WTP/5GTBS 5G実現に向けたマルチバンド・マルチ … 5G実現に向けたマルチバンド・マルチアクセス多層セル構成におけるシステム間連携技術

WTP/5GTBS

5G実現に向けたマルチバンド・マルチアクセス多層セル構成におけるシステム間連携技術

2016年 5月25日-27日

パナソニック株式会社

2 Copyright 2016 Panasonic Corporation All Rights Reserved.

5Gの性能要件

5G

PJ-Ⅰ PJ-Ⅱ PJ-Ⅲ

超高速伝送超低遅延

超大量デバイスとの接続

省電力 & 低コスト

超大容量

平均伝送速度10～100倍

（ピークレート10Gbps以上）

100倍のデバイスとの接続 (M2M/IoT通信，過密エリア等)

ネットワーク及び端末の省電力化/コスト低減

無線区間伝送遅延 : 1ms以下

単位面積当たりの容量1000倍

相対値は2010年比

パナソニックの研究開発テーマ

マルチバンド・マルチアクセス多層

セル構成におけるシステム間連携技術


パナソニックが考える5G

第５世代移動通信の超大容量実現に向け、多様な周波数帯/RATを有効活用（マルチバンド・マルチアクセスシステム間制御技術）

周波数

RAT：Radio Access Technology

RAT

超大容量 ×1000

Licensed Band

RATを有効活用

LTE New RAT 802.11ac/ax 802.11ad ・・・・

スマートシティスマートファクトリー

スマートホーム/ライフコネクテッドモビリティ

Unlicensed Band

出典：総務省、電波政策2020懇談会モバイルサービスTF

遠隔医療完全自動運転

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パナソニックの５G技術

技術課題

研究開発内容セルラ系/非セルラ系の両システムについて，端末移動の観点，基地局の負荷や干渉の観点や，疎連携での無線LAN連携の観点において，QoEを確保可能な最適なセルを選択するマルチRAT制御技術の研究開発を行う

マルチバンド・マルチアクセス多層セル構成では，送信点が超高密度に設置されるが，端末のセル間移動による制御オーバーヘッドの増加，セル間干渉の発生，セル間のトラヒック偏在等の影響により，QoEおよびスループットが低下するという課題がある

■端末移動を考慮したセル選択方式

■疎連携での無線LAN連携を考慮したセル選択方式

研究開発計画 2015年度：無線リソース選択制御技術の方式検討 2016年度以降：実験装置による評価、アルゴリズム/性能改善

制御システム構成

ヘテロジーニアスネットワークにおける位置情報と通信履歴を用いた接続基地局候補選定方式特性評価

2016年 5月25日-27日

パナソニック株式会社 AVCネットワークス社


背景

• 第五世代システムの実現に向け利用可能周波数が大幅に拡大 – 既存無線システムの周波数を共用(6GHz以下)

– SHF/EHF帯等の高周波数帯の利用(6GHz以上)

干渉に配慮した既存システムとの周波数共用

高周波数帯を利用したスモールセル・セミマクロセルの有効活用

6GHz以下

6GHz以上


課題

• 利用可能な周波数の拡大に伴い、

– 最大10Gbpsの超高速通信が実現

– RAT種別増、測定周波数増

測定時間が増え、高容量セルでの通信時間が得られにくい

高速通信が可能なセルを通過する際に異周波を測定

セル半径が小さいため利用せず通過、又は利用時間が短い

High-SHF UHF

5G Heterogeneous Network

802.11ac 802.11ad

移動移動移動

Low-SHF

スモールセル・セミマクロセルの有効活用には、効率の良い測定方法が必要


提案方式

High-SHF UHF 802.11ac 802.11ad

• 端末の位置情報に基づき、過去の通信履歴から測定する周波数を絞込む方式を提案

GNSS

通信履歴

位置A

選択

移動

位置B H-SHF

選択

移動通信履歴

802.11ac

H-SHF (f1) 20Gbyte

位置A

Low-SHF

位置B

802.11ac(f3) 4Gbyte

各位置において実績のある測定対象を優先する事で、測定時間を短縮しスモールセル・セミマクロセルでの通信時間を増大


通信履歴データベース(学習フェーズ)

