Fujitsu Standard Tool - NTT Docomo...beyond adhoc Commercial system launch (envisaged) Phase 1...

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富士通の5G超高密度分散アンテナ

0

富士通株式会社

5G Tokyo Bay Summit 2016

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目次

n5Gの状況 n5G超高密度分散アンテナ nフィールド実験の紹介 n今後の計画

1

モバイルトラフィックの増加

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日本のトラフィック推移

349.0

422.0 469.8

546.4 586.2

671.7 729.9

822.4 871.8

969.0

1032.3

1216.9

1181.6

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2012

/12

2013

/03

2013

/06

2013

/09

2013

/12

2014

/03

2014

/06

2014

/09

2014

/12

2015

/03

2015

/06

2015

/09

2015

/12

(Gbps) 月間平均トラヒック

１年で

約１．４倍増加

Source: 「移動通信トラヒックの推移」総務省情報通信統計データベース

1.65 = 10.5 5年で10倍 1.610 = 110 10年で100倍 1.615 = 1153 15年で1000倍

Source: Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2015–2020

世界のトラフィック予測

0.4EB/月

Exabyte =1018 byte

CAGR: Compound Annual Growth Rate

年増加率が1.6倍だと

移動通信システムの進化


最大

伝送

速度

[bi

t/s]

150~300M LTE

1~3G LTE-Advanced

384k W-CDMA

7.2~14.4M HSPA

2.4k PDC

9.6k PDC

28.8k PDC

2G

3G

4G

伝送速度：20倍帯域幅：5MHz→20MHz 周波数利用効率：5倍

伝送速度：500倍帯域幅：25kHz→5MHz 周波数利用効率：2.5倍

伝送速度：10倍帯域幅：20MHz→100MHz 周波数利用効率：2倍

1G

100K

1K

1M

100M

10M

10K

10G

100G

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

InternetVideoSNS

SMS

Voice5G4G

3G

2G

5G 10G~

伝送速度：10倍

5Gの要求条件


Source：ARIB 2020 and Beyond Ad Hoc Group White Paper (08/2014)

高速伝送

大容量

低遅延

大量デバイス

低消費電力

高速移動

Maximum system capabilities of 5G RAN (ARIB)

M.2083-03

User experienceddata rate(Mbit/s)

100

Spectrumefficiency

IMT-2020

3´

500

1106

10

20

100´Mobility(km/h)

Latency(ms)

Connection density(devices/km )

2

Networkenergy efficiency

Area trafficcapacity

(Mbit/s/m )2

Peak data rate(Gbit/s)

10

1´

400350

10105

10´1´

10.1

1

IMT-advanced

Enhancement of key capabilities from IMT-Advanced to IMT-2020

Source: Recommendation ITU-R M.2083-0 (09/2015)

Time Plan of ‘5G’


CY 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Requirements

WRC15 (2-27 Nov.) WRC19 Workshop

Proposals

White Paper Proof of 5G mobile concept

Rel. 13 Rel. 15 Rel. 14 Channel Model Study

Rel. 16

Technology Study Requirement Study

Work Items

Work Items

Workshop (17-18 Sep.)

Work Items

Rec. Future IMT Vision

Stage 1 RAN

Stage 2 RAN+NW

Stage 3 +APL Prep. for PoC

White Paper ARIB 2020 & beyond adhoc

Commercial system launch

(envisaged) Phase 1 ‘5G’

Phase 2 ‘5G’

Specifications

Identify freq. spectrum for

‘5G’

Rec. for ‘5G’ technology(ies)

Source：2016電子情報通信学会総合大会, TK3-4 (5GMF資料をもとに作成)

