5G実勶に匇けた富厨通の研究開発の勚り匢み · 2017-12-21 · スケジューリング匞調送勼勷(tp)包 3〜4程度 16 ... 高精細映像を匏用したスポーツ観勛(自厩視勷映像やハイライトシーンのオンデマンド視聴)

富士通株式会社ネットワークプロダクト事業本部関宏之

5G実現に向けた富士通の研究開発の取り組み

Copyright 2017 FUJITSU LIMITED

2017年11月28日日台次世代移動通信技術の開発と応⽤戦略シンポジウム

目次

Copyright 2017 FUJITSU LIMITED1

1. 富士通の考える5G2. 5Gの⼤容量化の取り組み3. 5G実験装置を⽤いた伝送実験4. 5G実験装置を⽤いたアプリケーション実験

富士通の考える5G


Future Technologies� 5G is important infrastructure for various future technology and life


Peak data rate

MobilityEnergy saving

User planelatency

Number of connected devices/cell

〜2016LTE/LTE-A/

WiFi etc.

〜2016LTE/LTE-A/

WiFi etc.

Capacity

Auto-drivingAuto-driving

Shopping mallShopping mallVR/ARVR/AR

Smart townSmart town

TelemedicineTelemedicine

ManufactureManufacture

Auto-drivingAuto-driving

Sensor NWSensor NW

4K/8K4K/8KDigital signageDigital signage

Sensor NWSensor NW

5G Service requirement

StadiumStadium

5Gで変わる世界


�富士通の考えるヒューマンセントリック社会のイメージ

DisasterPrediction

Autonomous Driving

Smart CitizenServices

Shared Experience

Transport massive information

Advanced analysis technique

Stable connectivity

Data Center

NetworkCloud

Real-time feedback

実世界の情報をデジタル世界で分析し、人の⾏動を統合的かつリアルタイムに支援する。5Gは実世界とディジタル世界をつなぐ基盤技術となる。

FUJITSU CONFIDENTIAL

⾼速・⼤容量化、⼤量デバイスの要求

5 Copyright 2017 FUJITSU LIMITED

eMBBenhanced Mobile Broadband

mMTCmassive Machine Type Communications

Video + Non-Video traffic

M2M traffic

2020 2030

57 EB/月 4,394 EB/月

2020 2030

5 EB/月 622 EB/月共⽤

汎用HW

専用HW

�将来トラヒック予測

出典： ITU-R “Report ITU-R M.2370”

低遅延の要求�富士通の考えるMEC(Mobile Edge Computing)


1. 通信データの減量化2. 通信の堅牢性の向上3. クラウドの負荷軽減4. 匿名化によるプライバシーの向上5. 非⼒な端末のアシスト6. 低遅延の機器制御7. 端末の管理性向上

①基地局で収集したデータの活⽤

②超低遅延の実現

③無線アクセスの最適化

無線情報、ユーザ情報を活用したサービス提供

超低遅延による無線NW利用サービスの拡⼤

NW状況の詳細リアルタイム分析による判断のローカル化

UE

S/P-GW Internet

MEC Server

eNB②超低遅延

①無線・ユーザ情報

③無線の最適化

サービス

サービス

MEC

Mobile Edgeの付加価値Edge Computingの効⽤

④サーバの負荷状況に応じた最適配備富士通独自のアルゴリズムで高速で柔軟なサーバリソースの配備

Cloud

④最適配備

RAN/MEC Solution� Fujitsu’s vision toward 5G

� RAN/MEC were combined with various ICT solutions in order to realize new applications and services


� Application

� Network� Datacenters/Cloud

� Server� Storage

Managed Service

• Service desk• Remote

operation• On-site

maintenance

RRHRRH

BBU

Data Analysis/Edge Service

MEC

Core NW

The InternetThe Internet

RAN/MEC Solution

Service

5Gの⼤容量化の取り組み超⾼密度分散アンテナシステム


研究開発の背景


Enhancement of key capabilities

Recommendation ITU-R M.2083-0 (09/2015)

M.2083-03

User experienceddata rate(Mbit/s)

100

Spectrumefficiency

IMT-2020

3×

500

1106

10

20

100×Mobility(km/h)

Latency(ms)

Connection density

(devices/km )2

Networkenergy efficiency

Area trafficcapacity

(Mbit/s/m )2

Peak data rate(Gbit/s)

