LTE-advancedの進展と Nokia Networksの5Gビジョン 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 1 © Nokia Solutions and Networks 2014 NOKIA REINVENTED NETWORKS 2 © Nokia Solutions and Networks 2014 TECHNOLOGIES Technology Vision 2020 1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 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 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 © Nokia Solutions and Networks 2014 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 • 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 2015 2012 150 Mbps 5 2013 150 Mbps 10+10 MHz 2x2 MIMO 20 MHz © Nokia Solutions and Networks 2014 2x2 MIMO 2014 300 Mbps 20+20 MHz 2x2 MIMO 450 Mbps 3CA 2x2 MIMO 2016 600 Mbps 4CA or 4x4 MIMO 2017 1 Gbps 100 MHz 256QAM キャリアアグリゲ―ションは通信容量増⼤にも寄与 +80% +40% • 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） = 3GPPリリース10 20 MHz + 20 MHz キャリアアグリゲーション = 3GPPリリース8 20 MHz 、 20 MHz ２周波数個別通信 6 © Nokia Solutions and Networks 2014 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 LTE2100 Downlink Uplink LTE800 7 Uplink © Nokia Solutions and Networks 2014 Downlink 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 Frequency f1 Data rate 9 BTS A High data rate close to BTS © Nokia Solutions and Networks 2014 Frequency f1 UE BTS B Low data rate at cell edge • 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 ジュール）は標準化対 象外 ノキアのマルチセル・スケジューラ動作 • 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 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 各色は異なるセルへのリソース割付を示す 10 © Nokia Solutions and Networks 2014 基地局アンテナ4本化(4x2MIMO）による通信容量の増⼤ Mbps 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] 平均ダウンリンクスループット 2本アンテナ運用時 （2x2 MIMO） 平均9.4 Mbps / セル 4 3 10 2 5 1 基地局を 4x2 MIMO に 切り替え 0 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 11 © Nokia Solutions and Networks 2014 0 eNodeBあたりの週間データ量 あたりの週間データ量 4本アンテナ運用時 (4x2 MIMO) 平均14.2 Mbps / セル 20 15 TB 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 ⼤規模イベント時のアップリンクトラフィック • 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 Data volume MB/hour/cell Mass event Uplink Downlink 13 © Nokia Solutions and Networks 2014 ⼤規模イベントからの経験 14 アップリンク ⼲渉管理 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 基地局 信号容量 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 ⼤容量RRC connected UE/cell/eNodeB Control Channel 容量 ⼤容量RACH, PUCCH, PDCCH 効率的なPDCCH link adaptation ロードバランス 周波数間ロードバランスによる信号負荷の最小化 © Nokia Solutions and Networks 2014 LTEアドバンストの進展 -新しいユースケース 15 © Nokia Solutions and Networks 2014 LTE-Advanced –新しいユースケースへの発展 Expanding to new use cases Boosting capacity Unlicensed 10x data rate 100x capacity Device-todevice 150 Mbps LTE Broadcast 10x lower latency Machine-tomachine 16 © Nokia Solutions and Networks 2014 10x coverage Public safety Car-to-car LTE Evolution: 新たなユースケース New Application Areas New Spectrum Internet of things 物のインターネット LTE-M = Machine-to-Machine 500 MHz more spectrum at 5 GHz LTE-U = Unlicensed Band Proximity services 近傍サービス LTE-D = Device-to-Device Sharing with incumbent user Authorized shared access Replace terrestrial TV 地上波TVの代替 LTE-B = Broadcast = eMBMS Public safety on LTE LTEによる業務用無線 LTE for Public Safety 17 