Mobilkommunikationsnetze. - LTE & weiter? -

Transkript

1 - LTE & weiter? - Markus Brückner 1

2 LTE Long-Term Evolution Entwicklungspfad für Mobilfunknetze nach UMTS Fokus auf Datenübertragung nur Paketvermittlung, gesamtes Netz IP-basiert Hohe Übertragungsraten (300 MBit/s Down-, 75 MBit/s Uplink) Geringe Latenz (< 5 ms im Funknetz) flexible Skalierung der Bandbreite (1,4 20 MHz pro Kanal) 2

3 LTE Funkschnittstelle Downlink: OFDM robust gegenüber frequenzabhängigem Fading & Inter- Symbol-Interferenz einfache Skalierung der Kanalbandbreite Uplink: SC-FDMA weniger leistungsfähig, als OFDM energieeffizient wichtig für Endgeräte mit begrenztem Energievorrat Modulation bis 64-QAM bis 4x4 MIMO zur Kapazitätssteigerung 3

4 LTE Netzwerkstruktur 2 Teile: enodeb: evolved Node B Basisstation EPC: Evolved Packet Core Kernnetz enodeb X2 enodeb X2 enodeb X2 S1 EPC S1 Nach: 4

5 LTE Netzwerkinfrastruktur Entwicklung der Netzkomponenten UMTS LTE GGSN SGSN MME SGW RNC Node B ENodeB Control Plane User Plane 5

6 LTE Handover netzgetriebener Handover Endgerät misst Signalstärken & meldet benachbarte Zellen an enodeb keine vordefinierte Nachbarschaftsliste notwendig enodeb trifft Handoverentscheidung HO ohne Beteiligung des Kernnetzes (wenn möglich) Abstimmung beteiligter enodeb via X2-Schnittstelle 6

7 LTE Handover Handover ohne Wechsel des MME (vereinfacht) UE Source enodeb Target enodeb MME SGW Measurement Report HO Entscheidung HO Request Informationen d. Target enodeb Abmelden Source enodeb, Synchronisation mit Target enodeb Admission Control HO Request ACK Weiterleitung von Paketen für UE via X2 Datenverbindung 7

8 LTE Handover Ziel: Seamless Mobility Vorbereitung Wechsel durch alten enodeb Anforderung von Ressourcen am neuen enodeb Weiterleitung von Konfigurationsdaten an UE vermeidet Zugriff auf Ressourcen des neuen enodeb Pufferung & Weiterleitung von Paketen in altem & neuem enodeb während Wechsel Unterbrechung nur etwa 35 ms 8

9 LTE-Advanced Weiterentwicklung von LTE in Richtung 4G Nutzdatenraten bis 1 GBit/s symmetrisch (100 MBit/s bei schneller Bewegung) Kanalbandbreiten bis 100 MHz 8x8 MIMO im Downlink Update für bestehende LTE-Zellen in Software 9

10 Zukunft? 10

11 5G Bisher: hauptsächlich Ideen/Visionen Zeitrahmen: ab 2020 Beispiel: Next Generation Mobile Networks Alliance* Hohe Datenraten 1 GBit/s pro Nutzer für dutzende Nutzer (Beispiel: Büro- Umgebung) min. 50 MBit/s überall Hohe Nutzerzahlen >10 MBit/s pro Nutzer für > Nutzer (Beispiel: Stadion) >> Endgeräte/km² (Beispiel: Sensornetze) Latenz ~1 ms für spezielle Anwendungsfälle *nach: 5G White Paper Executive Version, 11

12 5G Erste Technologiedemonstrationen Beispiel: Huawei- Mobiltelefon Anfang 2015 Quelle: 12

13 802.11ad WiGig WLAN bis 7 GBit/s Kanalbandbreite > 2 GHz 60 GHz ISM-Band Kurzstreckenübertragung (keine Durchdringung von Wänden) Zielgruppe eher Geräteverbindungen (bspw. drahtlose Bildschirmanbindung) Beam Forming zur gerichteten Übertragung 13

14 LTE in unlicensed spectrum Nutzung von ISM-Bändern durch LTE zusätzliche Bandbreite bspw. für Femtozellen Grundlegende Abdeckung im lizenzierten Band, ISM-Kanal nur als zusätzliche Ressource Problem: Koexistenz mit bestehenden Technologien notwendig Implementierung von Carrier Sensing 14

15 Selbstorganisation selbstorganisierte Steuerung von Mobilfunknetzen Optimierung von Betriebsparametern Antennenneigung Handover Margin Sendeleistung Ziele Lastverteilung automatische Reaktion auf geänderte Anforderungen/Lasten 15

16 Und hier? 16

17 Cognitive Radio Networking Motivation: Ineffiziente Nutzung des Spektrums Überlastetes ISM-Band (Wifi) sowie zelluläre Netze (GSM, UMTS,..) Statische Zuweisung bzw. Technikverhindert Nutzung von verfügbaren Ressourcen Idee: Nutze besten verfügbaren Kanal Automatische Anpassung des Netze sbzw. der Parameter an akt. Situation Intelligentes, flexibles und rekonfigurierbares Radio(Software Defined Radio) Leistung Ressourcen Zeit 17

18 Cognitive Radio Networking Aktuelles IKS-Forschungsprojekt: Entwicklung bzw. Bewertung neuer Algorithmen im Bereich: Kanalzugriff (MAC) und Link-Anpassung Spectrum Abstraction/Allocation/Sharing, Routing Experimentelle Evaluierung und prototypische Implementierung mittels Software Defined Radio(USRP bzw. GNU Radio/Iris) 18

19 Satellitenkommunikation alle üblichen Probleme mit Funk plus: große Entfernung Signalqualität Übertragungszeiten (geostationär: 250 ms Erde-Sat-Erde) wenige sinnvolle Orbits genaue Ausrichtung der Antennen Mobilität Antennennachführung notwendig ständig veränderliche Kapazität KASYMOSA QoS über veränderliche Links mit hohem Delay 19

20 Selbstorganisation Selbstorganisation: Realisierung gewünschten Verhaltens als Resultat der Interaktion beteiligter Systeme keine zentrale Kontrolle typisch: einfache Regeln für das Einzelsystem, komplexes Verhalten aus Kombination vieler Teilnehmer Beispiele: Optimierung von Funkparametern bei LTE Energieeinsparungen durch Ab-/Anschalten von Zellen 20

21 Controlled Mobility Mobilität zur Erstellung von: Multi-Hop Netzen in Katastrophenfällen Delay Tolerant Networks ( Elektronische Brieftaube ) Werkzeug: UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) Copter-Lab im Zuse-Bau, Raum

22 Kontakt Technische Universität Ilmenau Dipl.-Inf. Markus Brückner fon: +49 (0) fax: +49 (0) Besucheradresse: Technische Universität Ilmenau Helmholtzplatz 5 Zusebau, Raum 1034 D Ilmenau 22