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5G RADIO ACCESS TECHNOLOGY (RAT)
5G PHASE 1&2
2018 -2020
23/03/2017Microwave & RF PARIS 2017
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SOMMAIRE
• EXPERIMENTATION -NORMALISATION
• FREQUENCES et APPLICATIONS
• PERFROEMANCES et TECHNOLOGIES
• FORMES d’ONDE
• MIMO
• CONCLUSION
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EXPERIMENTATIONS –NORMALISATION…
• FORTE MOTIVATION-IMPACT IMPORTANT PREVU – MAIS RETARD 4G & INVESTISSEMENT à TROUVER
• TRES NOMBREUX ESSAIS ENTRE OPERATEURS ET CONSTRUCTEURS SUR L’ACCES « sub-6GHz » (1GBps/secteur) & le « 28GHz » • US VERIZON,ATT - CHINA MOBILE – T-Mobile - EE -ORANGE• NOKIA, ERICSSON, QUALCOMM, SAMSUNG, DOCOMO, HUAWEI
• NORMALISATION 3GPP: plan stable depuis 2015• phase 1 -release 15: sub-6GHz• phase 2 –release 16: Ka band (24-28GHz mm)
• REGULATION: FCC US, OFCOM UK, CEPT EU, Chine, Japon
• TECHNOLOGIE: 5GPPP EU
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Planning 3GPP -(according to Qualcomm)
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SPECTRE & APPLICATIONS La 5G ne remplace pas la 4G et LTE-A mais vient en « add-on ». Déploiement des HetNet
ACCES MOBILE & FIXE
BACKHAUL
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5G Spectrum 1/2
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3,2-3,4-3,8
4,2-4,9
ISM mitigation
Selon les paysUS, Chine, Japon
Ka 24-28KuMitigation?
Voir “loupe”
Source NOKIA rws-150010
Source Qualcomm
5G Spectre 2/2 “high band” & mm
ACCESS BACKHAUL
INDOOR+ ACCESS
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92
(SOURCE NOKIA)
Les applications (le bon usage du spectre)
D.D. Digital DivideSDU Single Dwelling UnitMDU Multi Dwelling UnitPmP Point MultiPointPtP Point to Point
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Sub-6GHz
Ka band Q band V band E Band W Band
Mobile Access
Add-on Local dense
Hot spots
Mobile Train
Track to train
Track to train
Cabin?
FIX SDU Access
D.D. ex 3,5GHz
FIX MDU Ac PmP TDD PmP TDD Indoor
FIX Access Enterprises
SME in D.D.
PmP TDD PmP TDD Indoor
BACKHAUL Small Cells
PmP TDD PmP TDD
Backhaul Macro cells
PtP FDD PmP TDD
Fronthaul PtP FDD
Le millimétrique inadapté à l’accès mobile
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WEAK & COMPLEX
REFELXION ROUGH
SCATERRINGSTRONG ABSORPTION
VERY SMALL DIFFRACTION
ANGLE
COMPLETEMASK
En mm le signal est très instationnaire en puissance et direction>> hand-over rapide ordre de modulation changeant + coût du terminal
Pedestrians masking each
others or masking their phone with
their head
Performances & TechnologiesTransceivers radio
Modems
Multi-faisceaux
Millimétrique
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Schéma de la capacité “no wire no limit”Fréquences &Bande passante 4G 10MHz5G 20MHz (sub-6GHz)60 (Ka)- 80-160MHz (mm)
TEMPS
ESPACE
AMPLITUDEPHASE
BEAM FORMING 4G: x4 5G: jusqu’à x64 en mm
MIMO 2X2 cross polar
FDD –TDD (1) (1) TDD préférable pour- BFM
- DL/UL - Management du spectre /blocs
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Gains possibles /4G à 1Mbps- SPECTRE X 8 ou 16- Ordre de modulation X 2- MIMO X 64 ou 32TOTAL: 1Gbps annoncés
UNE TECHNOLOGIE SUPPORT A JOUR• QUALCOM SNAPDRAGON X50 5G
• Modem IDT 6050 PTP & PMP Gbps
• XILINX FPGA pour MIMO
• AD Multi Tx Rx radio mux
• ADC32RF45 CAN
• SPxT, PA GaN, VCOPLL, Antennes…
• + Evolution des formes d’onde
• + Etudes réseaux NVF, SDR, SLICING
• …
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Many realisation of mm multi-beam upon several techniques: patch, lenses, metamaterials
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V-bandGain 24dBiϴ=8,5°~ 4cm
Q-bandGain 30dBiϴ=5°~ 10cm
Forme d’ondeSubcarrier & Numerology TDD
ORDRE de modulation
FBMC…..
