![Page 1: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/1.jpg)
2014. Június 23.
Budapest
ÚTON AZ 5. GENERÁCIÓ FELÉ –
RÁDIÓS HÁLÓZATOK EVOLÚCIÓJA
Ez az előadás alcíme vagy a tárgy neve vagy a
konferencia neve
Dr. Fazekas Péter
BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
![Page 2: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/2.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 2 © Fazekas Péter, BME-HIT
Tartalom
2G -> 4G fejlődés áttekintése röviden
• hálózat
• rádiós interfész
Rádiós hálózat megvalósítási, fejlesztési trendek
• architektúra
• megvalósítás
• út a szabványosítás felé
Mi várható egy 5G rádiós hálózatban
• követelmények
• új területek
• új architektúra koncepciók
![Page 3: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/3.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 3 © Fazekas Péter, BME-HIT
Időzítés, menetrend
Évtized eleje: első kereskedelmi rendszerek elindulnak • 2G GSM: ~91; 3G UMTS: 2000; „4G LTE”: 2010
Évtized közepe: továbbfejlesztett változatok, szabványban is és
kereskedelmi forgalomban is • GPRS, EDGE (kilencvenes évek)
• HSDPA, HSPA+ (kétezres évek) a „Mobil internet”
• LTE-Advanced („igazi 4G”), LTE-direct: ma
Évtized harmadik harmada, vége: új rendszer szabványosítása
Évtized vége: első pilot- és tesztrendszerek
A korábbi rendszerek továbbfejlesztése nem áll le
• pl. HSPA+ továbbfejlesztések az új szabványokban és új
termékekben
Termékekben: integrált megoldások, visszafelé kompatibilitásra
törekvés
![Page 4: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/4.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 4 © Fazekas Péter, BME-HIT
PSTN
BSC
GSM
BTS
GSM
BTS
MSC
GSM hálózat
VLR
HLR
AuC
EIR
![Page 5: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/5.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 5 © Fazekas Péter, BME-HIT
GSM rádiós interfész
.........200 kHz
.........
.........
......
.........
.........
.........
......
le
fel
0.577
ms
idő
freki
![Page 6: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/6.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 6 © Fazekas Péter, BME-HIT
időosztásos, frekvenciaduplex
GSM: egy időrés hívásonként, áramkörkapcsolt adat, GMSK
moduláció
GPRS
• több időrés összevonása
• egy időrést (adott sorszámút) időben megosztva több előfizető
használhat
• kezdetleges QoS
• késleltetés
• adatvesztés
EDGE, EGPRS: magasabb állapotszámú moduláció
(8PSK), több időrés, később: több vivőfrekvencia
GSM, GPRS rádiós interfész
![Page 7: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/7.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 7 © Fazekas Péter, BME-HIT
Node B Node B
RNC
PSTN
BSC
GSM
BTS
GSM
BTS
PCU
net
GGSN
SGSN
MSC u
u
GSM - UMTS hálózat
![Page 8: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/8.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 8 © Fazekas Péter, BME-HIT
UMTS rádiós interfész
5 MHz
le
fel
10 ms
idő
freki
kód („aláírás”)
5 MHz
![Page 9: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/9.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 9 © Fazekas Péter, BME-HIT
Release 4 hálózat
![Page 10: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/10.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 10 © Fazekas Péter, BME-HIT
tipikus: max 384 kbps adatkapcsolat
• dedikált fizikai csatornák
HSDPA:
• magasabb állapotszámú moduláció, több kód egyszerre, stb.
• ~12 Mbps maximális sebesség
HSPA+
• 64 QAM, többantennás megoldások (MIMO) -> több
adatfolyam párhuzamosan
• több vivőfrekvencia (csatorna) egyszerre -> ma
• elvi max 80 Mbps körül
3G rádiós interfész
![Page 11: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/11.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 11 © Fazekas Péter, BME-HIT
LTE hálózat
PDN Gw
node
X2 X2
eNodeB
cellák
S1-US1-U
S1-U
eNodeB eNodeB
HSS
Internet SGi
S6a
SGw
node
MME
S5
S1-MME
S1-MME
S11
![Page 12: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/12.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 12 © Fazekas Péter, BME-HIT
LTE rádiós interfész
.........180 kHz
.........
