Alokacja nowych częstotliwości dla usług transmisji danych aspekty techniczne i biznesowe Prof. Witold Hołubowicz UAM Poznań / ITTI Sp. z o.o. Poznań Konferencja Polskiej Izby Informatyki i Telekomunikacji Warszawa, 9 czerwca 2010
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Wprowadzenie (1) Porównanie systemów transmisji danych ze względu na mobilność oraz szybkość transmisji danych Pożądany kierunek ewolucji Aktualny kierunek ewolucji Źródło: K. Wesołowski Długookresowa ewolucja systemu UMTS 3GPP LTE 4
Wprowadzenie (2) Obecnie używane oraz planowane do wykorzystania widmo częstotliwości używane przez terminale komórkowe: 800 MHz 900 MHz 1800 MHz 2100 MHz FDD 2100 MHz TDD 2600 MHz TDD 2600 MHz FDD Źródło: UMTS Forum White Paper
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych (1) q Wzrost wartościowości modulacji - zamiana symboli binarnych na 4-wartościowe podwaja przepustowość - wymagana lepsza jakość kanału telekomunikacyjnego i/lub bardziej skomplikowane algorytmy odbioru - często bywa stosowane adaptacyjnie q Częstotliwości wzrost pojemności i/lub efektywności: - hurtowe oferowanie pojedynczych kanałów - nowe pasma częstotliwości (ale mniej korzystne, trudniejsze!) - odzyskane kanały częstotliwościowe (najcenniejsze, bo umożliwiające realizację większych zasięgów - szersze kanały - umożliwiają bardziej efektywne wykorzystanie widma, ale są trudniejsze w zarządzaniu 7
Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych (2) Anteny wielokrotne - tradycyjnie SISO (single input single output) - odbiór zabiorczy (BSx2, MSx1, ale jeden sygnał!) - MIMO (multiple input multiple output) - wymagane bardziej skomplikowane algorytmy obróbki! Anteny inteligentne - wąski promień śledzi indywidualnych użytkowników - w efekcie SDMA (space division multiple access) Nowsze technologie wielodostępu - OFDM (4G) lata 10-te i dalej - CDMA (3G) lata 00-te i dalej - TDMA (2G) lata 90-te i 00-te i dalej - analogowe (1G) lata 80-te i 90-te Adaptacyjne dostosowywanie parametrów 8
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Ewolucja standardów bezprzewodowych Źródło: Jacek Figuła LTE Lower TCO and Superior User Experience 10
Ewolucja 3G 11
HSPA+ (1) Opóźnienia jak i szybkości transmisji porównywalne z LTE Efektywne wykorzystanie widma Maksymalne osiągi na CDMA Wybrane unowocześnienia w Rel. 7 wyższe wartościowości modulacji BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM MIMO G-RAKE Wsteczna kompatybilność z Rel. 99 Źródło: Enhanced High-Speed Packet Access HSPA+ 12
HSPA+ (2) Kanał w dół przepływności ponad 40 Mbit/s Kanał w górę przepływności ponad 11 Mbit/s Przełączanie wiązki Źródło: Enhanced High-Speed Packet Access HSPA+ 13
HSPA / HSPA+ Pojemności sektorów Źródło: HSPA+ for Enhanced Mobile Broadband, Qualcomm Incorporated, 2.2009 14
HSPA / HSPA+ Pojemności sektorów Standardy UMTS++ są na etapie dojrzałego rozwoju oraz oferują zasadniczo lepsze parametry, zarówno jakościowe jak i ilościowe w stosunku do standardów 3G (UMTS) Źródło: HSPA+ for Enhanced Mobile Broadband, Qualcomm Incorporated, 2.2009 15
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Zasięgi a przepustowość ang. cell breathing 3,5 3 2,5 2 Zmienność zasięgów komórek w zależności od szybkości transmisji okazała się znacznie większa niż się spodziewano 1,5 1 zasięg [km] 0,5 0 32 kb/s 64 kb/s 128 kb/s 384 kb/s 768 kb/s 2048 kb/s zasięg pojemność 17 Źródło: UMTS Forum Technical Report
HSPA+ zasięgi i przepustowości 18
UMTS w paśmie 900 MHz i 2000 MHz Usługa Pasmo 2GHz Pasmo 900 MHz Redukcja 64kbit/s, komutacja łączy 224 90 60% 384kbit/s, komutacja pakietów 468 181 61% Źródło: UMTS/HSPA broadband services in the 900 MHz band: Strategies and Deployment, UMTS Forum White Paper 19
Case study wdrażanie GPRS (rok 200x) Wprowadzanie terminali GPRS w Polsce: Lipiec operator A ogłasza wdrożenie GPRS i pokazuje usługi Wrzesień operator B jw. Październik operator C pokazuje wdrożenia GPRS realizowane u siebie od kilku miesięcy Grudzień do Polski docierają pierwsze partie terminali GPRS testy pokazują, że ok. 60% jest wadliwa Lato 200x+1 terminale GPRS są w zasadzie przetestowane i wdrożone do działania w sieci
Cannes 2003 Punkt widzenia dostawcy terminali i infrastruktury Push-To-Talk rola Internetu..... 21 Source: Ovum, April 2002, EMC Cellular Forecasts
Jedna z prognoz rozwoju rynku 22
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Wnioski z rozwoju 2G/3G Standard 4G - LTE Podsumowanie
Częstotliwości dla LTE Przydział częstotliwości w Polsce - wykorzystanie w LTE Praca równoległa z UMTS Podstawowe pasmo LTE Opcjonalnie w przyszłości Źródło: Marcin Ney, Maciej Zengel Potencjał rynkowy LTE w Polsce 24
