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5G RADIO ACCESS TECHNOLOGY (RAT)

5G PHASE 1&2

2018 -2020

23/03/2017Microwave & RF PARIS 2017

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SOMMAIRE

• EXPERIMENTATION -NORMALISATION

• FREQUENCES et APPLICATIONS

• PERFROEMANCES et TECHNOLOGIES

• FORMES d’ONDE

• MIMO

• CONCLUSION


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EXPERIMENTATIONS –NORMALISATION…

• FORTE MOTIVATION-IMPACT IMPORTANT PREVU – MAIS RETARD 4G & INVESTISSEMENT à TROUVER

• TRES NOMBREUX ESSAIS ENTRE OPERATEURS ET CONSTRUCTEURS SUR L’ACCES « sub-6GHz » (1GBps/secteur) & le « 28GHz » • US VERIZON,ATT - CHINA MOBILE – T-Mobile - EE -ORANGE• NOKIA, ERICSSON, QUALCOMM, SAMSUNG, DOCOMO, HUAWEI

• NORMALISATION 3GPP: plan stable depuis 2015• phase 1 -release 15: sub-6GHz• phase 2 –release 16: Ka band (24-28GHz mm)

• REGULATION: FCC US, OFCOM UK, CEPT EU, Chine, Japon

• TECHNOLOGIE: 5GPPP EU

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Planning 3GPP -(according to Qualcomm)

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SPECTRE & APPLICATIONS La 5G ne remplace pas la 4G et LTE-A mais vient en « add-on ». Déploiement des HetNet

ACCES MOBILE & FIXE

BACKHAUL


5

5G Spectrum 1/2


6

3,2-3,4-3,8

4,2-4,9

ISM mitigation

Selon les paysUS, Chine, Japon

Ka 24-28KuMitigation?

Voir “loupe”

Source NOKIA rws-150010

Source Qualcomm

5G Spectre 2/2 “high band” & mm

ACCESS BACKHAUL

INDOOR+ ACCESS


7

92

(SOURCE NOKIA)

Les applications (le bon usage du spectre)

D.D. Digital DivideSDU Single Dwelling UnitMDU Multi Dwelling UnitPmP Point MultiPointPtP Point to Point


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Sub-6GHz

Ka band Q band V band E Band W Band

Mobile Access

Add-on Local dense

Hot spots

Mobile Train

Track to train

Track to train

Cabin?

FIX SDU Access

D.D. ex 3,5GHz

FIX MDU Ac PmP TDD PmP TDD Indoor

FIX Access Enterprises

SME in D.D.

PmP TDD PmP TDD Indoor

BACKHAUL Small Cells

PmP TDD PmP TDD

Backhaul Macro cells

PtP FDD PmP TDD

Fronthaul PtP FDD

Le millimétrique inadapté à l’accès mobile


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WEAK & COMPLEX

REFELXION ROUGH

SCATERRINGSTRONG ABSORPTION

VERY SMALL DIFFRACTION

ANGLE

COMPLETEMASK

En mm le signal est très instationnaire en puissance et direction>> hand-over rapide ordre de modulation changeant + coût du terminal

Pedestrians masking each

others or masking their phone with

their head

Performances & TechnologiesTransceivers radio

Modems

Multi-faisceaux

Millimétrique


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Schéma de la capacité “no wire no limit”Fréquences &Bande passante 4G 10MHz5G 20MHz (sub-6GHz)60 (Ka)- 80-160MHz (mm)

TEMPS

ESPACE

AMPLITUDEPHASE

BEAM FORMING 4G: x4 5G: jusqu’à x64 en mm

MIMO 2X2 cross polar

FDD –TDD (1) (1) TDD préférable pour- BFM

- DL/UL - Management du spectre /blocs

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Gains possibles /4G à 1Mbps- SPECTRE X 8 ou 16- Ordre de modulation X 2- MIMO X 64 ou 32TOTAL: 1Gbps annoncés

UNE TECHNOLOGIE SUPPORT A JOUR• QUALCOM SNAPDRAGON X50 5G

• Modem IDT 6050 PTP & PMP Gbps

• XILINX FPGA pour MIMO

• AD Multi Tx Rx radio mux

• ADC32RF45 CAN

• SPxT, PA GaN, VCOPLL, Antennes…

• + Evolution des formes d’onde

• + Etudes réseaux NVF, SDR, SLICING

• …


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Many realisation of mm multi-beam upon several techniques: patch, lenses, metamaterials


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V-bandGain 24dBiϴ=8,5°~ 4cm

Q-bandGain 30dBiϴ=5°~ 10cm

Forme d’ondeSubcarrier & Numerology TDD

ORDRE de modulation

FBMC…..


