LTE-advancedの展と Nokia Networksの5Gビジョン 1 © Nokia Solutions and Networks 2014 2014.11.26 赤田 雄 テクノロジー・ディレクター ノキアソリューションズ&ネットワークス会社
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
2 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
3 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
4 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
5 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
6 © Nokia Solutions and Networks 2014
= 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
7 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
8 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
9 © Nokia Solutions and Networks 2014
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]
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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
12 © Nokia Solutions and Networks 2014
• 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
13 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
14 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
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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
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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
17 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
18 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
19 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
20 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
21 © Nokia Solutions and Networks 2014
• 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
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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
23 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
24 © Nokia Solutions and Networks 2014
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)
25 © Nokia Solutions and Networks 2014
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)
26 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
27 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
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• 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
29 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
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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
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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
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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
33 © Nokia Solutions and Networks 2014
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
34 © Nokia Solutions and Networks 2014