5G NR Benutzererfahrung in der realen Welt erwartet

In diesem Jahr haben 3GPP-Mitglieder die 5G NR-Spezifikation für die Offline-Bereitstellung von Netzwerken (SA) übernommen. Diese Spezifikationen sollten Unterstützung für neue Funktionen bieten - von der Netzwerksegmentierung (Network Slicing) bis hin zu einer genaueren Analyse der Servicequalität (QoS). Um die tatsächliche Leistung von Geräten mit Unterstützung für 5G und Gigabit LTE in einem Netzwerk mit autonomer Architekturimplementierung (SA) vorherzusagen, wurde eine groß angelegte Simulation unter Verwendung von Daten von Betreibern aus der ganzen Welt durchgeführt. Wir empfehlen Ihnen, sich mit den Ergebnissen genauer vertraut zu machen.

Tests der Download-Geschwindigkeit in 5G-NR-Netzen im Bereich von bis zu 6 GHz in Tokio

Das 5G NR SA-Makronetzsegmentmodell in Tokio umfasste 20 neue 5G NR-Basisstationen, die sich an denselben Standorten wie vorhandene LTE-Zellen befanden. Das 5G-NR-Netzwerkmodell in Tokio arbeitete im 100-MHz-Band des 3,5-GHz-Bandes und das Gigabit-LTE-TDD-Kernnetz in den drei LTE-Spektralbändern (3 × 20 MHz) (in Abbildung 1). Die Verteilung zwischen Basisstationen und Geräten wurde auf der Grundlage hochauflösender 3D-Karten von Tokio modelliert, wobei mögliche Verluste während der Signalausbreitung, Schattierung, Beugung, Verluste beim Durchgang durch Gebäude, Interferenzen usw. berücksichtigt wurden.

Darüber hinaus umfasste die Simulation die Verwendung verschiedener Funktechnologien, darunter Massive MIMO für 5G NR mit 256 Antennenelementen und 4x4 MIMO für LTE TDD-Netzwerke.

In der Simulation wurden verschiedene Arten von Verkehr verwendet, die die Verwendung von Geräten unter realen Bedingungen simulieren, nämlich Surfen, Herunterladen von Dateien und Streamen von Videos. Darüber hinaus wurde die Modellierung für verschiedene Endgerätemischungen mit unterschiedlichen HF-Fähigkeiten (Smartphones verschiedener LTE-Kategorien) durchgeführt.


Abbildung 1: Simulationsergebnisse der 5G NR-Netzwerkbandbreite in Tokio für den Bereich bis zu 6 GHz im Standalone-Modus (SA)

Mehr als 12.000 aktive Benutzergeräte verschiedener Typen wurden zufällig über das Netzwerk verteilt, von denen sich etwa 50% im Innenbereich und 50% im Freien befanden. Die Tests zeigten eine etwa fünffache Erhöhung der Netzwerkbandbreite für Downstream-Daten, wenn von einem LTE-TDD-Netzwerk mit einer Mischung von LTE-Geräten aus verschiedenen Kategorien zu einem 5G-NR-Netzwerk gewechselt wurde, wobei Multimode-Geräte verwendet wurden, die 5G-NR und Gigabit-LTE unterstützen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil war, dass die mittleren spektralen Effizienzindizes dreimal anstiegen.

Die Modellierung lieferte auch Einblicke in die reale Benutzererfahrung bei der Interaktion mit neuen Netzwerken. Zur Bewertung haben wir Schlüsselindikatoren verwendet, die bei unterschiedlichen Netzwerküberlastungen ermittelt wurden. Die Messungen wurden beim Surfen (ungleichmäßiger Datenverkehr, Surfen im Internet und in sozialen Netzwerken), Herunterladen hochauflösender Filme (3 GB) aus dem Cloud-Speicher sowie Streamen von 360-Grad-Videos (8K-Auflösung, 120 Bilder pro Sekunde, adaptiv) durchgeführt Bitrate).