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Formes d’onde OFDM (source Qualcomm)

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DUPLEX: tendance TDD


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TDD DYNAMIQUE typique moyen 5:1 DL/UL

Light Reading test


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(Source NOKIA RWS 150010)

Ordre de modulation et limites

3GPP

BER 10-6FLR exigé: BER 10-6 + 4-5dB


18

Good news -Gan PA P1 +++/ back-off &PAPR-Synthesiser Phase noise ----120dbc/Hz @ 10+4

Bad news FLR aggregation & IoT

-SINR-Back-off

Evolution des formes d’onde (source

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Tendance pour du multiplex sur multi-faisceaux

Massive MIMOMulti-faisceaux

Macrocell sub-6GHz

Millimétrique


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Massive MIMO (multi-beam)


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MU-MIMO

Limites du massive MIMO

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MU-MIMO INTERFERENCES


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Trois types interferences:- Lobes secondaires- Chemins multiples- Chanel spectrum overlap

Exemple 64QAM 3/4 C/N min =22dBavec C/I = 28dB

C/N+I=21dB >> 2/3

MultibeamForming

Multipath

Le Problème de la “mitigation”dense

Interferences +Hand-over problems

Solution studied-Power management-Interference cancellation-Mixed FDD TDD reallocation-…


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MACROCELL MIMO

Small cells MIMO

MIMO- conditions on bearing & boresight

11/11/2015 25

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5-30

[Deg.]

Magnitude [

dB

]

Co. Sim.Co. Meas.Cross. Sim.Cross. Meas.

Cross polar MIMO boresightEx, 42GHz

MIMO efficiency depends on- Antennas line / reflexions plan- Terminal Orientation /Base station

BS terminal

max

min

Le MIMO en fixe peut-être très efficacemais beaucoup moins en mobile

Interference cancellation in MIMO


26Source Cavallaro Rice University Houston

Multi-beam backhaul architecture


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CONCLUSION SUR LA 5G• La 5G ne remplace pas la 4G et son évolution LTE-A, elle est un moteur du déploiement massif du sans-fil

• La 5G “sub-6GHz” Phase 1 est techniquement prête, sera normalisée 3GPP mi-2018, il reste au WRC (ITU) à harmoniser les bandes (3,2 -3,8;4,2-4,9 GHz) pour une commercialisation en 2020; 5-6GHz: la coexistence avec la bande ISM est même envisagée (US)

• La 5G “sub-6GHz” vient en adonne pour l’accès mobile: macro cell sur les macro-cells actuelles pour les zones denses. Elle est surtout une solution économique et efficace pour l’accès à la maison (Fracture numérique), elle peut trouver d’autres applications telles les communications sol-train.

• La 5G 24-28GHz Phase 2, en expérimentation, devrait être normalisée fin 2019

• La 5G 24-28GHz est prévue pour des petites cellules de 100m très denses, mais elle semble surtout intéressante pour de l’accès local dense: Entreprise - Immeuble –Hôtel ou encore pour la communication évènementielle. Elle peut enfin assurer du backhaul de 5G sub-6GHz destinée au fixe résidentiel.

• Les technologies millimétriques (RAT mm) associées aux développements de la 5G (formes d’onde, MIMO, SDR et NVF) sont adaptées et nécessaires au Backhaul

• Les développements de la 5G renforcent les concepts des HetNets assurant une croissance de capacité très conséquente, pour des applications diversifiées et pour des couts très compétitifs /fibre qui restera essentielle pour l’infra structure.


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