SOLUKKORADIOJÄRJESTELMÄT A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari KärkkäinenSyksy 2015

MATKAPUHELINVERKON PELKISTETTY IDEA Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 2

SOLUKON IDEA: TAAJUUKSIEN UUDELLEENKÄYTTÖ 1/r vaimenemislain vuoksi D CP :n välein voidaan sama taajuus ottaa uudelleen käyttöön. Tyypilliset uudelleenkäyttökertoimet: CDMA 1, AMPS 7, GSM 12 Kännykän solun vaihtoon liittyy kättelyn -käsite (handover, handoff). Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 3

RADIOSIGNAALIN VAIMENEMINEN Signaali vaimenee 1/r n -lain mukaisesti. n = path-loss exponent n on tyypillisesti kaupunkiympäristössä. Vain ilmailu- ja avaruussovelluksissa päästään lähelle 1/r 2 –lain mukaista vapaan tilan vaimenemismallia. Taajuusalue vaikuttaa antennin kautta: mitä suurempi taajuus (lyhempi ), sitä nopeammin signaali vaimenee etäisyyden kasvaessa. Taustalla Friisin siirtoyhtälö, joka huomioi antennit. G r, G t = antennivahv., d = etäisyys, L = häviökerroin ≥1 (suod., antennit, jne.), A e = antennin efektiivinen pinta-ala. Siksi solun koko 900 MHz:n alueella (esim. NMT-900, 2G:n GSM, 3G:n 900 MHz UMTS/WCDMA) on suurempi kuin 2 GHz:n lähellä olevissa järjestelmissä (esim. 3G UMTS/WCDMA). Solukokoa pienentämällä radiotaajuuskaista & verkon kapasiteetti tulee paremmin hyödynnetyksi. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 4

ETENEMISVAIMENNUS, HIDAS & NOPEA HÄIPYMINEN Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 5 Large-scale fading (shadowing) Small-scale fading

SOLUKKORADIOJÄRJESTELMÄN SOLUN KOKO Käsitteet mega-, makro-, mikro-, nano-, piko- ja femtosolu. Karkeita solukokoja: mega (  n  1000 km), makro (<40 km), mikro (<2 km), nano (  n  100 m), piko (<200 m), femto (  n  10 m) riippuvat keskitaajuudesta ja ympäristöstä. Koot eivät täsmällisesti määriteltyjä. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 6

2G GSM-VERKKO PELKISTETYSTI Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 7 PSTN = public switched telephone network, MSC = mobile switching center HLR = home location register, VRL = visitor location register BSS = base station subsystem, BSC = base station controller BTS = base transceiver station, AI = air interface, MS = mobile equipment

2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 8

2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 9

2G GSM-VERKKO TARKEMMIN (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 10

3G UMTS-VERKKO TARKEMMIN (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 11

ESIMERKKEJÄ MATKAPUHELINJÄRJESTELMISTÄ (S) A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari KärkkäinenSyksy 2015

AMPS, GSM JA IS–95 (USA:N 2G CDMA) (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 13 FDMA-käyttö eri siirtosuuntien Uplink & Downlink- erotteluun

LANGATTOMIA JÄRJESTELMÄSTANDARDEJA (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 14

5G TULEE … (S) ”10 x parempi” kuin 4G Standardointi käynnistymässä Toiminnassa 2020-luvulla A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari KärkkäinenSyksy 2015

5G-AIKATAULU (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 16

5G-AIKATAULU (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 17

5G-VISIOITA (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 18 Ei vielä tiedetä tarkasti mitkä verkon lopulliset ominaisuudet, palvelut ja liiketoimintamallit ovat  vasta visiointiasteella. Tukeutunee aluksi pitkälti/osittain 4G-järjestelään. V lopussa alkanut standardointivaihe (ITU jne.).

5G-VISIOITA (S) IoT = Internet of Things eräänä johtoajatuksena  laitteet ja sensorit kytkeytyvät nettiin (omat IP-osoitteet)  elämä & koti verkottuu. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 19 1 Bn = 1 Giganode, 1 EB = 1 Exabyte = bytes

5G-VISIOITA (S) E2E = verkon päästä päähän viive kahden solmun (node) välillä. Air latency = viive tukiasemalta kännykälle. Viiveiden tavoite 1/10-osaan nykyisestä. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 20

5G-VISIOITA (S) Vaalean harmaa = 4G, tumman harmaa = 5G tavoitesuorituskyky Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 21

5G-VISIOITA (S) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 22

5G-VISIOITA (S) Millimetritaajuusalue käyttöön rajoitetulle alueelle (pieni solu). mm-aallot eivät kanna pitkälle ulkotiloissa (vesihöyry absorboi). Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 23

5G-VISIOITA (S) Verkon viipalointi: eri vaatimuksia omaavien palveluiden jakaminen eri verkkoviipaleisiin. 5G-viipale (Slice) koostuu joukosta toimintoja ja radioverkkoasetuksia, joita yhdistää siihen sidottu käyttötapaus ja liiketoimintamalli. Kaikii viipaleet eivät pidä sisällään samoja toimintoja. Esim. IoT –tasolla vähiten/riisutusti kontrollia (liikkuvuuden tuki ja sen vaatima signalointi) Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 24 RAT = Radio Access Technology D2D = Device to Device CP = Control Plane UP = User Plane

5G-VISIOITA (S) Device to Device (D2D) communication ilman erillistä verkon ohjausta. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 25

5G-TUTKIMUS OULUSSA (S) Oulussa rakennetaan sekä avoin (OY) että suljettu (VTT) testiverkko. Tietoliikennetekniikan osasto & CWC mukana hankkeeessa. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen 26 Tutkimuspartnerien omat testiympäristöt Oulun ulkopuolella olevat muiden toimijoiden testiympäristöt