Soluzioni trasmissive ed architetturali per il 5G

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1 Seminario Soluzioni trasmissive ed architetturali per il 5G Scuola Superiore di Specializzazione in Telecomunicazioni Lorenzo Pulcini Fondazione Ugo Bordoni Roma, 11 febbraio 2016

2 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 2

3 Key drivers 50 miliardi di dispositivi connessi entro il 2020 Traffico dati mobile stimato in 24 exabytes (10 18 ) al mese nel Source: Visual Networking Index_Global Mobile Data Traffic Forecast; Update Cisco

4 Evoluzione o rivoluzione? Fully-mobile society Utenza diversificata (people-to-people, Indipendentemente dalle condizioni operative people-to-machine, M2M) anywhere anytime anyhow 4

5 Trend evolutivo delle tecnologie radiomobili Hyper-connected vision Next-generation radio access technology Source: GSMA Intelligence 5

6 Requisiti di banda e latenza dei potenziali casi d uso 5G Source: GSMA Intelligence 6

7 Roadmap and R&D Activities Source: Samsung - 5G Vision White Paper 7

8 Requisiti Source: DOCOMO - 5G White Paper 8

9 Key Enabling Technologies Source: Samsung - 5G Vision White Paper 9

10 Massive MIMO Source: Samsung - 5G Vision White Paper Equipaggiamento dei sistemi Tx e RX con array di antenne di elevata dimensione Distributed Antenna System (DAS) Appropriata conoscenza delle Source: Massive MIMO for Next Generation Wireless Systems, Marzetta et al., Feb caratteristiche del canale (CSI) da parte della SRB Pilots contamination 10

11 Digital Beamforming Source: DOCOMO - 5G White Paper Focalizzazione del segnale da terminale a stazione radiobase e viceversa segnale utile a distanze maggiori riduzione dell interferenza Soluzioni main/remote Active Antenna System 11 Source: Samsung - 5G Vision White Paper

12 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 12

13 Coordinated Multi Point (CoMP) 13 Source: Notiziario Tecnico Telecom Italia, no. 2, 2013

14 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,

15 Fattori abilitanti Incremento capacità dei sitemi radio Incremento porzione di spettro disponibile Spectral aggregation Incremento numerosità nodi infrastrutturali Incremento efficienza dei collegamenti radio Multiplazione spaziale Cell splitting Network densification Spatial densification 15

16 Modelli architetturali Flessibilità Scalabilità Gestione service-oriented Source: METIS research advances towards the 5G mobile and wireless system definition, J. F. Monserrat et al.,

17 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) 17

18 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 18

19 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

20 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 20

21 Wireless Backhaul Networks Scenario di tipo centralizzato Scenario di tipo distribuito Source: 5G Wireless Backhaul Networks: Challenges and Research Advances, H. Cheng et al., Dec

22 Wireless Backhaul Networks 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 Source: 5G Wireless Backhaul Networks: Challenges and Research Advances, H. Cheng et al., Dec

23 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

24 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 24

25 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) 25

26 Seminario Reti eterogenee nel contesto 5G: potenzialità e prospettive Lorenzo Pulcini lpulcini@fub.it