.........
.........
.........
......
le
fel
1 ms
idő
freki
.........
.........
.........
.........
180 kHz
180 kHz
új technolóógia:
OFDMA
![Page 13: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/13.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 13 © Fazekas Péter, BME-HIT
Rádiós protokoll végpontja a bázisállomás (nincs RNC)
Többféle sávszélesség támogatása (1.4; 3; 5; 10; 15; 20 MHz)
Pillanatnyi igénynek és csatornaminőségnek megfelelő
sávhasználat.
Alap: többantennás technikák, 64QAM
3.9G
LTE-Advanced: 4G (def: Gbps elérhető)
• több vivő aggregációja (-> max 5x20 MHz)
• további fejlett többantennás technikák, max 8x8
• relézési technikák
• D2D kommunikáció
LTE rádiós interfész
![Page 14: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/14.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 14 © Fazekas Péter, BME-HIT
2G: SDH TDM áramkörkapcsolt vég-vég megoldás
3G: ATM alapú IP alapú
4G: IP alapú
Átviteli hálózati evolúció
forrás: Cisco whitepaper, Evolution of the Mobile Network
![Page 15: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/15.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 15 © Fazekas Péter, BME-HIT
Rádióhálózati trendek
eNodeB
alapsáv
eNodeB
rádió
eNodeB
rádió
hálózat
Alapsáv – rádiós feldolgozás elválasztva
CPRI interfész
![Page 16: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/16.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 16 © Fazekas Péter, BME-HIT
„Egységes” álláspont: 2010 – 2020 mobil adatforgalom
ezerszeres növekedés
Kb. 50 milliárd csatlakozó eszköz IoT
Jelenlegi látható LTE-Advanced képességek határa.
Miért kell 5G
forrás: Ericsson white paper February 2011
![Page 17: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/17.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 17 © Fazekas Péter, BME-HIT
Megoldás: kapacitás-kocka
• több sáv használata: 5 – 10x
• jobb sávkihasználás: 5 – 10x
• több cella: 10 – 40x
Speciális igényű alkalmazások egyre nagyobb tömegben
• ultra-nagy sávszélesség-igény (pl. nagyfelbontású videó)
• ultra-alacsony késleltetés (pl. valósidejű játék, táv-sebészet, közlekedés)
• ultra-nagy megbízhatóság (pl. ipari alkalmazások, táv-sebészet, közlekedés)
• nagy darabszámú végberendezés kis területen (tömeges esemény, szenzorok, közlekedés)
• gépi kommunikáció (MTC)
• stb.
Miért kell 5G
![Page 18: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/18.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 18 © Fazekas Péter, BME-HIT
„5G is the seamlessly integrated combination of evolved
versions of currently existing wireless technologies and
complementary new technologies” /Ericsson white paper
June 2013, 5G radio access/
„Unlike 2G, 3G and 4G, it is unlikely that 5G will be a single new
Radio Access Technology (RAT) nor will it replace macro cells. It
will be a combination of existing RATs in both licensed and
unlicensed bands, plus one or more novel RATs optimized for
specific deployments, scenarios and use cases.” /NSN White
paper, December 2013, Looking ahead to 5G/
EU FP7 METIS https://www.metis2020.com/
Mi az 5G rádióhálózat?
![Page 19: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/19.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 19 © Fazekas Péter, BME-HIT
Nagyobb spektrális hatékonyság
• tömeges MIMO (32x32)
• elosztott MIMO, koordinált többpontú átvitel
• interferencia menedzsment: törlés, elkerülés, koordináció • stb.
Mi az 5G rádióhálózat?
