lte-advancedの勺展と nokia networksの5gビジョン

LTE-advancedの進展とNokia Networksの5Gビジョン

1 © Nokia Solutions and Networks 2014

2014.11.26

赤田正雄テクノロジー・ディレクターノキアソリューションズ＆ネットワークス株式会社

NOKIA REINVENTED


NETWORKS TECHNOLOGIES

ネットワーク容量1000倍

ネットワーク遅延ミリ秒

ネットワーク制御⾃律化

Technology Vision 20201日1人1GBのデータ通信が可能なモバイルネットワーク


消費電⼒フラット化

テレコムインフラクラウド化

ネットワークサービスパーソナル化

LTEアドバンストの進展-Carrier Aggregation


キャリアアグリゲーションによる通信速度のロードマップ

1 Gbps20162017

• 150 Mbps ：(Cat 4) 連続 20 MHz帯域• 150 Mbps：10MHz+10MHzキャリアアグリゲーション 2013年に実現• 300 Mbps ：20MHz+20MHzキャリアアグリゲーション 2014年に実現• 3キャリアアグリゲーション 60MHz FDD+TDD 2015年予定


20122013

150 Mbps

20 MHz2x2 MIMO

150 Mbps

10+10 MHz2x2 MIMO

20142015

300 Mbps

20+20 MHz2x2 MIMO

450 Mbps

3CA2x2 MIMO

1 Gbps

100 MHz256QAM

2016

600 Mbps

4CA or 4x4 MIMO

• ユーザ通信速度 80%改善• 全体通信容量 40%改善(3GPPリリース8の端末との比較）

キャリアアグリゲ―ションは通信容量増⼤にも寄与

+80%

+40%

= 3GPPリリース10


= 3GPPリリース820 MHz 、 20 MHz２周波数個別通信

= 3GPPリリース1020 MHz + 20 MHzキャリアアグリゲーション

キャリアアグリゲ―ションはカバレッジ拡⼤にも寄与• ダウンリンクでLTE800とLTE2100のキャリアアグリゲーションをする構成• カバレッジはアップリンクで決定される• キャリアアグリゲーションにより、LTE2100のダウリンクカバレッジがLTE800

のアップリンクカバレッジまで拡大される

UplinkLTE2100


UplinkDownlink

UplinkDownlink

LTE800

LTE2100

LTEアドバンストの進展-セル間干渉・リンク品質向上


LTE の時間領域、周波数領域でのセル間⼲渉

• LTEには、セル間干渉を回避する工夫の余地あり

• そのためのセル間のリソース制御（スケ

BTS A BTS BUE

Frequency f1 Frequency f1

Low data rate High data rate


ソース制御（スケジュール）は標準化対象外

Data rate

Low data rate at cell edge

High data rate close to BTS

• ノキアのマルチセル・スケジューラによりセル間干渉を最小化• 基地局間インタフェース（Ｘ２）上の低速制御信号により実現

ノキアのマルチセル・スケジューラ動作

標準のリソース割付例ノキアのマルチセル・スケジューラ動作

10 © Nokia Solutions and Networks 2014各色は異なるセルへのリソース割付を示す各色は異なるセルへのリソース割付を示す各色は異なるセルへのリソース割付を示す各色は異なるセルへのリソース割付を示す

10

15

20

基地局アンテナ4本化(4x2MIMO）による通信容量の増⼤

2本アンテナ運用時（2x2 MIMO）平均9.4 Mbps / セル

Mbps TB

eNodeBあた

りの

週間

デー

タ量

平均

ダウ

ンリ

ンク

スル

ープ

ット

4本アンテナ運用時(4x2 MIMO) 平均14.2 Mbps / セル

2

3

4

平均ダウンリンクセルスループット [Mbps]、通信データ量 [TB/週]