LTE charakterystyka Elastyczność systemu wyjście naprzeciw wymaganiom klientów różnego pokroju Pełne wsparcie dla IP wymagana architektura all-ip Sprostanie wymaganiom aplikacji i usług: szybkość transmisji danych w kanale o szerokości 20 MHz: w dół 100 Mbit/s w SISO, 173 Mbit/s 2x2 MIMO, 326 Mbit/s 4x4 MIMO w górę 58 Mbit/s 16-QAM, 86 Mbit/s 64-QAM odpowiednio niższe dla węższych pasm Praca w trybie: TDD (ang. Time Division Duplex) FDD (ang. Frequency Division Duplex) FDD TDD Źródła: LTE na świecie a możliwości rynkowe w Polsce ; Nowoczesne technologie: WiMAX jako alternatywa sieci GSM, GPRS i UMTS 25
LTE charakterystyka Elastyczność systemu wyjście naprzeciw wymaganiom klientów różnego pokroju Pełne wsparcie dla IP wymagana architektura all-ip Sprostanie wymaganiom aplikacji i usług: szybkość transmisji danych w kanale o szerokości 20 MHz: w dół 100 Mbit/s w SISO, 173 Mbit/s 2x2 MIMO, 326 Mbit/s 4x4 MIMO w górę 58 Mbit/s 16-QAM, 86 Mbit/s 64-QAM odpowiednio niższe dla węższych pasm Praca w trybie: TDD (ang. Time Division Duplex) FDD (ang. Frequency Division Duplex) Architektura All IP nadal stanowi duże wyzwanie technologiczne choć pożądana już w systemach 3G i inwestycyjne dla operatorów FDD TDD Źródła: LTE na świecie a możliwości rynkowe w Polsce ; Nowoczesne technologie: WiMAX jako alternatywa sieci GSM, GPRS i UMTS 26
LTE charakterystyka Elastyczność systemu wyjście naprzeciw wymaganiom klientów różnego pokroju Pełne wsparcie dla IP wymagana architektura all-ip Sprostanie wymaganiom aplikacji i usług: szybkość transmisji danych w kanale o szerokości 20 MHz: w dół 100 Mbit/s w SISO, 173 Mbit/s 2x2 MIMO, 326 Mbit/s 4x4 MIMO w górę 58 Mbit/s 16-QAM, 86 Mbit/s 64-QAM odpowiednio niższe dla węższych pasm Praca w trybie: Architektura All IP nadal stanowi duże wyzwanie technologiczne choć pożądana już w systemach 3G i inwestycyjne dla operatorów Do uzyskania pełnej funkcjonalności usługowej FDD TDD TDD (ang. Time Division Duplex) wystarczy w zupęłności pasmo 20 MHz (pewne ograniczenia przy paśmie 10 MHz) FDD (ang. Frequency Division Duplex) przydział pasma powyżej 20 MHz nie wnosi atutów jakościowych dla operatora lub użytkownika Źródła: LTE na świecie a możliwości rynkowe w Polsce ; Nowoczesne technologie: WiMAX jako alternatywa sieci GSM, GPRS i UMTS 27
LTE charakterystyka (cd.) Obszar pokrycia: do 5 km optymalna praca systemu do 30 km niewielka strata jakości do 100km wymagane odpowiednie zakresy częstotliwości Kanały o szerokości 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz Współpraca z MIMO na łączu: w dół: 4x2, 2x2, 1x2, 1x1 w górę : 1x2, 1x1 Poprawa efektywności widma: 3-4 razy wobec HSDPA dla MIMO (2,2) 2-3 razy wobec kanału transportowego E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) w górę dla MIMO (1,2) 28
LTE charakterystyka (cd.) Obszar pokrycia: do 5 km optymalna praca systemu do 30 km niewielka strata jakości do 100km wymagane odpowiednie zakresy częstotliwości Kanały o szerokości 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz Współpraca z MIMO na łączu: w dół: 4x2, 2x2, 1x2, 1x1 w górę : 1x2, 1x1 Poprawa efektywności widma: 3-4 razy wobec HSDPA dla MIMO (2,2) Realizacja pokrycia na terenach podmiejskich i wiejskich wymaga pasm w zakresie niskich częstotliwości (<1 GHz) 2-3 razy wobec kanału transportowego E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) w górę dla MIMO (1,2) 29
Standardy 3G / WiMAX / 4G Źródło: Jakub Borkowski - Porównanie sieci komórkowych 4G 30
Plan prezentacji Wprowadzenie Mechanizmy rozwoju systemów bezprzewodowych Ewolucja standardów 2G/3G Standard 4G - LTE Wnioski z rozwoju 2G/3G Podsumowanie
Efektywność wykorzystania widma Na wykresach tego typu porównuje się wartości docelowe systemów, ale w danej chwili systemy 3G są na etapie dojrzałym ale systemy 4G na etapie początkowego rozwoju Źródło: LTE Lower TCO and Superior User Experience 32
Podsumowanie Doceloweparametry standardów LTE są zdecydowanie lepsze niż obecne parametry systemów 3G, ale obecne parametry obu systemów są porównywalne Standardy 3G++ są na etapie dojrzałym, ale nadal się intensywnie rozwijają i mają jeszcze przez kilka lat duży potencjał Standardy 4G są na etapie początkowym i mają przed sobą jeszcze sporo barier do pokonania Doświadczenia z rozwoju systemów 2G/3G pokazują, że długość okresu wdrażania nowych technologii i bariery techniczne są zwykle niedoszacowywane Jeśli LTE ma uzupełnić to co obecnie obsługuje UMTS to pasmo 800 MHz jest ważniejsze niż pasmo 2,6 GHz