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Formes d’onde OFDM (source Qualcomm)
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DUPLEX: tendance TDD
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TDD DYNAMIQUE typique moyen 5:1 DL/UL
Light Reading test
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(Source NOKIA RWS 150010)
Ordre de modulation et limites
3GPP
BER 10-6FLR exigé: BER 10-6 + 4-5dB
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Good news -Gan PA P1 +++/ back-off &PAPR-Synthesiser Phase noise ----120dbc/Hz @ 10+4
Bad news FLR aggregation & IoT
-SINR-Back-off
Evolution des formes d’onde (source
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Tendance pour du multiplex sur multi-faisceaux
Massive MIMOMulti-faisceaux
Macrocell sub-6GHz
Millimétrique
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Massive MIMO (multi-beam)
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MU-MIMO
Limites du massive MIMO
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MU-MIMO INTERFERENCES
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Trois types interferences:- Lobes secondaires- Chemins multiples- Chanel spectrum overlap
Exemple 64QAM 3/4 C/N min =22dBavec C/I = 28dB
C/N+I=21dB >> 2/3
MultibeamForming
Multipath
Le Problème de la “mitigation”dense
Interferences +Hand-over problems
Solution studied-Power management-Interference cancellation-Mixed FDD TDD reallocation-…
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MACROCELL MIMO
Small cells MIMO
MIMO- conditions on bearing & boresight
11/11/2015 25
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5-30
[Deg.]
Magnitude [
dB
]
Co. Sim.Co. Meas.Cross. Sim.Cross. Meas.
Cross polar MIMO boresightEx, 42GHz
MIMO efficiency depends on- Antennas line / reflexions plan- Terminal Orientation /Base station
BS terminal
max
min
Le MIMO en fixe peut-être très efficacemais beaucoup moins en mobile
Interference cancellation in MIMO
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26Source Cavallaro Rice University Houston
Multi-beam backhaul architecture
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CONCLUSION SUR LA 5G• La 5G ne remplace pas la 4G et son évolution LTE-A, elle est un moteur du déploiement massif du sans-fil
• La 5G “sub-6GHz” Phase 1 est techniquement prête, sera normalisée 3GPP mi-2018, il reste au WRC (ITU) à harmoniser les bandes (3,2 -3,8;4,2-4,9 GHz) pour une commercialisation en 2020; 5-6GHz: la coexistence avec la bande ISM est même envisagée (US)
• La 5G “sub-6GHz” vient en adonne pour l’accès mobile: macro cell sur les macro-cells actuelles pour les zones denses. Elle est surtout une solution économique et efficace pour l’accès à la maison (Fracture numérique), elle peut trouver d’autres applications telles les communications sol-train.
• La 5G 24-28GHz Phase 2, en expérimentation, devrait être normalisée fin 2019
• La 5G 24-28GHz est prévue pour des petites cellules de 100m très denses, mais elle semble surtout intéressante pour de l’accès local dense: Entreprise - Immeuble –Hôtel ou encore pour la communication évènementielle. Elle peut enfin assurer du backhaul de 5G sub-6GHz destinée au fixe résidentiel.
• Les technologies millimétriques (RAT mm) associées aux développements de la 5G (formes d’onde, MIMO, SDR et NVF) sont adaptées et nécessaires au Backhaul
• Les développements de la 5G renforcent les concepts des HetNets assurant une croissance de capacité très conséquente, pour des applications diversifiées et pour des couts très compétitifs /fibre qui restera essentielle pour l’infra structure.
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