ewolucja sieci mobilnych
TRANSCRIPT
![Page 1: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/1.jpg)
Ewolucja sieci mobilnych
Pawe Ku akowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmlł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
![Page 2: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/2.jpg)
Dzisiejszy wykład:
1. Stan obecny (dane), trendy, przewidywania
2. Koncepcje rozwoju: 3/4G → 5G... → 6G?
![Page 3: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/3.jpg)
Dane
1. ITU: Measuring the Information Society Report
2. Cisco Visual Networking Index → Cisco Annual Internet Report
3. IEEExplore
![Page 4: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/4.jpg)
Zasięg sieci mobilnych
4
53%
![Page 5: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/5.jpg)
(CAGR = roczna stopa wzrostu)
Od 2015 r.: offloading > transfer w sieciach komórkowych
Globalny transfer danych
![Page 6: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/6.jpg)
?
6
Prognozy do 2023 r.
ród o: CiscoŹródło: Cisco ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
Urz dzenia w sieciach mobilnychądzenia w sieciach mobilnych
20182023
![Page 7: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/7.jpg)
?
Rodzaje ruchu - trendy
Rodzaj przesył Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmlanych danych 2017 r.
55%
20%
17%1%
ród o: CiscoŹródło: Cisco ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html 7
Prognoza 2022 r.
7%
71%
11%
12%4%2%
![Page 8: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/8.jpg)
Koncepcje rozwoju sieci mobilnych
Cisco
Bell Labs
IEEE, ITU
Arraycom, Ofcom, Qualcomm
![Page 9: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/9.jpg)
9
3G/UMTS, 4G/LTE → 5G NR (New Radio)
4. Energooszczędność
Oczekiwania względem sieci 5G:
1. Integracja, heterogeniczność
3. Przepustowość: x 100 kana DL: 1 Gbit/s i wi cej ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ę
4. Opóźnienia: 15ms (4G) -> 1ms (5G)V2V comm., tactile internet, AR/VR, industrial applications
© ITU
2. Obsł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmluga b. dużej liczby urządzenia w sieciach mobilnychdzeń końcowych IoT/M2M
![Page 10: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/10.jpg)
10
ród a: Cisco, Bell Labs (Alcatel -> Nokia)Źródło: Cisco ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
Trendy i wyzwania
Prognoza miesi cznego transferu danych ę w sieciach mobilnych [EB]
Wyzwania: • 100-krotny wzrost pojemno ci sieci, oraz: ś
• 100-krotne obni enie energetycznych kosztów transmisjiż
Trendy: • wykł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmladniczy wzrost ruchu w sieciach komórkowych
• zu ycie energii w sieciach żtelekomunikacyjnych ju obecnie żsi ga ę 1-2% energii dost pnej na rynkuę
![Page 11: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Motywacja: 1950-2000
ród a: Arraycom, OfcomŹródło: Cisco ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
© www.rfcafe.com
Wzrost pojemności sieci: • 15-krotny - poszerzenie dost pnego ępasma: z 150 MHz do prawie 3 GHz
• 5-krotny – poprawa technik kodowania g osuł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
• 5-krotny – lepsze techniki modulacji i dost p MACę
• 2700-krotny – mniejsze komórki
Razem: wzrost x 1 000 000
Czy to się da powtórzyć?