• 通信履歴データベースは端末内に保持し、通信量、スループット等の実績値をメッシュ単位で蓄積

ID151

ID153

ID152

ID154

ID155

ID156

ID157

ID158

ID159

ID160

ID161

ID162

ID163

ID164

ID165

ID166

通信履歴

UHF 50MB

メッシュID = f(緯度, 経度)

UHF 70MB

HSHF 2GB

802.11ac 500MB

UHF 20MB

ID RAT 周波数実績

－－－－

通信履歴DB ID RAT 周波数実績

155 UHF Freq1 50MB

156 UHF Freq1 70MB

157 HSHF Freq2 2GB

161 802.11ac Freq3 500MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


通信履歴データベース(学習フェーズ)

• 通信履歴データベースは端末内に保持し、通信量、スループット等の実績値をメッシュ単位で蓄積

ID151

ID153

ID152

ID154

ID155

ID156

ID157

ID158

ID159

ID160

ID161

ID162

ID163

ID164

ID165

ID166

通信履歴

HSHF 3GB

UHF 50MB

HSHF 4GB

802.11ac 300MB

LSHF 800MB 通信履歴DB


155 UHF Freq1 50MB

156 UHF Freq1 70MB

157 HSHF Freq2 2GB

161 802.11ac Freq3 500MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


155 UHF Freq1 50MB

155 HSHF Freq4 3GB

156 UHF Freq1 70MB

157 HSHF Freq2 2GB

161 802.11ac Freq3 500MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


155 UHF Freq1 50MB

155 HSHF Freq4 3GB

156 UHF Freq1 120MB

157 HSHF Freq2 2GB

161 802.11ac Freq3 500MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


155 UHF Freq1 50MB

155 HSHF Freq4 3GB

156 UHF Freq1 120MB

157 HSHF Freq2 6GB

161 802.11ac Freq3 500MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


155 UHF Freq1 50MB

155 HSHF Freq4 3GB

156 UHF Freq1 120MB

157 HSHF Freq2 6GB

161 802.11ac Freq3 800MB

162 UHF Freq1 20MB

: : :


155 UHF Freq1 50MB

155 HSHF Freq4 3GB

156 UHF Freq1 120MB

157 HSHF Freq2 6GB

161 802.11ac Freq3 800MB

162 UHF Freq1 20MB

162 LSHF Freq5 800MB

: : :

メッシュID = f(緯度, 経度)

各メッシュで通信可能な周波数・RAT情報がデータベースに蓄積される


提案方式

開始

位置情報測定

当該位置履歴参照

候補順位付け

上位N個を選定

終了

履歴有

Yes

全候補を選定

終了

No

履歴有の候補抽出

# RAT Freq

1 NewRAT 高SHF f0

2 NewRAT 低SHF f1

3 NewRAT 低SHF f2

4 LTE UHF f3

5 LTE 低SHF f4

# RAT Freq

1 NewRAT 高SHF f0

5 LTE 低SHF f4

位置 RAT Freq

X1 NewRAT 高SHF f0

X1 LTE 低SHF f4

提案方式フローチャート接続先候補リスト

位置X1の端末内通信履歴

測定周波数の絞込み例


システムレベルシミュレーション評価諸元

• 基地局諸元

項目 UHF基地局低SHF基地局高SHF/EHF基地局

搬送波周波数(GHz) 2 3.5 24 (15-33GHzで最大9周波数)

帯域幅(MHz) 20 100 500

システム容量(Mbps) 80 440 10000

セル数 21 112 180(119/km2)

セル半径(m) 250 62.5 16～30

セル配置六角形

(3セル/1サイト)

均一均一

アンテナ高(m) 25 10 10

送信電力(dBm) 46 30 30

伝播モデル ITU Uma ITU Umi ITU Umi

Handover delay 同周波数 100ms / 異周波数 300ms


システムレベルシミュレーション評価諸元

• 端末諸元

項目値

UE数(人) 360(462/km2)

