Padronização e experiências concretas

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1 Painel Telebrasil Padronização e experiências concretas 22 de maio de 2018 Alberto Boaventura Diretoria de Estratégia, Tecnologia e Arquitetura de Rede Ger. Estratégia e Arquitetura de Rede

2 Cenários da Indústria de Telecomuinicações: Ondas de Evolução Transformação Mercado Tecnologia Internet Internet Móvel Internet das Coisas Internet Tátil Viabilizou as comunicações Globais; Nova forma de entretenimento; Barateamento das comunicações; Comunicações em todo lugar; Alcançabilidade dos usuários e serviços; Smartphone: tornando-se o principal dispositivo para acesso à conteúdo; Smartphones => Início da Transformação Digital; Potencializou o uso de Redes Sociais; Revolucionará todos os segmentos industriais através da integração e transação eletrônica melhorando e otimizando os seus processos produtivos; Nova plataforma para inovação, inaugurando um novo momento econômico; Experiência não só audiovisual, mas de imersão total; Ajudarão aos usuários (humanidade) na complementação da percepção do mundo trazendo mais informações através de aplicações sofisticadas de Realidade Aumentada e Realidade Artificial; Tráfego de voz superior ao de dados; Voz é o serviço mais importante; Aplicações não Real-Time Crescimento da banda larga fixa é de 42% (CAGR) contra 22% para acessos móveis; Banda Larga Fixa > 64 kbps; Padrão ADSL.1 =1-8 Mbps Crescimento da banda larga fixa é de 8% (CAGR) contra 33% para banda larga móvel; O número de MBB supera superior ao de FBB em 2013; O tráfego de dados já supera o tráfego de voz. Dados passa ser mais o serviço mais importante; Na próxima década serão algumas dezenas de bilhões de objetos conectados Explosão de objetos conectados; Serviços com baixa latência e segurança passam a ter outra relevância; O 5G apresenta-se promissor com: expectativa de 1 bilhão de assinantes em menos de 5 anos de operação; acima de 10 trilhões em receita no mesmo período; A latência passa a ser mais relevante que a taxa para os serviços da Internet tátil; Word Wide Web Dial Up xdsl Comutação por pacotes & TCP/IP WAP EDGE, HSPA/HSPA+ e LTE/LTE-A Android Vídeo streaming e sharing Redes Sociais Roaming Global Acesso LPWA, SigFox, LoRA, LTE-M Computação na Nuvem; Computação cognitiva; Big Data, Analytics, Machine Learning, AI Blockchain Sistemas de baixa latência: SDN/NFV; Fog Computing Quantum Computing Quantum Internet;

3 Nem todos os serviços podem ser desenvolvidos pela rede Existente Os serviços pensados para a próxima década exigirão novos requisitos difíceis de serem oferecidos pelas redes existentes: taxas de pico superiores 10x superiores; taxas médias 100x superiores; latência 10x inferior; número de conexões 100x superior entre outros aspectos. Enhanced Mobile Broadband Smart Homes Building 3D vídeo, UHD, Virtual Reality Augmented Reality Industry Automation Massive Machine Type Smart Cities Connected Cars Self Driving Car Remote Surgery Ultra-Reliable & Low Latency Fonte: GSMA 2017

4 segurança Identidade Privacidade Tempo Real Seamless Personaliz. Interação & Tarifação QoS Contexto Visão do 5G segundo Next Generation Mobile Network (NGMN) CASOS DE USO MODELOS DE NEGÓCIO CRIAÇÃO DE VALOR Broadband Access in Dense Areas Broadband Access Everywhere Provedor de Ativos XaaS; IaaS; NaaS; PaaS Network Sharing Higher User Mobility Extreme Real-Time Communications Ultra-reliable Communications Massive Internet of Things Lifeline Communications Broadcast-like Services Provedor de Conectividade Provedor de Serviço de Parceiros Conectividade Básica Conectividade Avançada Serviços enriquecidos pelo parceiro Serviço enriquecido fornecido pela operadora TRUST EXPERIENCIA SERVIÇO REDE CONFIÁVEL E FLEXÍVEL "5G é um ecossistema e2e para permitir uma sociedade totalmente móvel e conectada. Permite a criação de valor para clientes e parceiros, através de casos de uso existentes e emergentes, fornecidos com experiência consistente e habilitados por modelos de negócios sustentáveis " Requisitos Atributo 3GPP Release 12 NGMN Requiremnents Throughput por Usuário Áté 100 Mbps de média com picos de 600 Mbps (Cat11/12) > 10 X acima da taxa média e picos com taxas de > 100 X na borda da célula Latência Mobilidade Eficiência Espectral 10 ms para duas vias RAN (prescheduled) Tipicamente 50 ms e2e I Functional up to 350 km/h No support for civil aviation DL: 0,074-6,1 bps/hz UL: bps/hz > 10X (menor) > 1,5 X Densidade de Conectividade 2000 Users Ativos/km2 > 100 X Aumento significativo

