2014 1st International Conference on 5G for Ubiquitous Connectivity (5GU)
A Brief Overview of 5G Research Activities
Pekka Pirinen
Centre for Wireless Communications
P.O. Box 4500, FI-90014 University of Oulu, Finland
Email: pekka.pirinen@ee.oulu.fi
Abstract-This paper summarizes the main initiatives toward
5G wireless communication networks. Emphasis is paid on the
program and project activities as well as on the recent literature.
A closer look to a wide range of European Union 5G related
projects is conducted. Literature review is restricted to recent
thematic IEEE Communications Magazine 5G issues and relevant
white papers from different sources. The aim is to shed some
light on what 5G is about: what are the building blocks of core
5G system concept, what are the main challenges and how to
tackle them. The studied references indicate that in addition to
capacity boosting technologies 5G needs to offer, e.g., low latency,
ultra-reliable communications, and massive connectivity. Thus,
the most demanding part in 5G development will be the design
of flexible enough system concept platform that allows successful
integration and management of various distinct technologies
optimized for diverse use cases.
I. I NTRODUCTION
Increasing Internet data traffic has driven the capacity demands
for currently deployed 30 and 40 wireless technologies.
Now, intensive research toward 5th generation wireless
communication networks is progressing in many fronts. 5G
technology is expected to be in use around 2020. This paper
scratches the surface on various 50 activities by reviewing a
wide range of European research projects, recent literature and
5G white papers from key players in the wireless technology.
The intention is to help understanding what 5G is about and
how different 5G initiatives aim at getting there.
There is no unique definition (yet) for 5G [I], [2]. However,
a general consensus is building around the idea that 5G is
merely integration of several techniques, scenarios and use
cases rather than the invention of a new single radio access
technology. As technical requirements over currently existing
technologies (4G) [3] lists the following:
• 1000 times higher mobile data volume per area,
• 10 to 100 times higher typical user data rate,
• 10 to 100 times higher number of connected devices,
• 10 times longer battery life for low power devices,
• 5 times reduced end-to-end latency.
The rest of the paper is organized as follows. Section
II picks up the brief essentials of various ongoing 50 related
European projects. Section III reviews IEEE Wireless
Communications Magazine thematic issue on 50 wireless
communication systems: prospects and challenges, Part 1 in
February 2014 [4]-[13] and Part 2 in May 2014 [14]-[22] and
finally selected 50 white papers [23]-[29]. Then, Section IV
draws concluding remarks followed by the biography.
17
II. EUROPEAN 5G PROJECTS
This section overviews mainly European Union 7th Framework
Programme (FP7) Future Networks Cluster Radio Access
and Spectrum projects [30] managing a large part of European
50 research activities. New research programs and actions are
coordinated by Horizon 2020 [31] and 50 Infrastructure Public
Private Partnership (5GPPP) [32].
Mobile and wireless communications Enablers for the
Twenty-twenty Information Society (METIS) is the largest
FP7 5G project (29 partners) [33], [14] whose objective is
to create foundation for 50 systems and act as a consensus
builder toward standardization. METIS has identified some test
cases and scenarios to illustrate and address the key challenges
5G will face. The scenarios are listed as:
1) 'Amazingly fast',
2) 'Great service in a crowd',
3) 'Best experience follows you',
4) 'Super real-time and reliable connections', and
5) 'Ubiquitous things communicating '.
The first one focuses on providing very high data rates with
very low latency (instantaneous connectivity). The second
scenario should ensure reasonable user experiences in densely
populated areas like shopping malls, stadiums and rock concerts.
The third scenario has emphasis on user mobility, e.g.,
vehicular communication, again with high service experience.
The fourth scenario accounts for new use cases/applications
that have stringent requirements for reliability and latency.
The last scenario deals with the efficient management of a
very large number devices (e.g., machines, sensors).
METIS has also identified so-called horizontal topics (HTs)
to be integrated with technology components to form the
overall system concept. These are:
I) direct device-to-device (D2D) communication,
2) massive machine communication (MMC),
3) moving networks (MNs),
4) ultra-dense networks (UDNs), and
5) ultra-reliable communication (URC).