Ein Beispiel für den Betrieb des 5G NR-Geräts im Tokio-Netzwerk ist in Abbildung 2 dargestellt. Die maximale Download-Geschwindigkeit erreichte 357 Mbit / s, wodurch ohne Verlust Videos in 8K-Auflösung mit 120 f / s übertragen und wiedergegeben werden konnten (Bitratenverteilungsdiagramm auf der rechten Seite der Abbildung). Abbildung 2 zeigt auch die Hauptindikatoren, die während der Simulation erhalten wurden, einschließlich Datenübertragungsrate, Signalqualität, spektrale Effizienz, MIMO-Rang und Spektrumsfrequenzen.


Abbildung 2: Schlüsselindikatoren für Video-Streaming mit 5G-NR-Netzen im Bereich von bis zu 6 GHz offline (SA)

Eine andere Simulation ermöglichte es zu vergleichen, wie Geräte im Netzwerk Daten unter Bedingungen unterschiedlicher Signalqualität übertragen - im 10. (schwaches Signal / Arbeit „am Rand der Zelle“), 50. (durchschnittliche Signalqualität) und 90. Perzentil (ideale Bedingungen) .

Kurze Ergebnisse sind wie folgt (siehe Abbildung 3):

• Es wurde eine mehr als dreifache Erhöhung der Download-Geschwindigkeit während des Surfens im Internet verzeichnet: 102 Mbit / s für die mittlere Kategorie von Benutzern von 4G LTE-Netzen gegenüber 333 Mbit / s in 5G NR-Netzen;
• Die Reaktionszeit nahm ungefähr um das Dreifache ab: Die mittlere Lastverzögerung verringerte sich von 48 auf 14 ms.
• Bei einem schwachen Signal kann sich die Geschwindigkeit des Herunterladens von Dateien um das Vierfache erhöhen: 131 Mbit / s für 90% der Benutzer in einem 5G-Netzwerk gegenüber 32 Mbit / s für Benutzer in einem LTE-Netzwerk;
• Für Benutzer im 10. Perzentil stieg die mögliche Video-Streaming-Qualität von 480p bei 30 fps mit 8-Bit-Farbwiedergabe (LTE) auf 8K bei 120 fps mit 10-Bit-Farbwiedergabe und höher (5G).

Abbildung 3: Benutzererfahrung beim Vergleich von Cat 9 LTE ​​und 5G NR

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen nicht nur eine Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit in 5G-Netzwerken, sondern auch eine stabile Kommunikationsqualität, selbst wenn am Rand der Zelle gearbeitet wird, was es uns ermöglicht, über völlig neue Szenarien für die Verwendung solcher Netzwerke nachzudenken.

Die Simulation ermöglichte auch einen allgemeinen Vergleich verschiedener Kategorien von Geräten unter bestimmten Bedingungen. Insbesondere in 4 ist zu sehen, dass:

• Bei Verwendung von 5G-NR-Netzwerken wird eine signifikante Leistungssteigerung verzeichnet, z. B. eine Erhöhung der Geschwindigkeit auf ein Gigabit-Niveau, eine Verringerung der Verzögerung, eine stabile Kommunikationsqualität und eine Erhöhung der Netzwerkbandbreite.
• Die Bedeutung von Gigabit-LTE-Netzen für die Bereitstellung einer schnellen und stabilen Kommunikation für Benutzer, die den 5G NR-Versorgungsbereich verlassen.

Abbildung 4: Schlüsselindikatoren für die Modellierung in Tokio mit ungleichmäßigem Datenverkehr - Daten basieren auf den Ergebnissen der Geräte mit dem 90. Perzentil

Uplink-Modellierung in 5G-NR-Netzen bis 6 GHz in Tokio

Erreichbare Datenübertragungsraten mit 5G-Netzen werden häufig intensiv diskutiert. Und fast immer sprechen wir über die Geschwindigkeit in einem Downstream-Kanal des Netzwerks und darüber, welche neuen Möglichkeiten dies bieten kann, aber über die Geschwindigkeit in einem Uplink (Uplink) wird nur sehr wenig gesagt. Der letzte Parameter ist jedoch nicht weniger wichtig, da Anwendungsentwickler verstehen müssen, welche Geschwindigkeit im Uplink sie von Netzwerken der nächsten Generation erwarten sollten, bevor sie mit der Entwicklung oder Aktualisierung ihrer Produkte beginnen.

