工研院5G計畫驗證平台規劃

Report
工研院於
「加速行動寬頻服務及產業發展」
計畫之驗證平台發展與規劃
丁邦安
工研院 資通所
[email protected]
[email protected]
[email protected]
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1
國際標準組織時程
佈局 5G 技術與專利之黃金期
探索研究期
(專利佈建)
3GPP
國際標準化
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ITU
國際標準化
2
行動寬頻新興技術研發總體規劃
第一階段 (2015~2017):
研發行動寬頻新興技術
計畫
4G產品技術研發
國際標準參與計畫
下世代通訊系統技術
B4G高階
小型基地台
與晶片
計
畫
產
出
小型基地台
產業鏈
技術
前瞻
技術
模組
技術
模組
技術
模組
技術
模組
第二階段 (2018~2021):
5G標準與快速雛型開發
第三階段 (2022~2025):
5G產品精進與功能提升
國際標準參與計畫
(前瞻)
國際標準參與計畫
(前瞻)
5G 標準產品/服務系統
雛型先期開發計畫
(前瞻 + 關鍵 )
5G 關鍵技術開發計畫
(關鍵)
5G 標準 產品/服務
先期開發計畫 (A+計畫 )
5G 產品/服務
量產計畫 (主導性計畫 )
手機晶片
雛型
手機雛型
手機晶片
產品
手機產品
基站晶片
技術
MTC
模組雛型
基站晶片
MTC
模組
小型基站
雛型
MTC
系統雛型
小型基站
產品
MTC
系統
模組
技術
模組
下世代通訊
展示系統
5G 前瞻專利
標準關鍵
專利
產品
雛型
產品
雛型
產品
雛型
展示系統
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標準關鍵
專利
產品
網路
服務
應用
服務系統
3
法人計畫與科技部計畫之合作標的
法人計畫
4
.
1
研
發
行
動
寬
頻
新
興
技
術
科技部計畫徵求
高階小型基地台系統與
晶片技術
4.1.1
4G 產品技術研發
4G通訊系統軟體資安
檢測技術
3GPP 國際標準參與
4.1.2
國際標準參與
暨國際合作
法人與學校合作,
共同發展系統模
擬器,供學界進
行B4G/5G標準
技術之前瞻研究
標準技術共同平台開發
國際合作
下世代接取系統
4.1.3
下世代
通訊系統技術
巨量連結通訊系統
超高密度網路系統
法人與學校合作,
法人開規格,學
校提供關鍵演算
法與模組
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4
高階小型基地台系統與晶片技術
4.1.1
4G 產品技術研發
4.1
研
發
行
動
寬
頻
新
興
技
術
4G通訊系統軟體資安檢測技術
3GPP 國際標準參與
4.1.2
國際標準參與暨國際合作
標準技術共同平台開發
國際合作
高頻段接取技術
下世代
接取系統
4.1.3
下世代通訊系
統技術
同頻同時全雙工技術
頻譜共享 (Spectrum Sharing)
巨量連結通
訊系統
超低功耗機器型態通訊技術
集中式無線接取網路 (C-RAN) 技術
超高密度
網路系統
超高密度小型基地台組網技術
移動網路技術 (Moving Network)
無線網路虛擬化技術 (Wireless Network Virtualization)
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5
趨勢與需求
 全球
• 國際通訊大廠已著手建
立自有之 LTE 系統模
擬平台
• 透過提供系統模擬數據
等佐證資料,影響 LTE
標準制訂之方向。
Example
RAN1
Study
Item
總提
案數
具模擬
數據的
提案數
TDD
eIMTA
干擾管理及
流量適應
126
95
 國內
• 國內目前尚沒有完整之
LTE 系統模擬器。
• 缺乏先期專利驗證與效
能評估之工具
• 將不利於標準關鍵智財
的開發。
系統模擬數
據比較
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具模擬
被討論 數據之
提案數 被討論
提案數
59
37
影響標準
的制定
3GPP RAN1#77 Agreement:

The 3 QPSK entries to be
removed are existing {#2, #4, #6}
6
簡介與目標
 技術簡介 (Scope)
• 發展 4G/5G 系統層級模擬器
(System Level Simulator)
 提供標準提案技術之模擬驗證
 模擬 19 個基地台、1000 個UEs
分布、UE移動路徑、模擬場景
(Rural / Urban / Indoor …)之間相
互影響干擾作用
 用以觀察實際系統的可行性、
比較各種系統 throughput 等等
重要的傳輸系統指標
100
90
80
70
60
C.D.F. [%]
 發展目標 (objectives)
• 提供具公信力之系統層級模
擬器與結果,以利於國際標
準貢獻提案之通過,提升國
內標準關鍵智財的開發能量
50
40
30
20
Ericsson
Huawei
CATT
DOCOMO
Samsung
LGE
CMCC
Fujitsu
Nokia/NSN
Motorola
TI
NEC
RITT
CHTTL
QCOM
校準的
系統模擬
10
0
-100
-90
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-80
-70
-60
-50
-40
Coupling Loss [dB]
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標準技術共同平台
分工合作機制
產學研
共同參與
系統需
求與規
格制定
研發階段 : 法人負責;學界、業界合作
平台系
統架構
設計
4G
Simulator
5G
Simulator
(Phase I)
5G
Simulator
(Phase II)
FY103
FY104
FY105
FY106
技術移轉
技術移轉
國內廠商,產品化
Open
Source
科技部
支援學校使用
After service費用
After
Service
Free use
for 產學研
Product
國際市場行銷
教育部
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國際主流技術與規格
 3GPP 標準組織
•
•
•
•
•
TR36.814: 模擬LTE SIMO系統模擬參數規範
TR36.819: 模擬LTE MIMO系統模擬參數規範
TR36.828: 模擬 eIMTA 系統模擬參數規範
TR36.873: 模擬 3D-MIMO 系統模擬參數規範
…
 國際主要研究機構
TDD eIMTA
3D MIMO
• METIS 針對未來 5G 應用情境,已規範 12 個模擬場景
 virtual reality office
 dense urban information society
 shopping mall
 stadium
 teleprotection in smart grid network
 traffic jam
 blind spots
 real-time remote computing
 open air festival
 emergency communications
 massive deployment
 traffic efficiency and safety
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SLS 架構
LTE-A system-level simulation
platform
FDD full-buffer SIMO basic case
Build C++ class structure
Downlink and uplink functions
Network topology
Macroscopic pathloss
Shadow fading
Cell assignment based on SINR
UE generation
Fast fading
Measure link quality
PHY abstraction
Scheduler
Cell assignment
Network topology generator
Macroscopic pathloss
Interference
Shadow fading
UL power control
Penetration loss
Scheduler
SINR calculation
Channel
Packet generator
Receiver
Packet and HARQ queues
HARQ and retransmission
Calibration
PHY abstraction
CSI measurement and feedback
Throughput calculation
Geometry calculation
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LTE SLS 發展時程規劃
LTE SLS 完成
LTE SLS release
104.10月
103.07月 103.08月 103.11月 103.12月 104.3月
Study 3GPP TR
36.814 for FDD
LTE SIMO mode
requirements作
Complete the FDD
DL SIMO mode and
calibrate the results
of TR 36.814 Figure
A.2.2-1 3GPP case
Plan the
structure of SLS
for FDD LTE
Complete a basic FDD
UL SIMO mode and
calibrate the results of
TR 36.814 Figure
A.2.2-3 3GPP case
104.12月
Complete a basic
TDD MIMO 2x2
mode
Complete a basic
TDD MIMO 2x2
mode
Calibrate the results
of TR 36.814 Figure
A.2.2-2 3GPP case
106.12月
105.12月
METIS系統模擬器 I
• virtual reality office
• dense urban society, shopping mall
• Stadium
• Teleprotection in smart grid
• traffic jam
METIS系統模擬器 II
• blind spots
• real-time remote computing
• open air festival
• emergency communications, massive deployment
• traffic efficiency and safety
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高階小型基地台系統與晶片技術
4.1.1
4G 產品技術研發
4.1
研
發
行
動
寬
頻
新
興
技
術
4G通訊系統軟體資安檢測技術
3GPP 國際標準參與
4.1.2
國際標準參與暨國際合作
標準技術共同平台開發
國際合作
高頻段接取技術
下世代
接取系統
4.1.3
下世代通訊系
統技術
同頻同時全雙工技術
頻譜共享 (Spectrum Sharing)
巨量連結通
訊系統
超低功耗機器型態通訊技術
集中式無線接取網路 (C-RAN) 技術
超高密度
網路系統
超高密度小型基地台組網技術
移動網路技術 (Moving Network)
無線網路虛擬化技術 (Wireless Network Virtualization)
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下世代通訊系統技術
研發架構
系統項目
下世代
接取系統
技術項目 -1
巨量
連結通訊
系統
技術項目 -3
技術項目 -2
技術項目 -4
計畫產出
下世代
接取系統
展示雛形
巨量連結
通訊系統
展示雛形
下世代
網路系統
….
國際
5G系統架構
需求
技術項目
下世代
小型基站
展示雛形
國際標準參與
IPR佈局規劃
技術項目 -N
5G 前瞻
專利佈局
100案
我國產業
發展需求
國際技術
發展主流
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下世代高頻段接取技術
 發展目標
– 主要探索新的 Radio Access 技術,提升系統的
傳輸速率與系統通訊容量為主
– 開發並提供 HW / SW platform,具備運算與硬體
模組設計彈性與系統擴充性
– 以此平台為載具,發展與驗證新頻譜接取技術
,如 Beamforming / tracking Massive MIMO 及
Phased Array 等
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下世代接取技術
開發內容
 涵蓋技術領域
 基站端新頻譜 (e.g. 高頻) 通訊、天線、RF、Baseband,
與 protocol 之系統實現技術
 前瞻技術模組設計開發
– 基頻處理模組、協定控制與資源管理模組
– Phased Array 天線、射頻模組
 初步規劃技術項目