![Page 20: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/20.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 20 © Fazekas Péter, BME-HIT
Több sáv használata
• Új sávok bevonása (pl. 3.5 GHz tavaly, -> 90 GHz-ig, látható
fény: VLC)
• Több különböző szélességű, akár nem szomszédos sáv
használata egyszerre, akár különböző rádióhálózati
kapcsolatokkal (pl. nagysebesség párhuzamos letöltés LTE+WiFi-n)
• Jobb spektrumhatékonyság:
• Elérhető sávok jobb kihasználása (pl TV sávok)
• Spektrum megosztás, dinamikus allokáció, kognitív
rádiós megoldások
Mi az 5G rádióhálózat?
![Page 21: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/21.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 21 © Fazekas Péter, BME-HIT
Több cella
• ultra-sűrű telepítések, kiscellás megoldások (piko-, femto-, attocella)
forrás: Qualcomm,Hyper-Dense Small Cell Deployment Trial in NASCAR Environment April 7, 2014
• együttműködés a makrocellás hálózattal, HetNet
• intelligens hálózatszervezés, „plug and play”, önszervező hálózati funkciók (SON)
• hatékonyság és spektrum nagy számú bázisállomással
• előfizetői eszközök bázisállomásként, D2D
• hozzáférési hálózat problémája
• stb.
Mi az 5G rádióhálózat?
![Page 22: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/22.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 22 © Fazekas Péter, BME-HIT
Kis cellás
• beltéri, kokális lefedések
• nagy frekisávok használata itt
• új, optimalizált rádiós hullámforma, illetve megoldások
• optimalizált OFDM paraméterek (az LTE-hez képest)
• VSF-OFCDM: kódosztás és OFDM
• FTN (Faster Than Nyquist)
• stb.
• kicsi, olcsó berendezések gyártása adó és
vevőalgoritmusok bonyolultsága, alkalmazott fizikai
erőforrások
• stb.
Mi az 5G rádióhálózat?
![Page 23: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/23.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 23 © Fazekas Péter, BME-HIT
BBU – RRU alapon elosztott alapsávi – RF sávi
jelfeldolgozás, közte optikai vagy más gyors interfész
cloud-RAN koncepció: alapsávi jelfeldolgozás elosztott
módon, általános célú számítási hardveren
előzmény koncepció: „BBU pooling”
néhány fejlett megoldáshoz nehezen alkalmazható (pl.
elosztott MIMO nyalábformáláshoz)
RAN funkciók virtualizációja
Architektúra megoldások
![Page 24: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/24.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 24 © Fazekas Péter, BME-HIT
kontroll sík és adat sík elválasztása a cellás hálózatban
nem kell minden cellában minden rendszerinformációnak
és vezérlőcsatornának megelennie
jobban kihasználható sáv, dinamikusan kapcsolható,
fizikailag változtatható cellastruktúra, energiahatékonyság
Architektúra megoldások
forrás Earth project D3.1 és D3.2
![Page 25: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/25.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 25 © Fazekas Péter, BME-HIT
Intelligens letöltés és tárolás
ideiglenes tárolás (caching) a bázisállomásban
gyakran letöltött tartalmakat
információ alapú hálózati megoldások része
hely, szociális relációk, stb. figyelembevétele
Hálózati megoldások
![Page 26: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/26.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 26 © Fazekas Péter, BME-HIT
Intelligens letöltés és tárolás
ideiglenes tárolás (caching) a bázisállomásban
gyakran letöltött tartalmakat
információ alapú hálózati megoldások része
hely, szociális relációk, stb. figyelembevétele
Hálózati megoldások
![Page 27: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/27.jpg)
Rádiós hálózatok evolúciója 27 © Fazekas Péter, BME-HIT
Technológiai kényszerek és lehetőségek vezette hálózati
fejlődés
4G határai feszegetve
5G: nem egy teljes új rendszer, hanem
előző rendszerek integrációja
új, jelenleg kutatott megoldások megvalósítása,
integrációja
speciális célra új rádiós technológiák bevezetése
Összefoglalás
![Page 28: Úton az 5. generáció felé – rádiós hálózatok evolúciója](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042702/6265d20ccd2875226c31e232/html5/thumbnails/28.jpg)
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
28 © Fazekas Péter, BME-HIT Rádiós hálózatok evolúciója