Expérience utilisateur 5G NR attendue dans le monde réel

Cette année, les membres du 3GPP ont adopté la spécification 5G NR pour le déploiement hors ligne des réseaux (SA). Ces spécifications devraient permettre de prendre en charge de nouvelles capacités - de la segmentation du réseau (découpage du réseau) à une plus grande granularité des niveaux de qualité de service (QoS). Afin de prédire les performances réelles des appareils prenant en charge la 5G et le Gigabit LTE fonctionnant dans un réseau avec une implémentation d'architecture autonome (SA), une simulation à grande échelle a été réalisée à l'aide des données d'opérateurs du monde entier. Nous vous suggérons de vous familiariser avec les résultats plus en détail.

Tests de vitesse de téléchargement dans les réseaux 5G NR dans la gamme jusqu'à 6 GHz à Tokyo

Le modèle de segment de réseau macro 5G NR SA à Tokyo comprenait 20 nouvelles stations de base 5G NR qui étaient situées sur les mêmes sites que les cellules LTE existantes. Le modèle de réseau 5G NR à Tokyo fonctionnait dans la bande 100 MHz de la bande 3,5 GHz, et le réseau central Gigabit LTE TDD dans les trois bandes de spectre LTE (3 × 20 MHz) (figure 1). La répartition entre stations de base et appareils a été modélisée sur la base de cartes 3D haute résolution de Tokyo, en tenant compte des pertes possibles lors de la propagation du signal, de l'ombrage, de la diffraction, des pertes lors du passage dans les bâtiments, des interférences, etc.

En outre, la simulation comprenait l'utilisation de diverses technologies radio, notamment Massive MIMO pour 5G NR avec 256 éléments d'antenne et 4x4 MIMO pour réseaux LTE TDD.

Dans la simulation, plusieurs types de trafic ont été utilisés pour simuler l'utilisation des appareils dans des conditions réelles, à savoir la navigation, le téléchargement de fichiers et la diffusion vidéo en continu. En outre, une modélisation a été réalisée pour différents mélanges d'appareils terminaux avec différentes capacités RF (smartphones de différentes catégories LTE).


Figure 1: Résultats de simulation de la bande passante du réseau 5G NR à Tokyo pour la plage jusqu'à 6 GHz en fonctionnement en mode autonome (SA)

Plus de 12 000 appareils utilisateurs actifs de différents types ont été distribués au hasard sur le réseau, dont environ 50% à l'intérieur et 50% à l'extérieur. Les tests ont démontré une augmentation de la bande passante du réseau pour les données en aval d'environ 5 fois lors du passage d'un réseau LTE TDD avec un mélange d'appareils LTE de différentes catégories à un réseau 5G NR à l'aide d'appareils multimodes prenant en charge 5G NR et Gigabit LTE. Un autre avantage significatif était que les indices d'efficacité spectrale médiane ont augmenté de 3 fois.

La modélisation a également fourni des informations sur l'expérience utilisateur réelle en interaction avec de nouveaux réseaux. Pour l'évaluer, nous avons utilisé des indicateurs clés obtenus à différents encombrements du réseau. Les mesures ont été effectuées pendant la navigation (trafic inégal, navigation sur Internet et les réseaux sociaux), le téléchargement de films haute résolution (3 Go) à partir du stockage cloud, ainsi que le streaming vidéo à 360 degrés (résolution 8K, 120 images par seconde, adaptatif bitrate).

Un exemple de fonctionnement de l'appareil 5G NR dans le réseau de Tokyo est illustré à la figure 2. La vitesse de téléchargement maximale a atteint 357 Mbit / s, ce qui a permis de transférer et de lire des vidéos en résolution 8K à 120 images par seconde sans perte (tableau de répartition du débit sur le côté droit de la figure). La figure 2 montre également les principaux indicateurs obtenus lors de la simulation, notamment le taux de transfert de données, la qualité du signal, l'efficacité spectrale, le rang MIMO et les fréquences spectrales.


Figure 2: Indicateurs clés pour le streaming vidéo utilisant des réseaux 5G NR dans une plage allant jusqu'à 6 GHz hors ligne (SA)

Une autre simulation a permis de comparer la façon dont les appareils du réseau transmettent des données dans des conditions de qualité de signal différentes - dans le 10e (signal faible / travail «au bord de la cellule»), 50e (qualité moyenne du signal) et 90e centiles (conditions idéales) .

Les résultats succincts sont les suivants (voir figure 3):

• plus de trois fois l'augmentation de la vitesse de téléchargement lors de la navigation sur le Web a été enregistrée: 102 Mbit / s pour la catégorie médiane des utilisateurs des réseaux 4G LTE contre 333 Mbit / s dans les réseaux 5G NR;
• il y avait une diminution d'environ trois fois du temps de réponse: le délai de charge médian est passé de 48 à 14 ms;
• vous pouvez constater une multiplication par quatre de la vitesse de téléchargement des fichiers dans un signal faible: 131 Mbps pour 90% des utilisateurs sur un réseau 5G contre 32 Mbps pour les utilisateurs sur un réseau LTE;
• pour les utilisateurs du 10e centile, la qualité de streaming vidéo possible est passée de 480p à 30 ips avec un rendu des couleurs 8 bits (LTE) à 8K à 120 ips avec un rendu des couleurs 10 bits et plus (5G).