10

1×

400350

10105

10×1×

10.1

1

IMT-advanced

Capacity

Inter-cell interference limits the capacity of dense cells

Cell density (cell/m2)Ca

paci

ty (

Mbp

s/m

2 )

Problem of cell densification

9

J. Kim, et al., “Areal capacity limit on the growth of small celldensity in heterogeneous networks,” IEEE GLOBECOM 2014.

R&D スケジュール


CY 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Pre-experiment(測定器実験)

Basic study

Verification trial(リアルタイム実験装置)Development

5G R&D Project in JAPAN

★Tokyo Olympic

Paralympic

Frequency: 4.65 GHzBandwidth: 200 MHzTx antenna: 16 maxRx antenna: 16 max

測定器で実環境のMIMO伝搬路を測定し、オフライン解析によりスループットを算出

超⾼密度分散アンテナシステム

Frequency: 4.65 GHz (TDD)Bandwidth: 40, 100 MHzTx antenna: 32 maxRx antenna: 32 max

Collaboration work with NTT DOCOMO on field experiment

10

5G総合実証試験

超⾼密度分散アンテナの構成� Configuration

� Target Performance


C-RAN: Centralized Radio Access NetworkTP : Transmission Point

BBU：Base Band Unit

Centralized BBU

TP

Frequency: Low-SHF (3-6GHz)

Inter-site distance: <100m

3 times capacity (bps/Hz/km2) than 4G technology (CoMP) by coordinating more than 16 transmission points

C-RAN

基本アルゴリズム�⼤規模協調マルチユーザMIMO

（Large-Scale Coordinated Multi-User MIMO)�Hotspotエリアの全アンテナを協調するJoint Transmission�ブロック対角化(BD)/ZF/MMSEによるアンテナウェイト生成� Sounding RSを用いた高精度チャネル推定(TDD)�分散アンテナ間の高精度キャリブレーション


TP: Transmission PointCSI: Channel State Information

4G（Rel-11 CoMP）⼤規模協調マルチユーザMIMO(LSC-MU-MIMO)

チャネル情報(CSI) 量⼦化されたCSIをもとにスケジューリング

チャネル⾏列をもとにスケジューリング

協調送信点(TP)数 3〜4程度 16以上

分散アンテナユニット�柔軟な基地局構成


複数の分散アンテナを集中配置し、高いビームフォーミング利得を得る複数の分散アンテナユニットを組み合わせることで、

アンテナ数および指向性パターンの異なる様々な基地局を実現

集中配置

アンテナユニットを分散配置することで、人や木、建物などの遮蔽に強くなる

分散配置(RRH)

RRH: Remote Radio Head

シミュレーション結果


システムスループットが約3倍向上システムスループットが約3倍向上

セル端のユーザーはスループットが低下セル端のユーザーはスループットが低下

ユーザーがどこにいても⾼いスループットを実現ユーザーがどこにいても⾼いスループットを実現

周波数：4.65GHz帯域幅：100MHz分散アンテナ数：12ユーザー数：4

制御ON制御OFF

移動するユーザーを中心にSINRの良好なエリア(仮想セル)を形成�ダイナミック仮想セル制御技術

5G実験装置を⽤いた伝送実験超⾼密度分散アンテナのフィールド実験


Pre-Experiment Setup

� Algorithm� Large-Scale Coordinated MU-MIMO

• Joint Transmission of 16 distributed antennas

� Channel capacity is estimated by•ZF (Zero Forcing)•MMSE (Minimum Mean Square Error)•BD (Block Diagonalization)


Distributed antenna unit

Example of throughput monitor

Time varying propagation channels are measured by the equipment and estimated throughput achieved by our 5G technology is shown at the throughput monitor.

Down converter

High-speed digitizerArbitrary waveform generator

Up converter

16

Experimental System Parameters

Parameter ValueCarrier frequency 4.65 GHzSystem BW (effective BW) 200 MHz (180 MHz)Transmit power per antenna 0.5 WNumber of Tx / Rx antennas 16 / 16Waveform OFDMModulation scheme 16QAM, 64QAM, 256QAMSubcarrier spacing 75 kHzTTI length 0.2 msecNumber of subcarriers 2400Sampling speed 307.2 Msps


AWG (2ch)

AWG (2ch)

AWG (2ch)

Tx AMPUp converter

Tx AMPUp converter

Tx AMPUp converter

#1#2

#3#4

#15#16

High speed

digitizer(16ch)

