2020 年の 5G 実現とその発展 株式会社 NTT ドコモ 5G 推進室
5G が目指す世界 ( 目標性能 ) 世界的にほぼ共通の要求条件が合意されている今後 3GPP, ITU-R にて 評価条件とともに具体的な要求条件を決定 容量 /km 2 1000 倍 大容量化 高速通信 ユーザ体感スループット 100 倍 ( ピークデータレート 10Gbps 以上 ) 5G 低遅延化 無線区間の遅延 1ms 以下 多数の端末との接続 低コスト & 省消費電力 同時接続端末数 100 倍 ( 人が密集する環境,M2M 等 ) ネットワークと端末の低消費電力化 ( バックホールの低コスト化を含めて ) 1
2020 年の 5G 実現に向けたロードマップ 2010 2016 2020 各国 地域 5G プロジェクト 本年 5G システム総合実証試験 (2017~) 5G 技術コンセプトの検討 5G 標準化 5G リアルタイムシミュレータ開発 5G 要素技術検討及び実験 商用装置開発 商用化
2020 年以降における 5G の継続的発展 5G は 2020 年以降も新技術, 新周波数を柔軟に追加して発展し, さらに高い要求性能を実現する将来への拡張性に優れた無線通信システム 2020 2025 2030 5G 5G+ 5G New RAT の導入 (Tight interworking with LTE) 2020 年までに利用可能な周波数帯を利用 ( 既存バンド含む ) 無線技術のさらなる高度化 ( さらに超多素子な Massive MIMO など ) さらに幅広い周波数帯を追加利用 周波数 ピーク : 数 Gbps ピーク : 10Gbps 以上 3
5G/5G+におけるユースケースの段階的サポート 5G will support both embb and IoT use cases together with LTE evolution 5G in 2020 5G+ embb use cases embb use cases elte New RAT elte New RAT Massive MTC IoT Critical MTC Massive MTC IoT Critical MTC New RAT will mainly focus on embb use cases New RAT will be enhanced for all use cases
Data Rate Improvements Toward 2020 and Beyond User data rate (Downlink) Continuous improvement of user experienced throughput toward 5G/5G+ 10 Gbps 10000000 1 Gbps 1000000 100 Mbps 100000 10 Mbps 10000 1 Mbps 1000 100 kbps 100 10 10 kbps 1995 2025 2000 2005 2010 2015 2020 Data rate increase will continue (approx. 100x per 10 years) (quasi-moore law) WCDMA HSDPA Peak Average LTE LTE-Advanced Ave. ~2Mbps, Peak 14Mbps 5G 5G Ave. ~1Gbps Peak ~5Gbps Ave. ~240Mbps, Peak ~600Mbps Ave. ~24Mbps, Peak 150Mbps 5G+ Ave. ~4Gbps Peak >10Gbps 5
5G 伝送実験
5G Experiments w/ Ericsson @ 15 GHz 730 MHz bandwidth in center frequency 15 GHz BS forms a beam per one uniform planar array with 64 antenna elements UE receives signals coming from all around directions Antenna elements(h-pol) Base station(bs) antenna unit User equipment(ue) antenna 7
5G Experiments w/ Ericsson @ 15 GHz 8 屋外マルチビーム MIMO 実験 超多素子アンテナ 小型基地局アンテナ装置 移動局装置 #1 基地局アンテナ装置 約 9m 約 3m ピーク通信容量 (2 ユーザ合計 ) 移動局装置 #2
5G Experiments w/ Ericsson @ 15 GHz 9 屋外ビームフォーミング実験 基地局アンテナ装置 移動局装置 #2 約 100m 約 120m
5G Experiments w/ Huawei @ 2.3 GHz 10 Existing bands UHF bands Ex. 800MHz, 2GHz Exploitation of higher frequency bands Low SHF bands 3-6GHz High SHF bands 6-30GHz EHF bands > 30GHz Trial for 5G cellular radio access Frequency band: 2.3 GHz Frequency bandwidth: ~ 200 MHz Frequency 5G new radio access technology for Mobile Broad Band(MBB) and Internet of Things(IoT) High capacity High data speed Low delay High reliability Massive device connectivity
Field trial at Chengdu, China 33.8bps/Hz/cell of spectrum efficiency is achieved with 24 MU-MIMO 30 % improvement, 43.9 bps/hz/cell, of spectrum efficiency using non-linear precoding technique 11
5G Experiments w/ Samsung @ 28 GHz Existing bands UHF bands Ex. 800MHz, 2GHz Exploitation of higher frequency bands Low SHF bands 3-6GHz High SHF bands 6-30GHz EHF bands > 30GHz Trial for 5G cellular system with Samsung Carrier frequency: 28 GHz Bandwidth: 800 MHz Frequency Trial for 28 GHz band super-wideband transmission Beamforming and beam tracking control using Massive MIMO (96- element) antenna array at base station Evaluating the feasibility of super high bit rate transmission using 28 GHz band with bandwidth of 800 MHz by indoor and outdoor experiments 12
5G Experiments w/ Samsung @ 28 GHz 13 Experimental Site: Samsung Digital City, Suwon, Korea BS MS Maximum rate of 3.77 Gbps can be achieved in indoor LOS environment Even in the presence of human body shadowing, throughput of over 1.8 Gbps can be kept
5G Experiments w/ Samsung @ 28 GHz 14 Experimental Site:Public road near Samsung Digital City, Suwon, Korea BS at rooftop of building MS (smartphone-size antennas on top of vehicle) MS speed View from top of building View inside vehicle Beam tracking can achieve max 2.59 Gbps at moving speed of almost 60 km/h BF technology enables over 1 Gbps transmission at a point that is almost 200 m away from BS
15 5G Experiments w/ Nokia @ 70GHz Single carrier & beamforming technology using millimeter wave Center freq. Bandwidth Antenna Beam width 73.5 GHz 1 GHz Lens antenna 3 deg. 2Gbps AP (Access Point): Beamforming with Lens antenna UD (User device)
5G Experiments w/ Nokia @ 70GHz AP(Access Point) Antenna UD(User Device) Roppongi Hills high-rise complex in Tokyo on October 13 Achieved maximum data-receiving speed of more than 2Gbps 16
17 2020 年の 5G 実現と 5G+ に向けた伝送実験 2017 年以降, より大規模な 5G システム実験や 5G+ に向けた技術検証のための実験を実施予定 5G 伝送技術 未来のアプリケーション候補 +