Finally, there is an architectural framework to combine various
centralized and decentralized approaches into a consistent
concept.
According to [34] METIS has selected technology components
"Direct network controlled device to device communication
with interference cancellation" and "FBMC/OQAM new
waveform" for test-beds as they are expected to have high
technology impact and relevance for the 50 system concept.
978-1-63190-055-6 © 2014 ICST
DOl 10.4108/icst.5gu.2014.258061
5th Generation Non-Orthogonal Waveforms for Asynchronous
Signalling (5GNOW) project [35], [8] proposes
a scalable and efficient air interface that gives up on strict
orthogonality and synchronism principles followed in former
generation networks. Universal filtered multi-carrier (UFMC),
filter bank multi-carrier (FBMC) and generalized frequencydivision
multiplexing (OFDM) are few examples of promising
waveforms that can outperform orthogonal frequency division
multiplexing (OFDM) in 50 context. In addition to multicarrier
waveform design itself, 50NOW addresses such aspects
as a unified frame structure, filtering, sparse signal processing,
robustness, and very low latency transmissions.
Enhanced Multicarrier Technology for Professional Adhoc
and Cell-Based Communications (EMPhAtiC) project
[36] developes highly flexible and efficient filter-bank processing
structure and channel estimation, equalization and
synchronization functionalities needed therein. Furthermore,
feasibility of filterbank based multicarrier schemes in some
specific environments (relays, multihop, cooperative), where
synchronization is hard to maintain, will be evaluated.
Energy Efficient E-band Transceiver for Backhaul of the
Future Networks (E3NETWORK) project's [37] transceiver
design aims at high spectral and energy efficiency by using
modern digital multi-level modulations and highly integrated
circuits (advanced SiGe BiCMOS technology) in the RF
analogue front-end.
PHYsical LAyer Wireless Security (PHYLAWS) project
[38] aims to enhance radio interface privacy in wireless
networks via physical layer security and secrecy coding approaches.
Trustworthy radio waveforms and access protocols
are designed and tested in realistic experimental WiFi setups
and LTE simulation cases.
Full-Duplex Radios for Local Access (DUPLO) project
[39] builds upon radio transceiver technology where the same
carrier frequency can be used simultaneously for transmission
and reception. This new transmission paradigm can significantly
boost link capacity and provide new means for flexible
spectrum use and networking.
Connectivity management for eneRgy Optimised Wireless
Dense networks (CROWD) project [40] aims at very
dense heterogeneous access networks integrated with wireless/
wired backhaul capabilities. The goals are to provide
density-proportional capacity where needed, optimize MAC
mechanisms for such environments, enable traffic-proportional
energy consumption, and ensure user quality of experience via
smart connectivity management designs.
Dense Cooperative Wireless Cloud Network (DIWINE)
project [41] utilizes the paradigm of 'virtual relay based selfcontained
wireless cloud', which has a simple and unambiguous
interface to terminals, in solving the problem of wireless
communications in densely interfering ad hoc networks.
Interworking and JOINt Design of an Open Access and
Backhaul Network Architecture for Small Cells based on
Cloud Networks (llOIN) project [42] will utilize centralized
open IT platform based radio access network (RAN) concept
that has a cloud infrastructure. Access and backhaul structure
18
is jointly designed and optimized.
Distributed computing, storage, and resource allocation
over cooperative femtocells (TROPIC) project [43] seeks
answers to the following questions: What kind of communication/
computation technologies are needed to converge
pervasive femto-network infrastructure and cloud computing?
How much gain in spectral/energy/service efficiency can be
achieved via the proposed femto-coud methods?
Wireless technologies for isolated rural communities in
developing countries based on cellular 3G femtocell deployments
(TUCAN3G) project [44] takes advantage of new
wireless access (30-+40 femtocells) and heterogeneous backhauling
technologies (long distance WiFi, WiMAX, VSAT) in
outdoor scenarios to establish economically sustainable and
technologically feasible solution for rural environments.
Beyond 2020 Heterogeneous Wireless Networks with
Millimeter-Wave Small Cell Access and Backhauling
(MiWaveS) [45] is an industry-driven large-scale integrating
project. It investigates and demonstrates key enabling
technologies and functionalities supporting the integration of
millimeter-wave small-cells in future heterogeneous networks.
