Tecnologías para 5G

Los requisitos, los desafíos y las Tecnologías para 5G de Telecomunicaciones Terrestres móvil

RESUMEN 
En este artículo se resumen los requisitos y retos de la comunicación móvil 5G. En primer lugar, los requisitos esenciales para 5G se señalan, incluyendo un mayor volumen de tráfico, el tráfico interior o al punto de acceso, y el espectro, la energía y la eficiencia de costes. Junto con estos cambios de requisitos, se presenta un cambio de paso potencial para la evolución hacia 5G, lo que demuestra que las rutas coexistentes macro-local y de coordinación reemplazarán una ruta dominada macro como en 4G y antes. Nosotros aquí en adelante discutiremos las tecnologías emergentes para 5G dentro de las telecomunicaciones móviles internacionales. Retos y orientaciones en hardware, incluidos los circuitos integrados y componentes pasivos, también se discuten. Por último, una imagen completa de la evolución de 5G se predijo y se presentó.

INTRODUCCIÓN

 
Especificaciones telecomunicaciones móviles internacionales (IMT)-Avanzados de Cuarta Generación (4G) de Telecomunicaciones Móviles Terrestres fueron aprobadas por el Sector de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Estándares (UIT-R) en enero de 2012. Mientras tanto, el espectacular crecimiento de los servicios móviles de datos impulsada por Internet inalámbrico y dispositivos inteligentes ha desencadenado la investigación de 5G para la próxima generación de telecomunicaciones móviles terrestres.
Requisitos de tráfico móviles han demostrado diferentes características que introducen un impacto significativo en las futuras arquitecturas de los sistemas móviles, los desarrollos tecnológicos y la evolución. Estas características incluyen:
Volumen de tráfico grande: aumentos del orden de varias magnitudes. La tasa de crecimiento anual compuesto para el período 2012-2016 es de 78 por ciento [1]. Ahora, la industria se está preparando para un asombroso 1.000 veces de aumento de tráfico de datos a partir de 2020.
Aumento de interior o al punto de acceso del tráfico: domina el tráfico móvil. Actualmente, el 60 por ciento del tráfico de voz y el 70 por ciento del tráfico de datos que sucede en el interior; en el futuro, el tráfico interior / punto de acceso puede acercarse al 90 por ciento.
Mayor asimetría del tráfico de datos: La relación de enlace descendente de enlace ascendente de tráfico fue de alrededor de 6:01 en 2010, y la proporción podría elevarse a 10:01 durante los próximos cinco años [2] como la proporción de tráfico de vídeo en el tráfico total de móviles crece.
Un gran número de abonados: se crean a partir de aplicaciones (M2M) de máquina a máquina, que se estiman en 100 veces o más de abonados a la telefonía móvil. Consumo de energía: para las futuras redes móviles puede ser necesario reducir del orden de varias magnitudes.
Las futuras redes móviles se enfrentarán grandes desafíos, incluyendo una mayor capacidad, mayor ESEMPEÑO, menor consumo de energía, mayor eficiencia del espectro, más recursos espectrales, y menor costo. 
La arquitectura legado de los sistemas móviles terrestres difícilmente cumplir con esos requisitos y desafíos en 5G. Nuestra predicción es que un cambio de paso con el tiempo a pasar en 5G.

PASO CAMBIO: DE MACRO DOMINADOS EVOLUCIÓN DE MACRO-LOCAL COEXISTENTE Y COORDINACIÓN EVOLUCIÓN

Un concepto de la zona de acceso inalámbrico nómada / local se ha mencionado al principio del modelo de marco de las IMT en el UIT-R. Pero en el sistema actual 3G/4G, los diseños de los sistemas se basan principalmente en las perspectivas y necesidades de la macro-celda.
La primera razón es que el objetivo principal de 3G/4G es alcanzar una cobertura consistente para los mismos servicios en ambos escenarios al aire libre y bajo techo.
La segunda razón es para mantener la compatibilidad con versiones anteriores para los dispositivos tanto en exteriores como en interiores. Por lo tanto, los diseños basados ​​en el escenario macro no siempre son buenos para el escenario bajo techo. En 3G, estas consideraciones eran razonables. Pero en 5G, donde las condiciones serán completamente diferentes, los servicios son en capas e inconsistente.
Los servicios de voz y servicios de datos moderados son siempre coherentes en todo el sistema, pero la mayoría de los servicios de alta velocidad de datos siempre están aislados y se encuentran en sólo en interiores o hotspots. Además, 5G será un marco heterogéneo, y compatibilidad con versiones anteriores no será obligatorio tanto en interiores como en exteriores. La mejora de los equipos de usuario (UE) proporciona la capacidad de soportar conexiones simultáneas tanto en interiores como se romperán esté al aire libre obstáculos anteriores.
Por lo tanto, un cambio fundamental se producirá en 5G. Se predice que habrá coexistencia de dos y de coordinación caminos de evolución de un camino macrobased IMT y una ruta basadas local de las IMT en lugar de una ruta de acceso-dominado macro como en 4G y antes. Un perfil general para el cambio se muestra en la figura. 1, y las razones son analizados en base a los siguientes aspectos clave.

