Viidennen sukupolven langaton tietoliikenneverkko

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tarkastella viidennen sukupolven matkapuhelinverkkoa ja kuvata sen toimintaa. Yksittäisinä osa-alueina tutkittiin matkapuhelinverkkojen kehitystä, 5G:n käyttötapauksia, tyypillisiä käyttötapauksia, tekniikoita ja muutamia 5G-järjestelmän arkkitehtuureitta. Tavoitteena oli tutustua 5G:n tavoitteiden saavuttamiseksi ehdotettuihin tekniikoihin ja lisätä osaamista yleisesti niihin liittyen. Tietoa haettiin pääasiassa verkkolähteistä ja alan kirjallisuudesta.

Toisiin kuin aiemmat järjestelmät, 5G-tekniikka on kehitetty erityisten käyttösovellusten tarpeesta. Tämä aiheuttaa 5G-verkolle haasteita, kuten sen kautta kulkevan suuren liikenteen käsittely, millimetritaajuuksien lyhyt kantomatka, lyhyen viiveen ja luotettavuuden yhdistelmä ja esineiden internetin aiheuttama verkottuneiden laitteiden määrän kasvu ja sen myötä liitettävyysongelman.

Näihin haasteisiin vastaamiseksi on esitetty erilaisia tekniikoita, kuten piensolu, advanced MIMO, kerrostamaton verkko, itse organisoituva verkko ja viipaleverkko. Verkon viipaloinnilla verkkotoimintoja suoritetaan ohjelmistoja käyttäen (Software-Defined Network) ja standardipalvelimella ajettavina virtuaalikoneina (Network Function Virtualisation). Tällä tavalla käyttäjille voidaan tarjota eri palveluja kukin tarpeen mukaan samaa laitteistoa käyttäen.

Työssä esitetään yleiskatsaus näistä ehdotetuista tekniikoista, 5G-verkon vaatimuksista, 3GPP:n ja ITU:n laatimia toteutusaikatauluja ja vertaillaan 5G:n ominaisuuksia aiempien järjestelmien ominaisuuksiin, kuten datansiirtonopeuksia vastaanotossa ja viiveitä.

The purpose of the thesis was to look at the fifth-generation cellular network and describe how it works. The development of cellular networks, 5G use cases, typical use cases, technologies and some 5G system architectures were studied as individual areas. The goal was to explore the technologies proposed to achieve the 5G’s goals and to further expertise in the field related to those technologies in general.

Unlike previous systems, 5G technology has been developed to meet the need for specific applications. This poses challenges for the 5G network, such as handling the large amount of traffic passing through it, the short range of millimeter frequencies, the combination of low latency and reliability, and the growth in connected devices driven by the Internet of Things and the connectivity challenges related to it.

To meet these challenges, various techniques have been proposed, such as small cell, advanced MIMO, flat network architecture, self-organizing network, and slice network. With network slicing, network functions are performed using software (Software-Defined Network) and virtual machines running on a standard server (Network Function Virtualization). In this way, users can be offered different services, each using the same hardware as needed.

The paper provides an overview of these proposed technologies, 5G network requirements, implementation schedules developed by 3GPP and ITU, and compares the features of 5G with the features of previous systems, such as downlink and uplink data rates.