Aus diesem Grund haben wir als erste in der Branche die Möglichkeit einer angekündigten detaillierten Modellierung der Upload-Geschwindigkeit von Daten als Teil unserer Plattform hinzugefügt, um die Funktionen von 5G NR-Netzwerken und die Benutzererfahrung bei der Interaktion mit ihnen zu testen. Diese Plattform ist so konzipiert, dass beim Hochladen von Daten und Benutzererfahrung bei der Arbeit mit 5G NR- und Gigabit LTE TDD-Multimode-Geräten, die in autonomen 4G / 5G NR-Netzwerken arbeiten, quantitative Daten zur erwarteten realen Netzwerkleistung bereitgestellt werden.

Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, zeigten die Tests eine fast dreifache Erhöhung der Upload-Geschwindigkeit von Daten während des Übergangs unter Verwendung einer Mischung verschiedener Geräte von LTE-Netzen zu 5G-NR-Netzen.


Abbildung 5: Simulationsergebnisse von 5G NR-Netzwerkfunktionen einer autonomen Architektur unter 6 GHz für den Upstream-Datenkanal

Abbildung 6 zeigt ein Beispiel eines 5G-NR-Geräts, das ein Verkehrsmodell implementiert, das dem Hochladen einer PowerPoint-Datei in die „Cloud“ entspricht. Die maximale Upload-Geschwindigkeit in diesem Anwendungsfall erreichte 78 Mbit / s und die Übertragung der Datei dauerte weniger als 30 Sekunden. Die Abbildung zeigt auch Schlüsselindikatoren, einschließlich Signalqualität, spektrale Effizienz, MIMO-Rang und Spektrumsfrequenzen.


Abbildung 6: Geschwindigkeit beim Hochladen von Dateien und wichtige Messdaten bei Verwendung von 5G NR SA-Netzwerken im Bereich unter 6 GHz

Die Übertragung von Live-Videoinhalten ist ein weiteres wichtiges Beispiel für die Verwendung moderner Geräte. Die Qualität der Übertragung hängt hier direkt von der Geschwindigkeit des Hochladens von Daten in das Netzwerk (im Uplink) ab. Angesichts der Tatsache, dass viele soziale Netzwerke bereits Video-Streaming anbieten, steigt die Anzahl der daran interessierten Benutzer allmählich an. Abbildung 7 zeigt einen Vergleich zwischen Durchschnittsgeschwindigkeiten bei Verwendung von LTE UL CAT 13 und 5G NR. Die Simulation zeigte, dass ein Benutzer von 5G-Netzwerken Echtzeitvideos in 4K senden kann, ohne die Bildqualität aufgrund von Paketverlust zu beeinträchtigen, während der LTE CAT 13-Benutzer nicht über genügend Netzwerkbandbreite verfügt, um Daten in einer Qualität von mehr als 240p und sogar in zu übertragen In diesem Fall gehen einige Pakete verloren und das Bild „friert regelmäßig ein“.


Abbildung 7: Vergleich der Live-Videoübertragung zwischen SA 5G NR bis 6 GHz und LTE UL CAT 13

Den 5G-Traum verwirklichen: Von der Simulation zur Realität

Die Modellierung der Fähigkeiten von 5G-Netzwerken und der Benutzererfahrung bei der Interaktion mit ihnen demonstrierte das Potenzial von 5G-Technologien, ihre Leistung und den Betrieb von 5G- und Gigabit-LTE-TDD-Netzwerken im Standalone-Modus unter realen Bedingungen. Die Ergebnisse bestätigten auch eine signifikante Steigerung der Geschwindigkeit beim Laden und Entladen von Daten, die mit 5G NR erreicht werden kann, und die Bereitschaft dieser Netzwerke für völlig neue Szenarien für die Nutzung und Implementierung neuer Dienste.

Zusätzlich zu dieser Simulation (und ähnlichen Simulationen für andere Städte der Welt) führte Qualcomm das ganze Jahr über umfangreiche Feldtests durch, um das Qualcomm Snapdragon X50 5G-Modem zu verifizieren. Dies geschah in Zusammenarbeit mit großen OEMs, Infrastrukturanbietern und Mobilfunkbetreibern. Dies ist ein weiterer Schritt, der zum Erscheinen der ersten Welle von Consumer-Geräten mit 5G-Unterstützung auf dem Markt führt, die im ersten Halbjahr 2019 erwartet wird.