャネル⾏列をもとにスケジューリング
協調送信点(TP)数 3〜4程度 16以上
分散アンテナユニット�柔軟な基地局構成
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複数の分散アンテナを集中配置し、高いビームフォーミング利得を得る複数の分散アンテナユニットを組み合わせることで、
アンテナ数および指向性パターンの異なる様々な基地局を実現
集中配置
アンテナユニットを分散配置することで、人や木、建物などの遮蔽に強くなる
分散配置(RRH)
RRH: Remote Radio Head
シミュレーション結果
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システムスループットが約3倍向上システムスループットが約3倍向上
セル端のユーザーはスループットが低下セル端のユーザーはスループットが低下
ユーザーがどこにいても⾼いスループットを実現ユーザーがどこにいても⾼いスループットを実現
周波数:4.65GHz帯域幅:100MHz分散アンテナ数:12ユーザー数:4
制御ON制御OFF
移動するユーザーを中心にSINRの良好なエリア(仮想セル)を形成�ダイナミック仮想セル制御技術
5G実験装置を⽤いた伝送実験超⾼密度分散アンテナのフィールド実験
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Pre-Experiment Setup
� Algorithm� Large-Scale Coordinated MU-MIMO
• Joint Transmission of 16 distributed antennas
� Channel capacity is estimated by•ZF (Zero Forcing)•MMSE (Minimum Mean Square Error)•BD (Block Diagonalization)
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Distributed antenna unit
Example of throughput monitor
Time varying propagation channels are measured by the equipment and estimated throughput achieved by our 5G technology is shown at the throughput monitor.
Down converter
High-speed digitizerArbitrary waveform generator
Up converter
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Experimental System Parameters
Parameter ValueCarrier frequency 4.65 GHzSystem BW (effective BW) 200 MHz (180 MHz)Transmit power per antenna 0.5 WNumber of Tx / Rx antennas 16 / 16Waveform OFDMModulation scheme 16QAM, 64QAM, 256QAMSubcarrier spacing 75 kHzTTI length 0.2 msecNumber of subcarriers 2400Sampling speed 307.2 Msps
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AWG (2ch)
AWG (2ch)
AWG (2ch)
Tx AMPUp converter
Tx AMPUp converter
Tx AMPUp converter
#1#2
#3#4
#15#16
High speed
digitizer(16ch)
Dow
n co
nver
ter
Rx LNA
Rx LNA
Rx LNA
#1#2
#3#4
#15#16
Tx Rx
MIMOChannel16ch
Antenna for Pre-Experiment
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Tx antenna spec.Gain 4 dBi / elementPolalization V-pol / H-PolPattern 88 deg (3dB beamwidth)
Tx antenna (Distributed antenna unit) Rx antenna (UE)
V-pol
H-pol
Localized configurationDistributed configuration
H-pol
V-pol
Rx antenna spec.Gain 3 dBiPolalization MonopolePattern Omni
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電測⾞を⽤いた屋外移動実験
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Rx: 8 UE, 1 ant/UE
Height: 50mDistributed
Tx: 4TP, 4 ant/TPLocalized
Tx: 1TP, 16 ant/TP
Speed: 5, 10, 20, 40 km/h
37 m
200 mStart Goal
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NTTドコモR&Dセンタ(横須賀市)
Distributed TP positionLocalized TP positionTransmit direction
街路樹による電波遮蔽あり
屋外⾛⾏実験�⾛⾏時(5km/h)の集中アンテナ配置と分散アンテナ配置の比較
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Experimental Results� Throughput performance for each speed
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0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200
To
tal th
rou
gh
pu
t [G
bp
s]
Driving distance [m]
5km/h
10km/h
20km/h
40km/h
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200
Tota
l th
rou
gh
pu
t [G
bp
s]
Driving distance [m]
5km/h
10km/h
20km/h
40km/h
LocalizedDistributed
Speed Ave Max5 km/h 3.7 Gbps 5.1 Gbps10 km/h 3.6 Gbps 4.7 Gbps20 km/h 3.4 Gbps 4.0 Gbps40 km/h 2.7 Gbps 3.2 Gbps
Speed Ave Max5 km/h 3.0 Gbps 4.5 Gbps10 km/h 3.0 Gbps 4.6 Gbps20 km/h 2.8 Gbps 4.2 Gbps40 km/h 2.5 Gbps 3.5 Gbps
5G実験装置(リアルタイム実験装置)を⽤いたアプリケーション実験
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リアルタイム実験装置構成� 基地局、移動局ともにベースバンド処理部をサーバー上で実現� 最⼤32アンテナの分散アンテナで、最⼤32ストリームのMIMO多重で実験� リアルタイムのデータ伝送が可能
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L1 SerLer
LL SerLer
・・・
1LGbE
MaL 1L RRL, LL antennas
BBU
RF unitLL/L1 SerLer
UE
Feature ValueDuplex TDDFrequency 4.65 GHzBW 40, 100 MHzAntenna 32 Ant (16RRH)DL Throughput 2.88 Gbps (7.2 Gbps*)
* 7.2Gbps includes dummy data transmission
MaL 1L UELInclude dummy
UEL
RRH: Remote Radio Head
基地局装置
移動局装置
リアルタイム実験装置�実験装置の開発を完了し、電波免許を取得� 2017年11月よりフィールド実験を開始
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移動局装置 (UE)
分散アンテナ(VH偏波)基地局装置
RF部基地局装置
ベースバンド処理部
屋内実験の様子
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�富士通新川崎テクノロジースクエア内に実験サイトを構築<ユースケース例>• 商業施設やオリンピック会場を動き回るデジタルサイネージ• 会場の案内・誘導• ハイライトシーンなどの画像・動画情報の提供
・買い物、商品映像
アプリケーション実験例� 高精細映像を利用したスポーツ観戦(自由視点映像やハイライトシーンのオンデマンド視聴)、
選手のデータベース(動画等)をユーザーが任意に視聴可能� 旅⾏先での名所・観光地情報や、ショッピングモールでの商品情報を高精細映像で提供
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・選手、チームデータベース・観光地紹介ビデオ・商品データベース
・リアルタイム自由視点映像・ハイライトシーン
MECBBU
クラウド
BBU
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・名所、観光地映像
MECアプリケーション例(動きやすい街)� ICT活用により、時間や場所に応じた情報をユーザに提供
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次の角を左折して下さい
スマートデバイス
混雑情報
人混み
道路情報段差アクセル
時間
アクセシビリティマップ
通⾏可能経路
センサーネットワークカメラ
ネットワークカメラ
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謝辞本発表には、総務省からの委託を受けて実施した「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発」の成果の一部が含まれています。
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