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Lorenzo Pulcini Fondazione Ugo Bordoni
Roma, 11 febbraio 2016
Seminario Soluzioni trasmissive ed architetturali per il 5G Scuola Superiore di Specializzazione in Telecomunicazioni
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Sommario
• Verso il 5G: evoluzione o rivoluzione?
• Requisiti tecnologici e Key Enabling Technologies
• Overview sulle tecniche di trasmissione più promettenti • Massive MIMO • Digital beamforming • Coordinated Multi Point (CoMP) • Enhanced Inter-Cell Interference Coordination (eICIC)
• Linee di sviluppo delle reti eterogenee in vista dell’introduzione del 5G
• Small Cells • C-RAN
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Key drivers
50 miliardi di dispositivi connessi entro il 2020 Traffico dati mobile stimato in 24 exabytes (1018) al mese nel 2019
Source: Visual Networking Index_Global Mobile Data Traffic Forecast; Update 2013-2018 – Cisco
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Evoluzione o rivoluzione?
Fully-mobile society
Utenza diversificata
(people-to-people,
people-to-machine, M2M)
anywhere
anytime
anyhow
Indipendentemente
dalle condizioni operative
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Trend evolutivo delle tecnologie radiomobili
Hyper-connected vision
Next-generation radio access technology
Source: GSMA Intelligence
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Requisiti di banda e latenza dei potenziali casi d’uso 5G
Source: GSMA Intelligence
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Roadmap and R&D Activities
Source: Samsung - 5G Vision White Paper
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Requisiti
Source: DOCOMO - 5G White Paper
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Key Enabling Technologies
Source: Samsung - 5G Vision White Paper
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Massive MIMO
Equipaggiamento dei sistemi Tx e RX con
array di antenne di elevata dimensione
Distributed Antenna System (DAS)
Appropriata conoscenza delle
caratteristiche del canale (CSI) da parte
della SRB Pilots contamination
Source: “Massive MIMO for Next Generation Wireless Systems”, Marzetta et al., Feb. 2014
Source: Samsung - 5G Vision White Paper
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Digital Beamforming
Focalizzazione del segnale da terminale a stazione radiobase e viceversa
segnale utile a distanze maggiori
riduzione dell’interferenza
Soluzioni main/remote
Active Antenna System
Source: Samsung - 5G Vision White Paper
Source: DOCOMO - 5G White Paper
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Coordinated Multi Point (CoMP)
Coordinamento dinamico della trasmissione e ricezione del segnale
radiomobile, sfruttando una varietà di differenti stazioni radiobase,
geograficamente separate
riduzione dell’interferenza tra celle (ICI)
aumento del livello del segnale utile (soprattutto nelle zone periferiche
della cella)
miglior utilizzo delle risorse di rete
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Coordinated Multi Point (CoMP)
Source: Notiziario Tecnico Telecom Italia, no. 2, 2013
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Enhanced Inter-Cell Interference Coordination (eICIC)
Permette di migliorare le prestazioni in scenari eterogenei
Prevede soluzioni richiedenti sincronizzazione e collaborazione tra layer
macro e micro/pico (ABS e RP-ABS)
Richiede accresciuta capacità elaborativa da parte del terminale (CRE)
Source: “An Overview on Interference Management in 3GPP LTE-Advanced Heterogeneous Networks”, S. Ali, 2015
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Fattori abilitanti
Incremento capacità dei sitemi radio
Incremento porzione
di spettro disponibile
Incremento numerosità
nodi infrastrutturali
Incremento efficienza
dei collegamenti radio
Cell splitting
Multiplazione spaziale
Spatial densification
Network densification
Spectral aggregation
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Modelli architetturali
Flessibilità Scalabilità Gestione service-oriented
Source: “METIS research advances towards the 5G mobile and wireless system definition”, J. F. Monserrat et al., 2015
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Small Cells (SC)
Nodi di rete a bassa potenza operanti in un contesto sia indoor che outdoor