0

5

10

基地局を4x2 MIMO に

切り替え

あた

りの

週間

デー

タ量

平均

ダウ

ンリ

ンク

スル

ープ

ット

1

最高 5Mbps（50% ）のスループット改善、 100% のデータ量増大平均2.5Mbps（25% ）のスループット改善、50%のデータ量増大

0

LTEアドバンストの進展-大規模イベント時の性能最適化


• 大規模イベント（競技場、音楽イベント等）でアップリンクが爆発的に増える事例が出てきている

• 最繁時例：アップリンクデータ量 14 GB、ダウンリンクデータ量 4 GB

⼤規模イベント時のアップリンクトラフィック

Data volume MB/hour/cell


Data volume MB/hour/cell

Uplink

Downlink

Mass event

⼤規模イベントからの経験

アップリンク⼲渉管理

基地局信号容量

⼤規模イベントはアップリンクがボトルネック電⼒制御、リンク適応制御、スケジューリングの最適化

⾼い信号処理能⼒が必要ピークで250/秒/BTS以上

RRC Connected UE 容量


Control Channel 容量

ロードバランス

⼤容量RACH, PUCCH, PDCCH効率的なPDCCH link adaptation

周波数間ロードバランスによる信号負荷の最小化

RRC Connected UE 容量⼤容量RRC connected UE/cell/eNodeB

LTEアドバンストの進展-新しいユースケース


LTE-Advanced –新しいユースケースへの発展

100xcapacity

150 Mbps

10x data rate

Unlicensed Device-to-device

Expanding to new use cases

Boosting capacity


10x lower latency

150 Mbps LTE

10x coverage

Machine-to-machine

Broadcast Car-to-car

Public safety

LTE Evolution: 新たなユースケース

LTE-U = Unlicensed Band

LTE-B = Broadcast = eMBMS

LTE-M = Machine-to-Machine

LTE-D = Device-to-Device

Replace terrestrial TV地上波TVの代替

Internet of things物のインターネット

Proximity services近傍サービス

500 MHz more spectrum at 5 GHz

New Application Areas New Spectrum

Authorized sharedaccess

Sharing with incumbent user


LTE for Public SafetyPublic safety on LTE

LTEによる業務用無線

LTE for Connected CarsConnectivity for car

entertainment

LTE for Airplane Connections

Wi-Fi backhaul for airplanes

LTEの免許不要帯域への拡張LTE-U = Licensed Assisted Access (LAA)

免許不要帯域ダウンリンク

免許帯域ダウンリンク

免許帯域アップリンク

• 免許帯域と免許不要帯域のアグリゲーション• 免許帯域により信頼性の高い通信制御、

音声通信を疎通• 免許不要帯域によりデータ通信をWiFiよりも

効率的にオフロード• 5GHz帯への適用を3GPPで検討開始


ダウンリンクアグリゲーション

Band A

5150 5350Band B

5470 5725Band C

5850200 MHz 255 MHz 125 MHz

120 MHz UNII-Upper 5725 - 5825

• 5GHz帯への適用を3GPPで検討開始

• LAA はWiFiの2倍の周波数利用効率

LAAとWiFiの比較シミュレーション

1.0

1.2

Re

lati

ve

ca

pa

city

Capacity with single technology

• LAAはWiFiの2倍のセル半径

Wi-Fi (5 GHz)

Outdoor micro cell range

Min


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Single Network Two Networks

Re

lati

ve

ca

pa

city

LTE

Wi-Fi

0 50 100 150 200

LTE (5 GHz)

Meters

Min

Max

LTEによるConnected CARのユースケース例ノキアのMobile Edge Computing Platform (Liquid Applications)の活用例

ユー

スケ

ース

> モバイルエッジのクラウド“Cloudlet”により、危険警告などのメッセージを低遅延で⾞から道路近傍のサーバ経由で他の⾞に通知

> DSRC（近距離無線）を新設する代わりに、既存の全国カバレッジのLTE網を活用

> センター側のクラウド（Auto Cloud）から地図情報や娯楽コンテンツ等を配信

Auto Cloud

LTE base stationwith “cloudlet” server

EPC


効果

> ドライバーは危険警告メッセージをリアルタイムに受け取る（急ブレーキ、事故など）

> LTE網活用による投資削減効果> ⾞⾞間通信による伝達に頼ることなく

メッセージを離れた⾞にも転送

• R12 Features• Proximity Services (ProSe)

• Group Communication over LTE (GCSE_LTE)

• R13 Features (planned)• Proximity Services (ProSe) -- Further enhancements

LTE Public Safety（業務用無線） 3GPP Features


• Proximity Services (ProSe) -- Further enhancements

• Group Communication over LTE (GCSE_LTE) -- Further enhancements

• Mission Critical Push To Talk (MCPTT)

