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高通:獨立5G NR用戶的真實體驗

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科技產業資訊室 - May 發表於 2018年7月31日

圖、高通:獨立5G NR用戶的真實體驗

5G NR技術標準剛確立,為搶5G商機,許多5G晶片業者早就搶先進行5G功能實測,高通(Quaolcomm)就是其中之一。
 
獨立5G (SA)規範,除了支援使用新的5G核心網路獨立部署5G NR之外,更要實現新的點對點(end-to-end)網路功能,從網路切片到更細膩的服務質量(QoS)支援。這些網路功能對於啟用5G新商業模式至關重要。
 
以下報導,以高通展示東京測試5G NR網絡容量和用戶體驗模擬的發現與結果,如下:
 

東京5G NR sub-6 GHz – 模擬下行鏈路(downlink)

東京使用20個現有的微型基地台以模擬SA 5G NR網絡(圖1),其中新的5G NR基地台與現有的LTE基地台位於同一位置。東京5G NR網絡在100 MHz的3.5 GHz頻譜上運行,一個基本Gigabit LTE TDD網絡在三個LTE頻段(3x20MHz)上運行。基地台和裝置之間的傳播是基於東京的高清3D地圖建模,以解決道路損耗、陰影、衍射(diffraction)、減少建築物干擾及避障等問題。
 
還有,RF功能被建模以準確描繪真實世界的性能,例如具有256個天線元件的5G NR和LTE TDD上的4x4 MIMO的大規模MIMO功能。
 
將各種流量模型應用於具有不同功能的設備組合,這些模型模擬大眾用戶體驗,可以瀏覽、下載和串流式傳輸。
圖一、東京獨立 5G NR sub-6 GHz網絡下行鏈路容量模擬結果
 
超過12,000個具有各種功能的活動用戶裝置(active user devices)隨機分佈在整個網絡中,大約50%的用戶在室內,50%在室外。該模擬研究說明,當從具有各種功能的LTE設備混合的LTE TDD網絡遷移到具有採用多模式5G NR設備的SA 5G NR網路和先進的Gigabit等級LTE設備組合,下行鏈路容量增加LTE之5倍。另一個令人信服的益處是中間光譜效率(median spectral efficiency)提高了3倍。
 
該模擬平台還通過用戶級關鍵性能指標(KPI)提供用戶體驗的見解,用於表示瀏覽的不同流量模式(例如,數據串流通量、網絡、社交網站動態),3GB高清電影的雲端儲存下載,和適應於bitrate級360度視頻串流(8K解析度、120 fps速率)。
 
東京網路的5G NR裝置示例,如下圖2所示。該裝置實現了357 Mbps的DL數據速率,可在最大8K,120 fps視頻比特率(bitrate)下實現100%視頻播放,如右邊bitrate分佈圖所示。圖2還展示模擬平台顯示的裝置級KPI,包括數據速率、訊號品質、頻譜效能、MIMO等級和寬頻頻譜。
 
圖2:SA 5G NR sub-6 GHz視頻串流體驗和各種KPI值

此外,模擬平台提供了在不同訊號品質下裝置(device)連接到網路設備進行比較:10%(小區域邊緣/挑戰訊號條件)、50%(中間用戶)或90%(理想訊號條件)。
 
測試結果,主要發現:
o瀏覽下載速度超過3倍 - 4G LTE中間用戶值102 Mbps,而5G NR用戶為333Mbps(圖3)
o響應速度提高約3倍,瀏覽下載延遲之中間值從48ms減少到14ms(圖3)(註:毫秒ms代表千分之一秒)
o對於訊號條件極具挑戰性的用戶,文件下載速度提高約4倍。 90%的5G用戶為131 Mbps,而LTE為32 Mbps(圖3)
o 10%串流視頻品質從LTE用戶的480/30 FPS / 8位元色彩增加到8K / 120 FPS / 10位元色彩(圖3)
圖3:Cat 9對5G NR使用經驗比較

最後,模擬平台針對給定流量類型的所有裝置類別的系統範圍比較。下面圖4中的整體性能指標顯示:
圖4:東京的數據串流通量(bursty traffic) KPI之各種類型排名
 
東京5G NR sub-6 GHz – 模擬上行鏈結(uplink)

關於5G速度有很多討論。大多數(如果不是全部)指的是下行鏈路以及如何以最小的上行鏈路速度和功能參考來增強和啟用新體驗。 事實上,上行鏈路同樣重要,因為APP應用程式開發人員還需要預測5G網絡上行鏈路的可能性能,然後才能開始考慮新一代應用程式或如何發展現有應用程式。
 
這就是為什麼我們首次公開無線產業的詳細模擬上行鏈路加入到5G NR網路容量和用戶體驗平台,該設計旨在SA多模組4G / 5G NR網路中運行的TDD頻譜中的5G NR和Gigabit 等級LTE設備的預期工作上行鏈路性能和用戶體驗提供定量分析。
 
如圖5所示,模擬研究指出當從具有各種功能的LTE混合設備到僅有LTE網路遷移到5G NR網路時,上行鏈路容量增加了近3倍。
圖5:Tokyo SA 5G NR sub-6 GHz網絡上行鏈路容量模擬結果
 
圖6顯示了具有流量模式的5G NR裝置的範例,該流量模式將PowerPoint文件上傳到雲端。其裝置實現了78 Mbps的UL數據速率,在不到30秒的時間內完成了傳輸。該圖還顯示了裝置級(device-level ) KPI,例如訊號品質、頻譜效率、MIMO等級和寬頻頻譜。
圖6:SA 5G NR sub-6 GHz文件上傳體驗和KPI
 
另一個重要的用戶體驗是直播視頻轉播。直播視頻的品量取決於上行鏈路品質。隨著許多社交媒體平台採用直播視頻,將增加直播視頻的用戶。
 
圖7展示,LTE UL CAT 13和5G NR用戶之間的比較。在模擬中,5G用戶可以播放4K品質的即時視頻,而不會因遺失數據包(packet)而造成視頻不佳,而CAT 13 LTE用戶沒有足夠的寬頻來播放超過240p的任何內容,而一些數據包遺失導致直播視頻訊號不穩。
圖7:SA 5G NR sub-6 GHz與UL CAT 13即時直播視頻比較
實現5G承諾:從模擬到現實
 
透過提供對新獨立5G規範來運行的TDD頻譜及Gigabit 等級LTE的預期工作性能和用戶體驗的深入了解,5G網路容量和用戶模擬體驗展示了5G的巨大潛力。調查結果還為5G NR可實現的下行鏈路和上行鏈路容量的顯著表現,提供了定量支援,可以支持新的服務和體驗。
 
高通將在2018年下半年開展大規模測試,利用Qualcomm Snapdragon X50 5G數據機,與OEM、基礎設施供應商展開合作,而電信運營業者預計在2019年上半年推出首批5G手機。(1888字;圖1)

 
參考資料:
Real-world user experiences with standalone 5G NR. Qualcomm, 2018/7/26.



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