Dow

n co

nver

ter

Rx LNA

Rx LNA

Rx LNA

#1#2

#3#4

#15#16

Tx Rx

MIMOChannel16ch

Antenna for Pre-Experiment


Tx antenna spec.Gain 4 dBi / elementPolalization V-pol / H-PolPattern 88 deg (3dB beamwidth)

Tx antenna (Distributed antenna unit) Rx antenna (UE)

V-pol

H-pol

Localized configurationDistributed configuration

H-pol

V-pol

Rx antenna spec.Gain 3 dBiPolalization MonopolePattern Omni

18

電測⾞を⽤いた屋外移動実験


Rx: 8 UE, 1 ant/UE

Height: 50mDistributed

Tx: 4TP, 4 ant/TPLocalized

Tx: 1TP, 16 ant/TP

Speed: 5, 10, 20, 40 km/h

37 m

200 mStart Goal

19

NTTドコモR&Dセンタ（横須賀市）

Distributed TP positionLocalized TP positionTransmit direction

街路樹による電波遮蔽あり

屋外⾛⾏実験�⾛⾏時(5km/h)の集中アンテナ配置と分散アンテナ配置の比較


Experimental Results� Throughput performance for each speed


0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

To

tal th

rou

gh

pu

t [G

bp

s]

Driving distance [m]

5km/h

10km/h

20km/h

40km/h

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

Tota

l th

rou

gh

pu

t [G

bp

s]

Driving distance [m]

5km/h

10km/h

20km/h

40km/h

LocalizedDistributed

Speed Ave Max5 km/h 3.7 Gbps 5.1 Gbps10 km/h 3.6 Gbps 4.7 Gbps20 km/h 3.4 Gbps 4.0 Gbps40 km/h 2.7 Gbps 3.2 Gbps

Speed Ave Max5 km/h 3.0 Gbps 4.5 Gbps10 km/h 3.0 Gbps 4.6 Gbps20 km/h 2.8 Gbps 4.2 Gbps40 km/h 2.5 Gbps 3.5 Gbps

5G実験装置(リアルタイム実験装置)を⽤いたアプリケーション実験


リアルタイム実験装置構成� 基地局、移動局ともにベースバンド処理部をサーバー上で実現� 最⼤32アンテナの分散アンテナで、最⼤32ストリームのMIMO多重で実験� リアルタイムのデータ伝送が可能


L1 SerLer

LL SerLer

・・・

1LGbE

MaL 1L RRL, LL antennas

BBU

RF unitLL/L1 SerLer

UE

Feature ValueDuplex TDDFrequency 4.65 GHzBW 40, 100 MHzAntenna 32 Ant (16RRH)DL Throughput 2.88 Gbps (7.2 Gbps*)

* 7.2Gbps includes dummy data transmission

MaL 1L UELInclude dummy

UEL

RRH: Remote Radio Head

基地局装置

移動局装置

リアルタイム実験装置�実験装置の開発を完了し、電波免許を取得� 2017年11月よりフィールド実験を開始


移動局装置 (UE)

分散アンテナ(VH偏波)基地局装置

RF部基地局装置

ベースバンド処理部

屋内実験の様子


�富士通新川崎テクノロジースクエア内に実験サイトを構築＜ユースケース例＞• 商業施設やオリンピック会場を動き回るデジタルサイネージ• 会場の案内・誘導• ハイライトシーンなどの画像・動画情報の提供

・買い物、商品映像

アプリケーション実験例� 高精細映像を利用したスポーツ観戦(自由視点映像やハイライトシーンのオンデマンド視聴)、

選手のデータベース(動画等)をユーザーが任意に視聴可能� 旅⾏先での名所・観光地情報や、ショッピングモールでの商品情報を高精細映像で提供


・選手、チームデータベース・観光地紹介ビデオ・商品データベース

・リアルタイム自由視点映像・ハイライトシーン

MECBBU

クラウド

BBU

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・名所、観光地映像

MECアプリケーション例（動きやすい街）� ICT活用により、時間や場所に応じた情報をユーザに提供


次の角を左折して下さい

スマートデバイス

混雑情報

人混み

道路情報段差アクセル

時間

アクセシビリティマップ

通⾏可能経路

センサーネットワークカメラ

ネットワークカメラ


謝辞本発表には、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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Documents

5G実勶に匇けた 富厨通の研究開発の勚り匢み · 2017-12-21 · スケジューリング 匞調送勼勷(tp)包 3〜4程度 16 ... 高精細映像を匏用したスポーツ観勛(自厩視勷映像やハイライトシーンのオンデマンド視聴)

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