Connectivity for car entertainment LTE for Connected Cars Wi-Fi backhaul for airplanes LTE for Airplane Connections © Nokia Solutions and Networks 2014 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 免許帯域 ダウンリンク 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 5150 200 MHz Band A 18 5350 5470 120 MHz © Nokia Solutions and Networks 2014 255 MHz Band B 5725 125 MHz Band C 5850 UNII-Upper 5725 - 5825 LAAとWiFiの比較シミュレーション • LAA はWiFiの2倍の周波数利用効率 • LAAはWiFiの2倍のセル半径 Outdoor micro cell range Capacity with single technology Relative capacity 1.2 Wi-Fi (5 GHz) 1.0 Min Max 0.8 0.6 LTE 0.4 Wi-Fi 0.2 0 0.0 Single Network 19 LTE (5 GHz) Two Networks © Nokia Solutions and Networks 2014 50 100 Meters 150 200 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 20 Auto Cloud © Nokia Solutions and Networks 2014 ユースケース EPC > 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 効果 LTE base station with “cloudlet” server > 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 LTE Public Safety（業務用無線） 3GPP Features • R12 Features • Proximity Services (ProSe) • Group Communication over LTE (GCSE_LTE) • R13 Features (planned) • Proximity Services (ProSe) -- Further enhancements • Group Communication over LTE (GCSE_LTE) -- Further enhancements • Mission Critical Push To Talk (MCPTT) 21 © Nokia Solutions and Networks 2014 Nokia Networksの5Gビジョン 22 © Nokia Solutions and Networks 2014 5Gの目指す2020年代のユーザ体験 ホーム システム センサー ネットワーク 高画質 動画 実時間 仮想現実 23 映画の1秒ダ ウンロード ロボット 遠隔制御 タクタイル インターネット Things 2.0 自動運転 © Nokia Solutions and Networks 2014 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 10Gbps スループット 数Gbpsクラス 3D映像 – 4K画面 クラウドでの仕事や娯楽 拡張現実（AR） スマート防犯カメラ 産業／⾞両の⾃動化 音声 重要情報の報知 センサーNW バッテリー 寿命10年 デバイス数、 コスト、パワー （低電⼒）広域 人混み ニーズの異なる1兆台のデバイス 24 ⾃動運転⾞ © Nokia Solutions and Networks 2014 レイテンシ（遅延）、 1ミリ秒 信頼性 屋外 超高密集 GBデータを瞬時に送信 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 次世代広域セルラシステム Next generation Wide Area (WA) 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’ Wi-Fi ‘ベストエフォートデータ’ 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) 25 © Nokia Solutions and Networks 2014 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 可用性 LOS 300 GHz 90 GHz 検討中 mm波帯 スモールセル （例：70〜90 GHz) 〜1 GHz キャリア帯域幅 高データレート 30 GHz 10 GHz 次の段階 3 GHz 10 cm 現在 セルサイズ LOS/NLOS 26 300 MHz 1m © Nokia Solutions and Networks 2014 cm波帯 スモールセル （20 GHz未満） 〜100 MHz スペクトル 可用性 低ランク MIMO/BF 効率的なビーム ステアリング 高ランク MIMO 高データレート アンテナ技術 ノイズ リミテッド システム （70〜90 GHz） 干渉制御 ／除去 干渉 共通目標、異なるスペクトル特性 個別の開発アプローチ 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 Flexible support of UL/DL traffic patterns D2D Internet cloud Selfbackhauling BS low overhead Low cost Location information Low power consumption 27 10 Gpbs peak data rate Dynamic TDD Virtually zero latency High rank MIMO Simplicity & cost-effectiveness Scalable carrier bandwidth Multi-hop, D2D & self-backhaul OFDM modulation Flexible operation in unpaired bands Optimized frame structure Self-optimized APs Interference suppression ”Always on” w/o battery draining Interference coordination Native location services support Distributed synchronization “Always ON”, BS Multi-hop Design solutions © Nokia Solutions and Networks 2014 