mmWAVE, Massive MIMO, Phase Antenna Array
Beamforming / Tracking, Full Duplex
New Multiple Access Schemes (e.g., NOMA, FBMA, FTN)
Advanced Modulation and Coding, …
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展示規劃
 在 5G 的應用情境
– 於 FY106 完成達 10 Gbps 傳輸能力之小型基站及 UE
構成的實際上網展示系統,具備動態、雙向連結能力
– 展示情境為:
 Point-to-point mm-Wave uplink/downlink
between BS and UE
 Live-demo at peak data rate 10 Gbps @ FY106
 Coverage 200m
 Massive MIMO transmission
In-campus live-demo
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年度開發重點
FY104
• 高頻段接取技術
- 11GHz
主
要
技
術
 系統設計技術
 Massive MIMO 及波
束追蹤
 前瞻技術模組
 頻段: 11 GHz
 頻寬:500MHz
 峰值傳輸速率:
2Gbps
 天線陣列單元數:24
- 38GHz
FY105
• 高頻段接取技術
頻段:38 GHz
頻寬:500MHz
2 streams
峰值傳輸速率:
3Gbps
天線陣列單元數:
64
≧10 km/hr 移動
FY106
• 高頻段接取技術
頻段:38GHz
頻寬:1GHz
3 streams
峰值傳輸速率:
10Gbps
天線陣列單元數:
64
移動換手
 phase antenna array
design
 T/R module design
 RF components
survey & purchase
 Interface and spec.
definition
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產學研共同參與
5G 實驗系統研發
產業
核心元件 & 硬體



TW5G:
Taiwan 準 5G 系統
法人
系統開發與整合




System Design & Development
Platform Development for System Evaluation
Technology Development & Porting
System Implementation and Integration

Key Components Realizations
H/W Module & Device
Implementation
Co-work on System
Integration
Pre-Product Planning
學界
基礎研究




Fundamental & Basic Research
Simulation & Performance Evaluation
Module Implementation & Function Proof
Co-work on Technology Porting
透過 5G 系統實作 將可吸納善用國內博士人力,培養高級系統實務人才
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5G無線寬頻接取系統
具高調整性的 RAN (Radio Access Network) 架構
RLC/MAC 實現於 server ,
可彈性因應 5G protocol 的制
定進程
使用 TI 多核高效能的 DSP
系統板來實現高傳輸率與數
位波束成形的基頻訊號處理
單元
1GbE
Application
1GbE/ 1GbE
CPU/GPU
L2/L3
1GbE
10GbE 10GbE
Switch
1GbE
1GbE
可藉由 RRH 組數的增減,彈性調
整天線數量
DSP
Subframe SRIO
Enc/Dec
DSP
Subframe SRIO
DSP
Enc/Dec
Tx/Rx
DSP
Sync
Subframe SRIO
Enc/Dec
ADI IF
IF
ADI IF
CPRI
CPRI
Decoder
RF
Transceiver
ADI IF
ADI IF
RF
T/R
Module
RF
Control
AC/DC
Power
DSP
Subframe SRIO
Enc/Dec
Server
Adaptable and
configurable !!
RRH
BBU
使用 ADI SDR SDK 來實現中頻
電路,可彈性調整中頻頻率
寬頻 (BW達1GHz) mm-wave 前
端電路
Main
Players
NEC
NTT
DoCoMo
Ericsson
AB
Samsung
MTK
Intel
NSN
Band
(GHz)
5
11
15
28
38
28, 39, 60
70
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• 超低損耗樹脂材料
• LIM 積層化 3D 天線噴塗
製程
• 24 根多天線移相陣列
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合作模式
學校
產出
法人
.
5G
國際標準
智
財
先進技術
研發
5G
關鍵元件
技術研發
系
統
標準關鍵智財
開發
研究與實現
關鍵
專利
智財
高價值系統關鍵智財開發
高頻段接取技術
系統功能設計與整合
介面與規格
其它接取
技術
系統驗證
5G
Radio
系統
雛形
5G RAN模擬與驗
證平台
 法人開介面與規格,學校提供關鍵之演算法、Protocol、模組或元件,經規格與
效能審定後由法人與學校共同進行系統整合/驗證
演算法、協定
1GbE
Application
1GbE
CPU/GPU
L2/L3
1GbE/ 1GbE
10GbE 10GbE
Switch 1GbE
1GbE
Server
模組、元件
DSP
Subframe
SRIO
Enc/Dec
DSP
Subframe SRIO DSP
Enc/Dec
DSP BBU Tx/Rx
Sync
Subframe
SRIO
Enc/Dec
DSP
Subframe SRIO
Enc/Dec
CPRI
CPRI
Decoder
AD9361
AD9361
AD9361
IF
AD9361
RF
Control
IF
RF
Transceiver
RF
T/R
Module
AC/DC
Power
BBU
Copyright 2014 ITRI 工業技術研究院 工研院重要規劃資料,禁止複製、轉載、外流,請依規定保管使用。
RRH
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