The project's interest is particularly at the level of networking
functions and algorithms, and integrated radio and antenna
technologies.
Advanced Dynamic spectrum 5G mobile networks Employing
Lisensed shared access (ADEL) project [46] has focus
on investigating the following research problems within the
Iisensed shared access (LSA) paradigm: 1) the dynamic and
optimized allocation of spectral and power resources at time
scales from seconds to even milliseconds, 2) quality o
2014 ประชุมนานาชาติ 1 ใน 5 กรัมสำหรับการเชื่อมต่อสมบูรณ์ (5GU)อธิบายภาพรวมของกิจกรรมวิจัย 5 กรัมPekka Pirinenศูนย์ให้บริการสื่อสารไร้สายตู้ป.ณ. 4500, FI 90014 มหาวิทยาลัย Oulu ฟินแลนด์อีเมล์: pekka.pirinen@ee.oulu.fiบทคัดย่อนี้กระดาษสรุปแผนงานหลักไปทางเครือข่ายการสื่อสารไร้สาย 5 กรัม เน้นจ่ายในการโปรแกรมและโครงการกิจกรรมเช่นกันตามวรรณคดีล่าสุดมองใกล้เพื่อความกว้างช่วงของสหภาพยุโรปที่เกี่ยวข้อง 5 กรัมมีดำเนินโครงการ การทบทวนวรรณกรรมที่ถูกจำกัดการล่าสุดนิตยสารเฉพาะเรื่อง IEEE สื่อสาร 5 กรัมออก และที่เกี่ยวข้องกระดาษสีขาวจากแหล่งต่าง ๆ จุดมุ่งหมายคือการ หลั่งบางไฟ 5 กรัมที่เป็นเกี่ยวกับ: การสร้างบล็อกของหลักคืออะไรแนวคิดระบบ 5 กรัม อะไรคือความท้าทายหลัก และวิธีการภาวะดังกล่าว อ้างอิง studied บ่งชี้ว่า นอกเทคโนโลยีเพิ่มกำลังการผลิต 5G ต้องมี เช่น ต่ำแอบแฝงสื่อสารที่เชื่อถือได้ทัน และการเชื่อมต่อขนาดใหญ่ ดังนั้นส่วนความต้องการมากที่สุดในการพัฒนา 5 กรัมจะมีการออกแบบของแพลตฟอร์มแนวคิดระบบมีความยืดหยุ่นพอที่ช่วยให้ประสบความสำเร็จรวมและการจัดการเทคโนโลยีต่าง ๆ แตกต่างกันเหมาะใช้งานหลากหลายกรณีI. ฉัน NTRODUCTIONเพิ่มอินเทอร์เน็ตเป็นข้อมูลที่มีการขับเคลื่อนความต้องการกำลังการผลิตในปัจจุบันใช้เทคโนโลยีไร้สายที่ 30 และ 40ตอนนี้ วิจัยเร่งรัดไปทางไร้สายรุ่น 5เครือข่ายการสื่อสารมีความก้าวหน้าในแผนมากมาย 5 กรัมเทคโนโลยีคาดว่าจะใช้ประมาณ 2020 กระดาษนี้scratches ผิว 50 กิจกรรมต่าง ๆ โดยพิจารณาการหลากหลายของโครงการวิจัยยุโรป วรรณกรรมล่าสุด และกระดาษขาว 5 กรัมจากผู้เล่นสำคัญในเทคโนโลยีไร้สายความตั้งใจจะช่วยให้เข้าใจ 5 กรัมที่เป็นเกี่ยวกับ และแตกเป้าหมายโครงการ 5 กรัมที่ได้รับมีมีไม่เฉพาะนิยาม (ยัง) สำหรับ 5G [I], [2] อย่างไรก็ตามมติทั่วไปเป็นอาคารรอบ ๆ ความคิดที่ 5 กรัมเพียงรวมหลายเทคนิค สถานการณ์ และการใช้กรณีไม่ใช่การประดิษฐ์ของการเข้าถึงเดียววิทยุใหม่เทคโนโลยี เป็นข้อกำหนดทางเทคนิคมากกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบันเทคโนโลยี (4 กรัม) [3] รายการต่อไปนี้:• 1000 ครั้งสูงข้อมูลมือถือปริมาตรต่อพื้นที่• 