![Page 12: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Technologie dla 5G5G enablers
1. Zagęszczanie sieci
2. Przenoszenie ruchu na sieci WiFi (offloading)
3. Massive MIMO / beamforming
4. Fale milimetrowe (mmWave)
5. w warstwie sieci (poza zakresem tego wyk adu)ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html :
- Cloud/Virtual Radio Access Networks
- Network Slicing
- Software Defined Networks
![Page 13: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Prace badawcze i standaryzacja sieci 5G
Publikacje naukowe:
Bazy IEEExplore, Elsevier, Springer, Wiley
Standardy:
Organizacja 3GPP (3rd Generation Partnership Project): www.3gpp.org → Technical Reports/Specifications (TR/TS)
Releases 15, 16, 17
Późniejsza standaryzacja w Europie: ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
![Page 14: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/14.jpg)
14
„Network Densification: The Dominant Theme for Wireless Evolution into 5G”, IEEE Comm. Magazine 2014
Zagęszczanie sieci: femto cells dla 3/4/5G
Zał Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmlożenia: • urz dzenia montowane przez ądzenia w sieciach mobilnychu ytkowników ż (plug and play), bez adnego planowania radiowegoż
• pod czenie do sieci kablowejł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmlądzenia w sieciach mobilnych
• pojemność sieci rośnie liniowo (!) a do granicy 1 urz dzenie/komórk ,ż ądzenia w sieciach mobilnych ępotem wzrost: C = B log2(1+SNR)
© IEEE
NSC: Neighbourhood Small Cell Koszty:
• w wi kszo ci przerzucone na u ytkownika ko cowegoę ś ż ń • zu ycie energii << w porównaniu z klasycznymi komórkamiż
Szacunki : > 10 milionów komórek femto na świecie
Ale, porównujądzenia w sieciach mobilnychc z Wi-Fi : > liczba samych ruterów typu hot-spot: 169 milionów (2018 r.)
![Page 15: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/15.jpg)
Rodzaje stacji bazowych 5G
15
Standard 3GPP TS 38.104:
Stacje Wide Area: - komórki MACRO - moc: bez ograniczeńw praktyce max. 43-48 dBm
(20-64 W)
Stacje Medium Range: - komórki MICRO - moc ≤ 38 dBm (6.4 W)
Stacje Local Area: - komórki PICO - moc ≤ 24 dBm (0.25 W)
![Page 16: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Poszerzenie dostępnego widma
© www.ntia.doc.gov, USA 2016
• widmo < 300 GHz licencjonowane i obsadzone
• mo liwo wykorzystania pasma ż śćzwolnionego przez telewizj analogowę ądzenia w sieciach mobilnych
• nowe pasma: < 1 GHz, ok. 3.5 GHz oraz 26+ GHz (mmWaves)
Wysokie częstotliwości:
• du e t umienie sygna u, konieczno LoSż ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ść
• moc ro nie proporcjonalnie do wykorzystywanego pasmaś
• ograniczony zasi gę
C = B log2(1+SNR)
![Page 17: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/17.jpg)
Poszerzenie dostępnego widma
Przykładowo, przy przejściu 3 GHz → 30 GHz:
tłumienie rośnie o mniej więcej 20 dB(dla modelu Free Space Loss)
wraz z częstotliwością rośnie tłumienie suchego powietrza, deszczu…
… oraz przeszkód: ścian i roślinności
Zastosowanie: mał Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmle komórki / pico
24-39 GHz:
© Holma, Toskala, Nakamura
![Page 18: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Poprawa wydajności widmowej
• potencja technik przetwarzania sygna ów uwa a si ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ż ęraczej za wyeksploatowany
• dodatkowe anteny – koncepcje:
• Network MIMO • Massive MIMO
• beamforming
stacja bazowa – K anten
n u ytkownikówż
Massive/Network MIMO:
• nawet 100 anten na stacji bazowej
• mo liwo jednoczesnego ż ść dekodowania wielu strumieni danych
• niwelowanie interferencji od u ytkownika,ż które dane zosta y ju zdekodowane ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ż - Successive Interference Cancellation
![Page 19: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/19.jpg)
19
(Orthogonal) beamforming • ortogonalne charakterystyki antenowe
• K anten na stacji bazowej – jednoczesna czno z ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.htmlądzenia w sieciach mobilnych ść K u ytkownikamiż