mmWaveリサーチ 無線技術の革新 Huge potential Natural evolution of small cells GHz Available 90-95 2.9 GHz 70-85 10 GHz 2 + .09 GHz BW 5 GHz BW 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 Latency < 1msec Permitting high digital data rates 1-2 GHz bandwidth possible 38 4 GHz 50 MHz BW 10 Gbps with 2 Stream, 16 QAM 28 2 GHz > 100 Mbps cell edge rates result of noise limited system 150/852 MHz BW <6 28 1 GHz © Nokia Solutions and Networks 2014 Massive antenna arrays to overcome propagation challenges • ≥ 16 element arrays at base station • Beamforming at RF for low power consumption • Chip-scale array elements • Over-the-air power combining provides necessary transmit power • Polarization enables 2 stream MIMO Technology progress finally makes mmWaves practical to use 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 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 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 29 © Nokia Solutions and Networks 2014 Frequency Band Supported Bandwidths Maximum QAM Modulation Channel Spacing (B) FFT Size Subcarrier Spacing Sampling Frequency Tsampling Tsymbol Tguard T LTE < 6 GHz 802.11ad 60 GHz B4G-MMW 70 GHz TBD 64 OFDM 20 MHz 2048 15 kHz 3.072 MHz 32.6 ns 66.7 μs 4.7 µs 71.4 µs 2160 MHz 16 64 SC OFDM 2.16 GHz 2.16 GHz 512 512 4.2 MHz 5.1 MHz 1.76 GHz 2.46 GHz 5.68 ps 406 fs 245 ns 198 ns 36.4 ns 52 ns 291 ns 250 ns 2000 MHz 64 NullCP-SC 2 GHz 1024 1.5 MHz 1.54 GHz 651 fs 666.7 ns 10.4 ns 666.7 ns 5G ネットワークアーキテクチャの主要件 Local GW and GW relocation V2X, Critical M2M, Tactile Internet Low Latency and Mobility Virtual NW & local services Flexible Networking Per-service tailored feature set Reliability Service aware radio Per-service access through local, regional or central GW distributed Per Service Flexibility 30 Multiple connectivity © Nokia Solutions and Networks 2014 centralized Diverse Architectures Expose network capabilities to 3rd parties and viceversa New QoS Paradigms NFV, SDN Embedded security New Services Ethernet and IP SW Technology enablers in place before 5G 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」 各アプリケーションのE2E遅延要件 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 Webページの読み込み チャンネル切替 音声通話 ビデオコール ゲーム 音声通話 ビデオコール ゲーム タッチ/レスポンス 1,000 ms 1,000 ms 150 ms オーディオ/ ビジュアル対話 +100 ms 10…50 ms 触覚反応レベル 1…10 ms スマートメーター >2 秒 グリッド保護 カーパイロット 超高速取引 0秒 31 筋肉反応 レベル マシン間対話 500ミリ秒 1,000ミリ秒 © Nokia Solutions and Networks 2014 50ミリ秒 100ミリ秒 70ミリ秒以上 タッチ/レスポンス 5から20ミリ秒 1から5ミリ秒 スマートメーター グリッド保護 カーパイロット 超高速取引 10ミリ秒 40ミリ秒 0ミリ秒以上 0秒 500ミリ秒 1,000ミリ秒 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 ローカルGW ローカル GWリロケーション 例） Connected CAR (V2X) Ethernet接続サービス (従来のIP接続に加えて) 32 © Nokia Solutions and Networks 2014 ノキアの想定する5Gのタイムライン Nokia technology vision 2020 検討 Nokia 5G vision R12 2013 2014 2015 WRC システム設 計＆事前検 討 R13 2016 規格策定 （フェーズ1） R14 2017 2018 WRC 5G商用化 R15 2019 冬季オリンピック（韓国） 2020 オリンピック（日本） 協業、コンセンサス形成、標準化 共同研究 IMT-2020 863計画 5G MF H2020 33 5G Forum © Nokia Solutions and Networks 2014 大学との連携 顧客エンゲージメ ント 2021 2022 FIFA ワールドカップ（カタ ール） 5Gの展望に ついて業界の コンセンサス を形成 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
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