http://www.itu.int/net/home/index.aspx

富士通の大容量化への取り組み


n低SHF帯での超高密度基地局 n 5Gの早期実用化を目指し、低SHF帯での基地局高密度化に着目 n NTTドコモと5Gの実験協力で合意（2014年5月）

容量1,000倍以上

基地局高密度化で 50倍～

（LTE比）

小セル化周波数利用効率向上帯域拡大 × ×

新しいテクノロジーで 4倍程度

高周波領域活用で 5倍～

小セル化大容量化の

ポテンシャル大

既存周波数帯高周波数帯における広帯域幅利用

周波数

低SHF帯 3-6GHz

高SHF帯 6-30GHz

EHF帯 > 30GHz

UHF帯 Ex. 800MHz, 2GHz

>1000

高密度化の課題と解決策


容量1,000倍以上（LTE比）

=1000 5倍～

帯域拡大周波数利用効率向上

基地局の高密度化 × ×

4倍程度 50倍

基地局密度

面的容量期待性能 50倍

18倍

360 18倍

超高密度分散アンテナ制御

× ダイナミック仮想セル制御

3倍以上 50倍以上

>1000

干渉影響

3倍改善

ダイナミック仮想セル制御技術

ユーザーを中心に仮想セルを形成し面的容量を拡大

ダイナミック仮想セル制御の基本アルゴリズム


n大規模協調マルチユーザMIMO （Large-Scale Coordinated Multi-User MIMO) n Hotspotエリアの全アンテナを協調するJoint Transmission n Proportional Fairness基準、逐次ユーザ選択スケジューリング n ブロック対角化(BD) / ZFによるアンテナウェイト生成 n Sounding RSを用いた高精度チャネル推定(TDD) n アンテナ間の高精度周波数・位相同期

4G（Rel-11 CoMP） 5G超高密度分散アンテナ

チャネル情報(CSI) 量子化されたCSI (CQI/PMI/RI)をもとにスケジューリングチャネル行列をもとにスケジューリング

協調送信点(TP)数 3～4程度 16以上

総務省委託研究

基本アルゴリズムが形成する仮想セル


周波数：4.65GHz 4角に基地局を配置

基地局 (4アンテナ)

分散アンテナユニット


複数の分散アンテナを集中配置し、高いビームフォーミング利得を得る

複数の分散アンテナユニットを組み合わせることで、指向性パターンの異なる様々な基地局を柔軟に構成

集中配置

アンテナユニットを分散配置することで、人や木、建物などの遮蔽に強くなる

分散配置

集中配置の容量特性


n 様々なアンテナ配置で面的容量をシミュレーション n 正方形のアンテナユニットを「規則的に並べた配置」と「ずらして並べた配置」を評価 n ランダムにドロップした4ユーザに対してZF-MU-MIMOでスループットを計算

アンテナ配置

ユーザ平均スループット 511 Mbps 374 Mbps 540 Mbps 529 Mbps

パラメータ値キャリア周波数 4.65 GHz システム帯域幅 100 MHz チャネルモデル自由空間減衰総送信電力 20 dBm 基地局アンテナ高 10 m 端末アンテナ高 1.5 m

4ユーザをランダムに複数回ドロップ

アンテナユニット (78x78mm)

100m

高さ 10m

アンテナ素子

ハニカム分散アンテナユニットの特性


n 正方形のアンテナユニットと六角形のアンテナユニットを比較通信している

ユーザ以外にはヌルを向ける

ユーザ平均スループット 551 Mbps

ユーザ平均スループット 374 Mbps

測定器を利用した5G実験


受信装置送信装置

分散アンテナユニット

送信装置

移動局アンテナ中心周波数: 4.65 GHz(低SHF帯) システム帯域幅: 200 MHz アンテナ構成: 16×16(max) 最大スループット: 16 Gbps

屋外フィールド実験


n 富士通川崎工場において、屋外でのフィールド実験を開始

分散アンテナ

フィールド実験装置 5G

中心周波数： 4.65 GHz システム帯域幅： 200 MHz 協調MU-MIMO： 8×2, 4ユーザ最大伝送容量： 8 Gbps

屋外で7Gbpsを超えるチャネル容量を確認

展示内容


分散アンテナ伝送実験を動展示屋外フィールド実験について紹介 WTP 富士通ブース 5G Tokyo Bay Summit

中継

スループット

今後の計画

n総務省の5G国プロにおいて、研究開発を実施中 n測定器を利用した屋外フィールド実験 n実伝搬環境での性能検証を継続 n5GMFシステム総合実証に向けた5G実験装置の開発


本資料には、総務省からの委託を受けて実施した「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発」の成果の一部が含まれています。

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