アンテナ高(m) 1.5

移動モデルランダム

移動速度(km/h) 3, 10, 20, 50

異周波数セル検出時間(秒) 3.84 ×測定候補周波数の数

(TS36.133 参照)

測定候補周波数の数 3, 5, 7, 9, 11

セル検出可能レベル(dBm/15KHz) -125

トラフィックモデル Full buffer

位置測位時間(秒) 0(理想)

測定候補絞込み数（N） 1


評価結果

• 測定対象周波数の増加に対し、

– 従来方式はスループット特性が大きく低下

– 提案方式はスループット特性が維持

• 移動速度3km/h、測定数11で約2倍の改善

• 移動速度10km/h、測定数5で約4倍の改善

2倍 4倍


まとめ・今後

• まとめ

– 5Gヘテロジーニアスネットワークにおいて、端末位置情報と通信履歴を用いた接続先地局候補選定方式を提案し、システムレベルシミュレーションにより効果について検証した。

– 提案方式では測定対象周波数が増加しても、適切な対象に絞り込む事ができるため、スループットが改善される事を示した。

• 今後

– セル密度やセル検出時間等、実環境に近い評価モデルでの評価

– 端末に蓄積する通信履歴情報の最適化

5Gヘテロジーニアスネットワークにおけるトレーニングパケットを用いた無線LAN活用に関する検討

2016年 5月25日-27日

パナソニック株式会社 AVCネットワークス社


無料公衆無線LAN環境整備の進展

無料公衆無線LAN環境の整備促進等に向けた取組

背景

出典: 総務省、「スマート・ジャパンICT戦略」の公表、2014.6

5Gにおいて、今後も整備促進される無線LANも柔軟に利用する

観光地や防災拠点等における無料公衆無線LAN整備の促進

• 総務省、官公庁、関係事業者等による協議会立ち上げ – 認証手続きの簡素化・一元化に向けた検討、先進事例の共有等によるエリアオーナーへの働きかけ

• 地域活性化等の観点から、防災拠点等における公衆無線LANの整備促進 – 公衆無線LANの整備を実施する地方公共団体等の支援、官民連携による整備モデルの普及啓発

• 集客増加、店舗等施設の魅力向上、マーケティングへの活用といった目的で、ビジネスベースで整備が順次急速に進展しつつある。

• 地方公共団体において、観光や防災に資する地域活性化のツールとして、注目が高まっている。

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課題

予め問題を予期することが難しく、著しいスループット低下リスクを有するUnlicensed Bandの通信システムにおいて、低スループット通信を回避する方式検討中

無線LANに代表されるUnlicensed Bandは、

安定したスループット特性が得られない

• さらし端末問題・隠れ端末問題

• 他システムとの共存

• チャネル間干渉

Unlicensed Bandの問題


提案方式

High-SHF UHF 802.11ac 802.11ad

GNSS

通信履歴

位置A

選択

移動

位置B H-SHF

選択

移動通信履歴

802.11ac

H-SHF (f1) 20Gbyte

位置A

Low-SHF

位置B

802.ac(f3) 4Gbyte

通信サービスの品質劣化を回避

トレーニングパケットを用いて、スループットを高精度に推定

（無線LAN以外のRATへも展開可能）

選択前にスループット推定


システムシミュレーション


まとめ

まとめ

• 総務省の研究開発委託である「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発～マルチバンド・マルチアクセス多層セル構成におけるシステム間連携技術～」の概要について説明した。

• 本研究開発について、2015年度は提案技術の基本検討やシミュレーション評価、実験装置開発に向けた検討を進めた。

• 今後は、実験装置による効果検証などを実施し、5Gの実用化に向けた技術の早期確立を目指して行く。

＜謝辞＞

本報告には、総務省からの委託を受けて実施した「第5世代移動通信システム実現に向けた研究開発」の成果の一部が含まれています

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