• warunek: estymacja kana ów UL i DLł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
Ograniczenia technik MIMO/beamforming:
• ma a liczba anten do stronie u ytkownikówł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ż
• problemy ze ledzeniem ś szybkozmiennych kana ów radiowychł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
• du y nadmiar informacji sygnalizacyjnychż
• niska op acalno przy du ej ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ść ż g sto ci stacji bazowychę ś
Zastosowanie: duże komórki (macro)
![Page 20: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/20.jpg)
• 3GPP nie definiuje algorytmów formowania wiązek antenowych
• typowa konfiguracja układu Massive MIMO dla pasma 3.5 GHz:8 kolumn × 12 rzędów × 2 polaryzacje = 192 elementów
• przykładowe konfiguracje pracy układów anten na stacjach bazowych: 60 cm
grid of beams user-specific beams
© H.Holma, A.Toskala, T.Nakamura
20
Beamforming w sieciach 5G
![Page 21: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Możliwy wzrost pojemności sieci
Pojemność sieci
Symulacje Bell Labs: x 5 dodatkowe pasmo częstotliwości
x 1.4 (dodatkowe anteny) x 17 (wyższa gęstość sieci)
x 120
ród o: Bell Labs (Alcatel -> Nokia)Źródło: Cisco ł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html
Konfiguracje dla 1 Gbit/s
g sto : 300 u ./kmę ść ż 2
odleg o MS-BS 35 m 75 mł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ść
pasmo [MHz] 250 500
liczba anten 4 4
![Page 22: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Przykłady testów field trials oraz działających sieci
Korea Telecom, Qualcomm, Samsung: - testy w pasmach 3.5 oraz 28 GHz
Samsung: - ponad 1 Gbit/s, opóźnienia 1 ms
Huawei + DOCOMO: - terminal jadący 20 km/h, przepustowość 2 Gbit/s - terminal stacjonarny, 2 Gbit/s na odległość 1.8 km
Vodafone + Ericsson: - 15 Gbit/s, opóźnienia 5 ms
Działające sieci (2019 r.): - Seoul, Chicago, LA, NY, Detroit, London, Sydney - przepustowości 0.48-1.8 Gbit/s
Polska (2018-2021 r.): - Orange, T-Mobile, Play, Plus
© Provided by CBS Interactive Inc.
Instalacje 5G:https://www.speedtest.net/ookla-5g-map
→ obecnie (maj 2021) ponad 26k instalacji
![Page 23: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Bezpieczeństwo sieci 5G
1. Kampania internetowa ‘Stop 5G’
3. Promieniowanie (RF exposure)
2. Chiński Huawei(monopol, kontrola nad siecią, wejścia typu backdoor, wojna handlowa)
![Page 24: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Promieniowanie EM w sieciach 5G
Grudzień 2019:stukrotne podwyższenie norm PEM w Polsce w paśmie 2-300 GHz:
z 0.1 do 10 W/m2
Ale... ta obecna wartość to norma WHO
Obawy budzą: - zagęszczanie sieci (de facto korzystne) - duże zyski kierunkowe anten (ale one głównie równoważątłumienie sygnału na wysokich częstotliwościach)
Norma 10 W/m2 dotyczy efektów cieplnych, czy to wszystko?
Temat budzi emocje co najmniej od 2000 r.... i wciąż nie jest rozstrzygnięty.
![Page 25: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Koncepcje 6G
- temat konferencji, warsztatów naukowych, call for papers, post-doków
- mocny projekt fiński (University of Oulu, 6Genesis Flagship Project)
UBIQUITOUS WIRELESS INTELLIGENCE
Przewidywane zastosowania: - AR/VR - robotyka, drony, autonomiczne pojazdy - interfejsy cz owiek (mózg) komputerł Kułakowski: www.kt.agh.edu.pl/~brus/evolution_lectures.html ↔ komputer - blockchain
„A Vision of 6G Wireless Systems: Applications, Trends, Technologies, and Open Research Problems”, IEEE Network 2020
Technologie (enablers): - pasmo THz - Large Intelligent Surfaces - Edge AI - energia: wireless transfer & harvesting
![Page 26: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/26.jpg)
26
6Genesis – wizja 2030 r.
https://www.youtube.com/watch?v=T6ubRoZCeVw
![Page 27: Ewolucja sieci mobilnych](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022012016/615b1a32ad07da09fb65d7d5/html5/thumbnails/27.jpg)
Dziękuję za uwagę!
Paweł Kułakowski