Obiettivi Ampliare il livello di copertura dei sistemi di comunicazione cellulare attualmente in uso Accrescere la capacità che può essere messa a disposizione dell’utente finale
Problematiche
Gestione di un numero più elevato di richieste di handover Gestione di fenomeni interferenziali particolarmente impegnativi dovuti alla
sovrapposizione dell’area di servizio della macrocella con quella della picocella cui è associato il terminale d’utente (CRE)
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Control/User-plane shift
Separare gli obiettivi di copertura da quelli relativi alla capacità sostenibile
approccio di associazione asimmetrica verso punti d’accesso distinti e cooperanti basati su una dimensione cellulare di tipo sia macro che micro/pico
Piano di controllo (C) e piano dei dati d’utente (U) distribuiti tra celle differenti assegnazione alle macrocelle di compiti di copertura (C+U), impiegando
porzioni di spettro licenziato nel range frequenziale più basso assegnazione alle SC di compiti di fornitura di capacità localizzata (U),
impiegando una combinazione di range frequenziali (licenziati o no) sia nella parte bassa che in quella alta dello spettro
Source: DOCOMO - 5G White Paper
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Incremento prestazionale potenziale
Tendenza quasi lineare con cui cresce la capacità totale in funzione del numero di PC
Tendenza praticamente costante del data rate d’utente medio, indipendentemente dalla distanza cui si trova rispetto al sito macrocellulare (PC possono contribuire a migliorare il throughput a bordo cella)
Source:“A Novel Architecture for LTE-B: C-plane/U-plane Split and Phantom Cell Concept”, Y. Kishiyama et al., Dec. 2012
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Decoupled DL/UL access
Possibilità di differenziare il punto d’accesso della rete per implementare connettività di
tipo UL rispetto a quella DL
Drivers di associazione alla BS
Differenza tra potenza del segnale ed interferenza misurate per UL e DL
Differente livello di congestionamento delle BS
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Wireless Backhaul Networks
Source: “5G Wireless Backhaul Networks: Challenges and Research Advances”, H. Cheng et al., Dec. 2014
Scenario di tipo centralizzato
Scenario di tipo distribuito
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Wireless Backhaul Networks
Source: “5G Wireless Backhaul Networks: Challenges and Research Advances”, H. Cheng et al., Dec. 2014
Andamento crescente del throughput di backhaul all’aumentare del numero di SC
Fissato il numero di SC, il throughput di backhaul aumenta con il crescere dell’efficienza spettrale
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Cloud RAN
Obiettivo Incrementare l’efficienza delle RAN attraverso l’integrazione di funzionalità di processing
centralizzato, trasmissione collaborativa e cloud- computing in tempo reale
Source: “Scientific Challenges Towards 5G Mobile Communication”, COST IC1004 White Paper, Dec. 2013
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Conclusioni
Reti HetNet: always best connected
Supporto di tipologie di traffico non solo human-oriented ma anche machine-oriented
Passaggio al 5G non può essere ricondotto al semplice upgrade della tecnologia su cui
si basa la generazione radiomobile precedente
sviluppo di Ultra-Dense Networks (UDN)
differenti tipologie di BS sia per caratteristiche che per capacità di copertura (macro,
micro, pico)
maggior disponibilità di punti d’accesso
incremento di cooperazione tra reti basate su tecnologie diverse
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Conclusioni
Introduzione del concetto di Small Cells (soluzioni architetturali multi-RAT/multi-layer)
Soluzioni tecnologiche in grado di favorire la virtualizzazione nella gestione di
specifiche funzionalità di rete (SDN, NFV, SON, ecc.)
Svolgimento di operazioni critiche nella parte periferica della rete (supporto di servizi
delay-sensitive e di funzionalità di data-offloading)
Ricorso a nuovi modelli architetturali in cui configurazioni ad hoc consentano di abilitare
modelli di servizio user-centric piuttosto che cell-centric (ubiquità e QoS)
Seminario Reti eterogenee nel contesto 5G: potenzialità e prospettive
Lorenzo Pulcini [email protected]