10 ถึง 100 เท่าผู้ใช้ข้อมูลอัตราสูง• 10 ถึง 100 เท่าของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ• 10 เวลาแบตเตอรี่อีกต่อไปสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ• 5 ครั้งลดเวลาแฝงที่สิ้นสุดเพื่อสิ้นสุดจัดส่วนเหลือของกระดาษดังนี้ ส่วนII เลือกใจความสำคัญสั้น ๆ 50 ต่อเนื่องต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องโครงการยุโรป ส่วนรีวิว III IEEE ไร้สายปัญหาเฉพาะเรื่องนิตยสารสื่อสารในแบบไร้สาย 50ระบบการสื่อสาร: แนวโน้มและความท้าทาย 1 ส่วนใน2014 กุมภาพันธ์ [4] - [13] และส่วนที่ 2 ใน 2014 พฤษภาคม [14] - [22] และสุดท้าย เลือก 50 ประชาสัมพันธ์ [23] - [29] ส่วน IV แล้วรวมสรุปข้อสังเกตตามชีวประวัติ17โครงการครั้งที่สองยุโรป 5 กรัมสหภาพยุโรปส่วนใหญ่ภาพรวมการส่วนนี้ 7 กรอบโปรแกรม Access (FP7) ในอนาคตเครือข่ายคลัสเตอร์วิทยุและสเปกตรัมโครงการ [30] การจัดการส่วนใหญ่ของยุโรปกิจกรรมการวิจัย 50 โปรแกรมวิจัยใหม่และการดำเนินการประสานงาน โดย 2020 ฮอไรซอน [31] และ 50 โครงสร้างพื้นฐานสาธารณะห้างหุ้นส่วนที่ส่วนตัว (5GPPP) [32]มือถือและ Enablers สื่อสารไร้สายสำหรับการTwenty-twenty ข้อมูลสังคม (METIS) เป็นใหญ่ที่สุดโครงการ 5 กรัม FP7 (29 คู่) [33], [14] มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างรากฐานระบบ 50 และเป็นฉันทามติสร้างต่อมาตรฐาน METIS มีระบุการทดสอบบางอย่างกรณีและปัญหาและสถานการณ์ การแสดงท้าทายสำคัญ5 กรัมจะเผชิญ สถานการณ์อยู่เป็น:1) 'น่าอัศจรรย์อย่างรวดเร็ว"2 ' ดีในฝูงชน"3) 'ประสบการณ์ดีที่สุดตามคุณ"4 ' ซุปเปอร์เรียลไทม์ และเชื่อถือได้เชื่อมต่อ' และ5) 'ubiquitous สิ่งสื่อสาร'หนึ่งเน้นให้อัตราข้อมูลที่สูงมากด้วยต่ำมากเวลาแฝง (กำลังเชื่อมต่อ) ที่สองสถานการณ์จำลองควรให้ประสบการณ์ผู้ใช้ที่เหมาะสมในหนาแน่นไปประชากรพื้นที่เช่นห้างสรรพสินค้า มีลักษณะน่าตื่นเต้น และคอนเสิร์ตร็อคสถานการณ์ที่สามมีการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ เช่นยานพาหนะคิรีสื่อสาร อีกครั้งกับประสบการณ์สูงบริการสถานการณ์สี่บัญชีสำหรับใช้กรณี/โปรแกรมใหม่ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความน่าเชื่อถือและแฝงสถานการณ์ล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับการจัดการที่มีประสิทธิภาพของการมากหมายเลขอุปกรณ์ (เช่น เครื่องจักร เซนเซอร์)METIS ยังได้ระบุหัวข้อแนวนอนเรียกว่า (เมอร์)ให้ผนวกกับเทคโนโลยีประกอบกับแบบฟอร์มแนวคิดของระบบโดยรวม ได้แก่:ค่ะตรงสื่อสารอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ (D2D)2) เครื่องที่ขนาดใหญ่ติดต่อสื่อสาร (MMC),3) เครือข่ายย้าย (MNs),4) เครือข่ายพิเศษหนาแน่น (UDNs), และ5) พิเศษเชื่อสื่อสาร (URC)ในที่สุด มีกรอบเป็นสถาปัตยกรรมรวมต่าง ๆวิธีแบบกระจายศูนย์ และส่วนกลางเป็นการสอดคล้องกันแนวคิดการMETIS [34] ได้เลือกตามส่วนประกอบของเทคโนโลยี"เครือข่ายโดยตรงควบคุมอุปกรณ์-อุปกรณ์สื่อสารรบกวนยกเลิก"และ FBMC/OQAM ใหม่"รูปคลื่น"สำหรับทดสอบเตียงพวกเขาคาดว่าจะมีสูงผลกระทบของเทคโนโลยีและความเกี่ยวข้องสำหรับแนวคิดของระบบที่ 50978-1-63190-055-6 © 2014 ICSTDOl 10.4108/icst.5gu.2014.258061Waveforms ไม่ Orthogonal รุ่น 5 สำหรับแบบอะซิงโครนัสแดง (5GNOW) โครงการ [35], [8] เสนออินเทอร์เฟซของอากาศที่มีประสิทธิภาพ และสามารถปรับค่าบนที่เข้มงวดorthogonality และ synchronism หลักตามในอดีตสร้างเครือข่าย สากลกรองหลายบริษัทขนส่ง (UFMC),กรองธนาคารหลายบริษัทขนส่ง (FBMC) และเมจแบบทั่วไป frequencydivisionมัลติเพล็กซ์แบบ (OFDM) อย่างของสัญญาwaveforms ที่สามารถ outperform หารความถี่ orthogonalมัลติเพล็กซ์แบบ (OFDM) ในบริบท 50 นอกจาก multicarrierรูปคลื่นออกแบบเอง 50NOW อยู่ด้านดังกล่าวเป็นการรวมกรอบโครงสร้าง กรอง เบาการประมวลผลสัญญาณเสถียรภาพ และส่งเวลาแฝงต่ำมากเทคโนโลยี Multicarrier พิเศษสำหรับมืออาชีพแบบเฉพาะกิจและโครงการตามเซลล์สื่อสาร (EMPhAtiC)[36] การประมวลผลมีความยืดหยุ่น และมีประสิทธิภาพสูงตัวกรองธนาคาร developesการประเมินโครงสร้างและช่อง ปรับแต่ง และต้องการ therein ฟังก์ชันการซิงโครไนส์ นอกจากนี้ความเป็นไปได้ของ filterbank ตามแผน multicarrier ในบางสภาพแวดล้อมเฉพาะ (รีเลย์ multihop สหกรณ์), ที่ซิงโครไนส์เป็นยากรักษา จะมีประเมินการพลังงานมีประสิทธิภาพอีวงตัวรับส่งสัญญาณสำหรับ backhaul ทำของตัวรับส่งสัญญาณ [37] ของโครงการเครือข่าย (E3NETWORK) ในอนาคตออกแบบจุดมุ่งหมายที่สเปกตรัมและพลังงานประสิทธิภาพสูง โดยใช้modulations หลายระดับดิจิตอลที่ทันสมัย และสูงรวมวงจร (SiGe BiCMOS เทคโนโลยีขั้นสูง) ใน RFอนาล็อกเวอร์โครงการความปลอดภัยไร้สายชั้น (PHYLAWS) มีอยู่จริง[38] มีวัตถุประสงค์เพื่อเสริมสร้างวิทยุอินเทอร์เฟซส่วนตัวไร้สายเครือข่ายทางกายภาพชั้นความปลอดภัยและความลับที่กำหนดแนวทางWaveforms วิทยุที่น่าเชื่อถือและเข้าถึงโพรโทคอลการออกแบบ และทดสอบในการตั้งค่า WiFi ทดลองจริงและกรณี LTE จำลองวิทยุเพล็กซ์สำหรับโครงการท้องถิ่นเข้า (บริษัทริโก้)[39] สร้างตามเทคโนโลยีตัวรับส่งสัญญาณวิทยุที่เดียวกันสามารถใช้ความถี่ในการขนส่งพร้อมกันสำหรับการส่งและแผนกต้อนรับ กระบวนทัศน์นี้ส่งใหม่สามารถอย่างมีนัยสำคัญเพิ่มกำลังการผลิตที่เชื่อมโยง และให้วิธีใหม่สำหรับการยืดหยุ่นใช้สเปกตรัมและระบบเครือข่ายจัดการการเชื่อมต่อสำหรับพลังงานไร้สาย Optimisedโครงการเครือข่ายหนาแน่น (ฝูงชน) [40] มีวัตถุประสงค์มากเครือข่ายเข้าใช้บริการหนาแน่นรวมกับไร้สาย /สาย backhaul ทำความ เป้าหมายที่จะ ให้สัดส่วนความหนาแน่นกำลังการผลิตจำเป็น ปรับ MACกลไกเช่นสภาพแวดล้อม เปิดสัดส่วนรับส่งข้อมูลการใช้พลังงาน และตรวจสอบคุณภาพผู้ใช้ประสบการณ์ผ่านการออกแบบการจัดการเชื่อมต่อสมาร์ทเครือข่ายหนาแน่นโดยไร้เมฆ (DIWINE)โครงการ [41] ใช้กระบวนทัศน์ของ ' เสมือนรีเลย์ตาม selfcontainedไร้เมฆ ", ซึ่งได้ง่าย และชัดเจนอินเทอร์เฟซการเทอร์มินัล ในการแก้ปัญหาของเครือข่ายไร้สายการสื่อสารในเครือข่ายเฉพาะกิจหนาแน่นไปรบกวนInterworking และร่วมออกแบบของ Access เปิด และสถาปัตยกรรมเครือข่าย backhaul ทำในเซลล์ขนาดเล็กตามโครงการเครือข่าย (llOIN) เมฆ [42] จะใช้ส่วนกลางเปิดแพลตฟอร์มที่ใช้วิทยุเข้าถึงเครือข่าย (สำราญ) แนวคิดที่มีโครงสร้างพื้นฐานคลาวด์แบบ โครงสร้างการเข้าถึงและ backhaul ทำ18ร่วมออกแบบ และปรับให้เหมาะสมกระจายการจัดสรรคอมพิวเตอร์ เก็บข้อมูล และทรัพยากรพยายามผ่านสหกรณ์ femtocells (TROPIC) โครงการ [43]ตอบคำถามต่อไปนี้: ชนิดของการสื่อสาร /เทคโนโลยีการคำนวณจำเป็นต้องมาบรรจบกันโครงเครื่องข่ายชุมชนที่แพร่หลายและเมฆคอมพิวเตอร์ได้กำไรเท่าไรในประสิทธิภาพสเปกตรัม/พลังงาน/บริการachieved via the proposed femto-coud methods?Wireless technologies for isolated rural communities indeveloping countries based on cellular 3G femtocell deployments(TUCAN3G) project [44] takes advantage of newwireless access (30-+40 femtocells) and heterogeneous backhaulingtechnologies (long distance WiFi, WiMAX, VSAT) inoutdoor scenarios to establish economically sustainable andtechnologically feasible solution for rural environments.Beyond 2020 Heterogeneous Wireless Networks withMillimeter-Wave Small Cell Access and Backhauling(MiWaveS) [45] is an industry-driven large-scale integratingproject. It investigates and demonstrates key enablingtechnologies and functionalities supporting the integration ofmillimeter-wave small-cells in future heterogeneous networks.The project's interest is particularly at the level of networkingfunctions and algorithms, and integrated radio and antennatechnologies.Advanced Dynamic spectrum 5G mobile networks EmployingLisensed shared access (ADEL) project [46] has focuson investigating the following research problems within theIisensed shared access (LSA) paradigm: 1) the dynamic andoptimized allocation of spectral and power resources at timescales from seconds to even milliseconds, 2) quality o
การแปล กรุณารอสักครู่..