Nokia Networksの5Gビジョン


5Gの目指す2020年代のユーザ体験

高画質

動画

映画の1秒ダ

ホーム

システム

センサー

ネットワーク


Things2.0 自動運転

映画の1秒ダウンロード

タクタイル

インターネット

ロボット

遠隔制御

実時間

仮想現実

5Gに求められる多様なサービス、ユースケース、要件• スケーラブルなサービス

エクスペリエンスを構築スループット

3D映像 – 4K画面

産業／⾞両の⾃動化

数Gbpsクラス

拡張現実（AR）スマート防犯カメラ

クラウドでの仕事や娯楽

音声

10Gbps


デバイス数、コスト、パワー

レイテンシ（遅延）、信頼性

センサーNW ⾃動運転⾞

音声重要情報の報知

超高密集（低電⼒）広域人混み屋外

バッテリー寿命10年 1ミリ秒

GBデータを瞬時に送信ニーズの異なる1兆台のデバイスミッションクリティカルな無線制御／⾃動化

新たなアクセス技術と既存のアクセス技術の統合

4G ‘大量モバイルデータ’3G ‘音声、動画、データ’2G ‘高品質な音声とSMS’

次世代広域セルラシステムNext generationWide Area (WA)


Wi-Fi ‘ベストエフォートデータ’2G ‘高品質な音声とSMS’

PAN ‘短距離、低電⼒’

次世代超⾼密度セルラシステムUltra dense deployments

Enhanced Local Area (eLA) 互いに補い合い連携しながら融合

5G向け6GHz超え周波数領域 cm波とmm波に対する開発アプローチ

cm波帯

mm波帯スモールセル（例：70〜90 GHz)

可用性LOS

30 GHz

300 GHz

10 GHz

90 GHz

検討中

〜100 MHz

〜1 GHzキャリア帯域幅

� 高データレート

高ランクMIMO

低ランクMIMO/BF

� 効率的なビームステアリング

干渉制御／除去

ノイズリミテッドシステム

（70〜90 GHz）


共通目標、異なるスペクトル特性�個別の開発アプローチ

干渉アンテナ技術スペクトル

可用性

cm波帯スモールセル

（20 GHz未満）

セルサイズLOS/NLOS

300 MHz

3 GHz

10 GHz

10 cm

次の段階

1m

〜100 MHz高ランクMIMO

� 高データレート

干渉制御／除去

現在

cmWave リサーチデザインターゲットとソリューション

cmWave design targets

Virtually zero latency

10 Gpbs peak data rate ��

Simplicity & cost-effectiveness

High rank MIMO

Dynamic TDD

Scalable carrier bandwidth

Design solutions

D2D

Self-backhauling

Flexible support of UL/DL traffic patterns

Internetcloud


Flexible operation in unpaired bands

Self-optimized APs

”Always on” w/o battery draining

Multi-hop, D2D & self-backhaul

Native location services support

Interference suppression

OFDM modulation

Optimized frame structure

Interference coordination

Distributed synchronization

Multi-hop

BS

Lowcost

Low power consumption

“Always ON”, low overhead

Location information

BS

Massive antenna arrays to overcome propagation challenges

mmWaveリサーチ無線技術の革新

• ≥ 16 element arrays at base station

• Beamformingat RF for low power consumption

• Chip-scale array elements

Natural evolution of small cells

� Higher frequency, higher pathloss� Shrinking cells sizes

� mmWave cellular feasible� 100-150 meter site-to-site distance� Dynamic TDD where each slot can

be used for Dl/UL/Backhaul

2.9 GHz2 + .09 GHz BW

GHz

90-95

Huge potential

Available


• Chip-scale array elements

• Over-the-air power combining provides necessary transmit power

• Polarizationenables 2 stream MIMO

� Latency < 1msec

Permitting high digital data rates

1-2 GHz bandwidth possible

10 Gbps with 2 Stream, 16 QAM

> 100 Mbps cell edge rates result of noise limited system

Technology progress finally makes mmWaves practical to use

1 GHz

10 GHz5 GHz BW

4 GHz50 MHz BW

2 GHz150/852 MHz BW

70-85

38

< 6

28

mmWave リサーチ: A New RAT＝Null CP Single Carrier� mm波帯向けの無線インタフェース波帯向けの無線インタフェース波帯向けの無線インタフェース波帯向けの無線インタフェース

� Different Options

� OFDM/ZT-SOFDM/NCP-SC

� TDD (Variable DL/UL traffic, Simpler Transceiver)