Figure 3: Expérience utilisateur sur la comparaison Cat 9 LTE ​​et 5G NR

Les résultats obtenus indiquent non seulement une augmentation de la vitesse de transfert de données dans les réseaux 5G, mais également une qualité de communication stable même en travaillant en périphérie de la cellule, ce qui nous permet de penser à des scénarios complètement nouveaux pour l'utilisation de tels réseaux.

De plus, la simulation a permis une comparaison générale de diverses catégories d'appareils dans des conditions spécifiques. Sur la figure 4, en particulier, on peut voir que:

• une augmentation significative des performances est enregistrée lors de l'utilisation des réseaux 5G NR, par exemple, une augmentation de la vitesse à un niveau gigabit, une diminution du retard, une qualité de communication stable et une augmentation de la bande passante du réseau;
• L'importance des réseaux Gigabit LTE pour fournir une communication rapide et stable aux utilisateurs qui quittent la zone de couverture 5G NR.

Figure 4: Indicateurs clés pour la modélisation à Tokyo avec un trafic inégal - données basées sur les résultats reçus des appareils du 90e centile

Modélisation de la liaison montante sur les réseaux 5G NR jusqu'à 6 GHz à Tokyo

Les taux de transfert de données réalisables en utilisant les réseaux 5G font souvent l'objet de discussions intenses. Et presque toujours, nous parlons de la vitesse dans un canal en aval du réseau et de quelles nouvelles possibilités cela peut donner, mais très peu est dit sur la vitesse dans une liaison montante (liaison montante). Mais le dernier paramètre n'est pas moins important, car les développeurs d'applications doivent comprendre quelle vitesse dans la liaison montante ils devraient attendre des réseaux de prochaine génération avant de commencer à développer ou à mettre à jour leurs produits.

C'est pourquoi nous avons été les premiers du secteur à ajouter la possibilité d'annoncer une modélisation détaillée de la vitesse de téléchargement des données dans le cadre de notre plate-forme pour tester les capacités des réseaux 5G NR et l'expérience utilisateur en interaction avec eux. Cette plate-forme est conçue de manière à fournir des données quantitatives concernant les performances réseau réelles attendues lors du téléchargement de données et de l'expérience utilisateur lorsque vous travaillez avec des appareils multimodes 5G NR et Gigabit LTE TDD fonctionnant dans des réseaux autonomes 4G / 5G NR.

Comme le montre la figure 5, les tests ont montré une augmentation de près de trois fois la vitesse de téléchargement des données pendant la transition en utilisant un mélange de différents appareils des réseaux LTE aux réseaux 5G NR.


Figure 5: Résultats de simulation des capacités du réseau 5G NR d'une architecture autonome en dessous de 6 GHz pour le canal de données en amont

La figure 6 montre un exemple d'un appareil 5G NR qui implémente un modèle de trafic correspondant au téléchargement d'un fichier PowerPoint sur le «cloud». La vitesse de téléchargement maximale dans ce cas d'utilisation a atteint 78 Mbps et il a fallu moins de 30 secondes pour transférer le fichier. La figure montre également des indicateurs clés, notamment la qualité du signal, l'efficacité spectrale, le rang MIMO et les fréquences spectrales.


Figure 6: Vitesse de téléchargement de fichier et mesures clés lors de l'utilisation de réseaux 5G NR SA dans la plage inférieure à 6 GHz

La diffusion de contenu vidéo en direct est un autre exemple important d'utilisation d'appareils modernes. La qualité de la diffusion ici dépend directement de la vitesse de téléchargement des données sur le réseau (en liaison montante). Compte tenu du fait que de nombreux réseaux sociaux proposent déjà le streaming vidéo, le nombre d'utilisateurs intéressés augmente progressivement. La figure 7 montre une comparaison entre les vitesses moyennes lors de l'utilisation de LTE UL CAT 13 et 5G NR. La simulation a montré qu'un utilisateur de réseaux 5G peut diffuser des vidéos en temps réel en 4K sans compromettre la qualité d'image en raison de la perte de paquets, tandis que l'utilisateur LTE CAT 13 n'a pas assez de bande passante réseau pour transmettre des données de qualité supérieure à 240p, et même en Dans ce cas, certains paquets sont perdus et l'image se "bloque" périodiquement.


Figure 7: Comparaison de la transmission vidéo en direct entre SA 5G NR jusqu'à 6 GHz et LTE UL CAT 13

Réaliser le rêve 5G: de la simulation à la réalité

La modélisation des capacités des réseaux 5G et l'expérience utilisateur d'interagir avec eux ont démontré le potentiel des technologies 5G, ses performances et le fonctionnement des réseaux TDD 5G et Gigabit LTE en mode autonome dans des conditions réelles. Les résultats ont également confirmé une augmentation significative de la vitesse de chargement et de déchargement des données pouvant être obtenue par 5G NR, et la disponibilité de ces réseaux pour de nouveaux scénarios d'utilisation et de mise en œuvre de nouveaux services.

En plus de cette simulation (et d'autres similaires pour d'autres villes du monde), Qualcomm a effectué des tests sur le terrain à grande échelle tout au long de l'année pour vérifier le modem Qualcomm Snapdragon X50 5G. Cela a été fait en collaboration avec les principaux équipementiers, fournisseurs d'infrastructure et opérateurs mobiles. Et c'est une autre étape menant à l'apparition sur le marché de la première vague d'appareils grand public avec prise en charge 5G, qui est attendue au premier semestre 2019.