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Aspectos técnicos de la tecnología 5G

Mag. Oscar Enrique Llerena Castro

PODER TRANSFORMADOR DE LA SOCIEDAD

Aspectos Técnicos del 5G

¿Cómo es una red de datos móviles?


Javier More Sanchez, “Capa 1: Redes de transporte y espectro para 5G en el Perú, LACNIC2020


LTE-Advanced – Release 10 - 13


Rahnema, M., & Dryjanski, M. (2017). From LTE to LTE-Advanced Pro and 5G. Artech House.


Roadmap del 5G


TSG-SA

(Arq. & Servicios)

TSG-RAN

(Radio-acceso)

IoT Masivo

Com. Críticas

eMBB

Ch. Modeling > 6GHz

Nuevas RAT

NexGen Acceso Tec.

5G FaseI: eMBB/uRLLC

Modo NSA 5G

FDD/TDD

Bandas < 6GHz

BW hasta 300 MHz

uLLC

Dual Connection

5G FaseII: mMTC

Modos SA 5G

Bandas mmW

IoT Industrial

Cellular IoT

NB-IoT/LTE-M

V2X arch

Acceso Sat. 5G

Despliegues:

NSA/SA

HetNets

mMIMO

Beamforming

Rural/Urbano

https://www.3gpp.org/release-15


¿Qué es el 5G?


Holma, H., Toskala, A., & Nakamura, T. (Eds.). (2020). 5G Technology: 3GPP New Radio. John Wiley & Sons.


Tecnologías clave para 5G




1. Nuevo espectro


Rahnema, M., & Dryjanski, M. (2017). From LTE to LTE-Advanced Pro and 5G. Artech House.


1. Nuevo espectro



Bandas licenciadas y no-licenciadas:


1. Nuevo espectro



Ejemplo:

Bandas licenciadas y no-licenciadas:


1. Nuevo espectro


En bandas mmW sólo el oxígeno y el

vapor de agua contribuyen con la

absorción.

Frecuencias usadas para 5G:

28 GHz y 38 GHz, dado que la

atenuación es 0.12 y 0.016 dB.

Disminuir la temperatura incrementa

la presión, y a mayor presión, mayor

densidad de las moléculas,

presentándose mayor atenuación.



2. MIMO masivo & Beamforming


Fórmula para estimar el throughput de red [bit/s/km²]:

𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡= 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎 ⋅ 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜 ⋅ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙 bit/s/km² celda/km² Hz bit/s/Hz/celda

Típicamente, BS en los techos de las casas y sirviendo a

usuarios.

Densidad de celda: # de celdas por km².

Espectro: cantidad de ancho de banda.

Eficiencia espectral: incrementar la densidad de celdas

ayuda pero sólo hasta cierto punto. Se necesita

proporcionar verdadera cobertura.

Si queremos incrementar el thoughput, debemos considerar

esos puntos.

Bjornson, E., Van der Perre, L., Buzzi, S., & Larsson, E. G. (2019). Massive MIMO in sub-6 GHz and mmWave: Physical, practical, and use-case

differences. IEEE Wireless Communications, 26(2), 100-108.




Escenario alta densidad de BS:

Tenemos más picos pero las caídas son más rápidas y más

posibilidad de interferencia.

Bjornson, E., Van der Perre, L., Buzzi, S., & Larsson, E. G. (2019). Massive MIMO in sub-6 GHz and mmWave: Physical, practical, and use-

case differences. IEEE Wireless Communications, 26(2), 100-108.

Escenario baja densidad de BS:

Cerca de las BS, buena efic. Espectral

Lejos de las BS, performance mediocre!




Lo que se persigue es conseguir mejor performance, que la señal sea más fuerte para obtener mejor eficiencia espectral

(3 o 4 bits/s/Hz). Para los usuarios en el borde de las celdas se desea una señal más fuerte sin empeorar los niveles de

interferencia. Ello no se resuelve incrementando la densidad de celdas. Una solución es el beamforming.






Misma potencia de transmisión

El color indica el path loss en dB

“M” antenas por estación base

Lóbulo principal enfocando al usuario

Más antenas

Haces más angostos (tipo láser)

Ganancia del arreglo 10 log10(M) (dB)

Menos fuga de “señal” hacia otras direcciones






Algunas configuraciones de antenas para

MIMO masivo:

Beamforming transmitiendo flujos de data

independientes pre-codificados simultáneamente a

múltiples usuarios:



3. Network Slicing


Network slicing surge por la necesidad de emplear técnicas de virtualización para crear redes virtuales, “tajadas” o slices de red,

empleando la misma infraestructura física y uso común de espectro. Como ejemplo, es posible crear un slice de red para servicios

de banda-ancha móvil, y otra para aplicaciones mMTC y otra optimizada para automatización industrial. Cada slice de red, desde

afuera, es una red independiente con sus propios recursos y sus propias capacidades optimizadas para un conjunto de

aplicaciones para el cual fue diseñado.


3. Network Slicing


En LTE, las redes core virtualizadas

permiten expandir a nuevos servicios (IoT,

MBB, etc.) o para proveer servicios core

específicos. En la práctica la virtualización

del EPC no estaba especificado en el Rel

10 – 13.

Por ello, uno de los requerimientos de

arquitectura para el core de 5G es el

soporte de:

NFV (Virtualiz. de Funciones de red) y

SDN (Software Defined NetWorking).

Adicionalmente, se contempla que las

capacidades de la red core 5G sean

desplegadas en el cloud.



4&5. Arquitecturas de red & Dual Connectivity


Originalmente existen 08 opciones de

arquitectura de red:

Opción 3x: usa LTE como conexión ancla a

través del core LTE existente con el radio 5G

como celda secundaria. El radio 5G sólo usa

el plano de usuario (eMBB).

Opción 2: se refiere a la arquitectura con un

radio 5G conectado a un core 5G. Esto

permite todas las nuevas funcionalidades que

vienen con el 5G, tal como (SBA) o “network

slicing”.

El Rel15 ofrece servicios eMBB y uRLLC pero

cubre también los servicios de vozz sobre 5G.



Conclusiones


Conocimos las características tecnológicas más importantes que definen a la tecnología 5G y que le permiten

alcanzar los requerimientos establecidos en el Rel 15/16.

El 5G debe ser visto como una plataforma que pretende soportar conectividad inalámbrica de todo tipo de

dispositivos para cualquier requerimiento de servicio.

El uso de las bandas mmW es importante para satisfacer los escenarios eMBB; sin embargo, la performance

está sujeta a los desafíos del canal. Es importante realizar estudios y analizar las conclusiones de otras

investigaciones en cuando al modelamiento del canal en las bandas potenciales previo a su uso.

El ecosistema de Internet de las Cosas se verá claramente beneficiado por el 5G, así como las aplicaciones

que demanden ultra baja latencia (por ejemplo: eHealth, eGaming, etc.).

GRACIAS

INICTEL-UNI, en apoyo a

la transformación digital.

Oscar Enrique Llerena Castro [email protected]

mailto:[email protected]



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