[pic 1]

REQUISITO DE DISTRIBUCIÓN PESADO DE SERVICIOS DE DATOS MÓVILES

En 5G, servicios de alta velocidad de datos en el interior y en zonas activas ocupan el volumen principal del tráfico de  servicios móviles. El diseño anterior de macro-dominada no será adecuado para cumplir con este cambio. Como resultado, un nuevo diseño, las IMT-basada local optimizado tanto para interiores y zonas activas, será necesario. IMT basado Local-tiene que coexistir y coordinarse con las IMT basado en macro.

IMPRESIONANTE CAPACIDAD DE DATOS MÓVILES (1000 veces) REQUISITO

La creciente del número de células será un medio muy eficaz para mejorar la capacidad del sistema, en una relación casi lineal [3] cuando se garantiza la relación señal-interferencia-más-ruido (SINR). Sin embargo, es imposible aumentar el número de las actuales pequeñas células por órdenes de magnitud debido a las limitaciones de diseño basado en la macro actual tales como la compatibilidad hacia atrás, el costo, la interferencia, la gestión de la célula, y los sitios de células. Pero en 5G, IMT-basada local puede ser introducida, y las células pequeñas puede ser diseñado desde una perspectiva local. Es completamente posible aumentar el número de células pequeñas en órdenes de magnitud cuando se adoptan nueva arquitectura y nuevas tecnologías. Según [3], el aumento del número de células pequeñas en el futuro lejano puede exceder de 100 veces el número actual.

REQUISITO DE CONSUMO DE ENERGÍA 

El consumo de energía se redujo significativamente en órdenes de magnitud en 5G. Pero es imposible en el marco actual y las estaciones base actuales [4]. Por ejemplo, el objetivo de la CE 7PM EARTH es disminuir el consumo de energía para las estaciones base en un 50 por ciento, basado principalmente en el marco actual. Sin embargo, es posible reducir la potencia a órdenes de magnitud mediante la descarga de los datos de la mayoría de las células pequeñas locales, dejando que las células inactivas de sueño, en el que coexisten-macro local y la coordinación de marco.

NUEVO REQUISITO DE ESPECTRO DISPONIBLE 

Para 2G/3G e incluso 4G, espectros más asignados son principalmente por debajo de 3 GHz. Además, el uso del espectro alcanza casi la máxima eficiencia. Un nuevo elemento de trabajo se establece así para buscar un nuevo espectro de posibilidades para el futuro de comunicaciones móviles terrestres. Parece que el nuevo espectro disponible para la generación futura es principalmente por encima de 3 GHz o incluso superior. Estos espectros son adecuados para escenarios locales para mejorar la capacidad en lugar de para un escenario macro para mejorar la cobertura. Esto proporciona la condición fundamental para el nuevo diseño de las IMT-basada local.

SIGNIFICATIVAMENTE RELAX EL REQUISITO DE COSTO 

Dado que los requisitos de RF y banda base en el chipset terminal actual se basan en los parámetros físicos que cumplan su gran movilidad y gran radio celular, el costo es difícil de ser reducido significativamente. Cuando se introduce IMT-basada local, el coste de los conjuntos de chips de RF y de banda base para el escenario local puede ser disminuida debido a los requisitos de rendimiento de RF y de banda base se relajaron para cumplir con baja movilidad y el radio de células pequeñas. Por otra parte, también se reducirá de manera significativa el costo de una celda pequeña, incluyendo el costo de mantenimiento y un sitio de la célula,.
De 2G a 3G y 4G a, el principio de diseño es para el diseño de cualquiera de los parámetros físicos primarios o el marco de base macro. Con el fin de cambiar la situación en cierta medida, un elemento de trabajo para que las células pequeñas, probablemente utilizando un nuevo tipo de vehículo, se introduce en el 3GPP Release 12. Sin embargo, grandes cambios van a ser muy difícil en 4G, debido a las limitaciones en el marco y compatibilidad con versiones anteriores. Este elemento de trabajo se finalizó en la reunión RAN # 61 en septiembre de 2013. Es por ello que sólo una pequeña rama se separó de la rama principal de macro-dominado en la fig. 1.
Junto con los requisitos para 5G, traerá este cambio de paso en algunas tendencias técnicas, que se describen en las siguientes secciones.

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