� Frame Size = 500 µs

� Slot Size = 100 µs

� Downlink/Uplink Interval : Variable

� Characteristics of ELA @ mmWave

� Few users per AP, no need for FDM

� RF beamforming: avoid multiple users from sharing the same Tx/Rx beam -> loss of beamforming gain


the same Tx/Rx beam -> loss of beamforming gain

� Reduce PAPR

� Example MA technique (Null CP Single Carrier)

� Null portion enables RF beam switching in the CP without destroying the CP property

� BW = 2 GHz

� Data Block Size = 1024

� Pilot Block Size = 256

-Modulation−π/2-BPSK, π/4-QPSK, 16 QAM, 64QAM

LTE B4G-MMW

Frequency Band < 6 GHz 70 GHz

Supported Bandwidths TBD 2000 MHzMaximum QAM 64 16 64 64Modulation OFDM SC OFDM NullCP-SCChannel Spacing (B) 20 MHz 2.16 GHz 2.16 GHz 2 GHzFFT Size 2048 512 512 1024Subcarrier Spacing 15 kHz 4.2 MHz 5.1 MHz 1.5 MHzSampling Frequency 3.072 MHz 1.76 GHz 2.46 GHz 1.54 GHzTsampling 32.6 ns 5.68 ps 406 fs 651 fsTsymbol 66.7 μs 245 ns 198 ns 666.7 nsTguard 4.7 µs 36.4 ns 52 ns 10.4 nsT 71.4 µs 291 ns 250 ns 666.7 ns

2160 MHz

60 GHz

802.11ad

5G ネットワークアーキテクチャの主要件

NFV, SDN

Low Latency and Mobility

Local GW and GW relocation

Em

be

dd

ed

Flexible Networking

Ethernet and IP

Virtual NW & local services

New Services

SW

Reliability

Multiple connectivity

V2X, Critical M2M, Tactile Internet


Per ServiceFlexibility

New QoSParadigms

Technologyenablersin place

before 5G

Per-service tailored feature set

Per-service access through local, regional or central GW

Em

be

dd

ed

secu

rity

SWService aware radio

Expose network capabilities to 3rd parties and vice-versa

Diverse Architectures

distributed centralized

各アプリケーションのE2E遅延要件

数ミリ秒のネットワーク遅延

「ネットワークの能⼒がアプリケーションの導⼊オプションを制限するが、各アプリケーションには遅延最低要件が存在する」

Webページの読み込みチャンネル切替

音声通話

筋肉反応レベル

150 ms

1,000 ms

1,000 ms

ネットワーク遅延要件Webページの読み込み

チャンネル切替音声通話

50ミリ秒

100ミリ秒


グリッド保護スマートメーター

0秒 500ミリ秒 1,000ミリ秒

ゲームタッチ/レスポンス

音声通話ビデオコール

カーパイロット超高速取引

オーディオ/ビジュアル対話

触覚反応レベル

マシン間対話

>2 秒

10…50 ms

1…10 ms

150 ms

+100 ms

スマートメーターグリッド保護

0秒 500ミリ秒 1,000ミリ秒

ゲーム

音声通話ビデオコール

タッチ/レスポンス

カーパイロット超高速取引

100ミリ秒70ミリ秒以上

5から20ミリ秒1から5ミリ秒

10ミリ秒40ミリ秒

0ミリ秒以上

ネットワークアーキテクチャの革新新しいサービスとユースケースを実現に向けての提案

ローカル/低遅延モバイルサービス

例）Connected CAR (V2X)

ローカルGW ローカル GWリロケーション


Ethernet接続サービス(従来のIP接続に加えて)

ノキアの想定する5Gのタイムライン

2013 2015 2016 2017 2018 2019 2021 2022

冬季オリンピック（韓国）オリンピック（日本） FIFA ワールドカップ（カタール）

Nokia 5G vision

システム設計＆事前検討

検討規格策定（フェーズ1） 5G商用化

2014 2020R12 R13 R14 R15WRC WRC

Nokia technology vision 2020


5Gの展望について業界のコンセンサスを形成

協業、コンセンサス形成、標準化

共同研究

顧客エンゲージメント大学との連携

IMT-2020863計画5G MF5G ForumH2020

Thank you

ノキアは1人1日1GB時代に備えたビジョンを実現します


lte-advancedの勺展と nokia networksの5gビジョン

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