Viidennen sukupolven langattoman tietoliikenneverkon tavoitteet ja mahdolliset toteutustekniikat

Abstract

Langattoman tiedonsiirron ja langattomiin verkkoihin kytkeytyneiden laitteiden ja yhä pienempien esineiden määrän voimakas kasvu tuo nopeasti neljännen sukupolven matkapuhelinverkon kapasiteettirajan vastaan. Sen seurauksena viidennen sukupolven langattoman tiedonsiirtoverkon kehitystyö ja testaus on jo alkanut. Ensimmäinen 5G-verkko on tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2020.

5G-verkon tavoitteita on visioitu usealla eri taholla ja sieltä on noussut kolme eri käyttötapausten kategoriaa: parannettu liikkuva laajakaista, massiivinen konetyyppinen kommunikaatio ja äärimmäisen luotettavat yhteydet.

Uusia eri kehitysvaiheissa olevia mahdollisia tekniikoita on tarjolla useita 5G-verkon toteuttamiseksi, sekä sen tavoitteiden ja vaatimusten saavuttamiseksi. Niistä potentiaalisimmat ovat: moniradiotekniikka, edistynyt verkko, edistynyt moniantennitekniikka, adaptiivinen koodaus ja modulaatio, edistynyt laitteelta laitteelle kommunikointi, edistynyt piensolu, itseorganisoituva verkko ja millimetriaaltojärjestelmä. Lisäksi uusien taajuusalueiden löytäminen ja tehokas käyttö ovat avainasemassa 5G-verkon kapasiteettivaatimusten täyttämisessä.

Työssä on esitetty tarkemmin 5G-verkon vaatimukset ja luotu katsaus potentiaalisiin toteutustekniikoihin. Lisäksi on esitetty lyhyt katsaus Oulussa rakennettavaan 5G-testiverkkoon ja siihen liittyvään tutkimukseen.

The amount of wireless data and the number of internet connected devices are increasing considerably. This development is bringing the 4G-networks’s capacity to the limit. For this reason study and research for the new 5G-network has started. First 5G-network is planned to operate in 2020.

5G-networks requirements have been studied in number of different venues and three different main use case categories has risen: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Massive Machine Type Communications (mMTC) and Ultra-Reliable Communications (URC).

There are many new 5G-network enabling techniques ready in different study phases. Most potential techniques are: Multi-Radio Access Technology (Multi-RAT), Advanced Network, Multiple-Input and Multiple-Output (MIMO), Adaptive Coding and Modulation (ACM), Device-to-Device communication, Advanced Small Cell, Self‐Organising Network (SON) and mmWave system. Also new frequency bands are looked at to find more capacity for the system.

In this work 5G-requirements and potential enabling techniques are discussed more in detail. 5G-test network and research in Oulu are also presented.