5 Cronograma do 5G Esforço intensivo e extensivo por todos os órgãos de padronização Pesquisa Exploratória Pre-padronização Padronização Trials & Comercialização WRC12 Vision, Technology & Spectrum WRC15 Tech. Requirements & Eval. Methodology Proposal Submission WRC19 Evaluation & Specification First Release White Paper Requirements & Tech. feasibility Trial of basic functionality Tests IoT and deployment Release Release 14 & 5G SI Release 15 & 5G SI/WI Release 16 & 5G Enh (ITU) NFV Phase 1 NFV Phase 2 NFV Phase 3 MEC Phase 1 MEC Phase 2 RG on Cloud based Mobile Core Net. for 5G Open Flow v1.2 Google Open Daly Light Evolution to SDN Open Flow

6 Rede Móvel Desafios do 5G Tecnologia Programa ITU IMT 2000 IMT Advanced IMT2020 Serviço Voz+Multimídia Voz+Dados Banda larga+vídeo Ultra-banda larga+vídeo Internet of Everything Taxa Máxima Setor 1 Mbps 10 Mbps 150 Mbps 1 Gbps 10 Gbps Conexões Móveis Acessos = 500 milhões Acessos = 1 bilhão Banda Larga = Acessos = 5 bilhões BandaLarga = 0,8 Bilhão Acessos = 10 bilhões BandaLarga = 3,5 Bilhões Acessos >30 bilhões BandaLarga = 7,7 Bihões Tráfego de Dados <66 PB/Mês 240 PB/Mês 5300 PB/Mês PB/Mês Portadora 5 MHz 10 MHz 20 MHz 100 MHz >100 MHz Espectro destinado ao IMT WARC92 e WRC00 = 749 MHz WRC07=+428 MHz 1177 MHz WRC15= MHz 1886 MHz WRC19 = + 10 GHz (?) Densidade de Sites 1 site /km2 5 sites/km2 50 sites/km2 100 sites/km2 >100 sites/km2 Capacidade do Backhaul 2 Mbps 20 Mbps BH: 200 Mbps FH: 9 Gbps BH: 2 Gbps FH: > 9 Gbps? Latência 500 ms 100 ms 10 ms 10 ms <1 ms Mundo (Brasil) 2000(2008) 2005(2008) 2010(2013) 2015 (2017) 2020 (??)

7 Mudanças... Tráfego Voz Dados 1000x Receita Tráfego de Dados Móveis Internet of Things Experiência do Usuário Tráfego & Receita Rápido e consistente de consolidação da banda larga móvel, dobrando ano a ano, está trazendo um tsunami de tráfego de dados, representando em x do tráfego em haverá cerca de 1,4 dispositivos móveis per capita e mais de 10 bilhões de dispositivos móveis conectados em 2018, incluindo máquina-a-máquina (M2M) módulos superior a população do mundo (7,6 bilhões) - Cisco VNI 2014 Os requisitos dos clientes não são iguais. É imperativo descobrir quais os atributos são mais importantes para o cliente. Percepção negativa dos serviços são as principais razões para a mudança de prestador de serviços Principal dilema da banda larga: o desacoplamento de tráfego e receita. Traz uma pesquisa contínua para identificação de soluções com custos eficazes e acessíveis.

8 ... Desafios + vs vs 256QAM... Gerência de Recursos Mais Espectro: Licenciado, Compartilhado ou Não Licenciado Novas Tecnologias Novos Sites Custo e disponibilidade do Espectro, Eficiência Espectral e Espacial Controle de Interferência Gerência de Ciclo de Vida Múltiplas tecnologias e custos Balanceamento de serviço, tecnologia e espectro Penetração e subsídio de dispositivos Refarming Evolução de Arquitetura Mais Capacidade Maior Elasticidade Maior Resiliência Maior Granularidade Baixa Latência Auto-Organizável Sincronização Service & Network State Awareness Network Slicing

9 Gerência de Recursos Curvas de Capacidade Curvas de Demanda Ano X+3 G D Mais Frequência Nova Tecnologia G Cenário Base 600,0 Mbps/km2 400,0 Mbps/km2 Estratégias Básicas para Aumento de Capacidade Mais Sites B E F G Ano X+2 Ano X+1 Mais Espectro Nova Feature C A E B F 200,0 Mbps/km2 A Nova Tecnologia Mais Espepctro C D Ano X 0,6 km Mais Sites 0,5 km 0,4 km 0,0 Mbps/km2 0,3 km Cobertura Capacidade da Rede = Número de Células Eficiência Espectral Largura de Banda

10 A estratégia para Gerenciar os Recursos não é única Custo por km2 Largura de Banda LTE (Cat.3) LTE (Cat.4) CA (Cat 6) CA + MIMO 4x4 Triband CA Triband CA + 256QAM Triband CA + 256QAM + MIMO 4x4 Quadriband CA+ MIMO 4x4 5xCA+ MIMO 4x4 DILEMA DA BANDA DE FREQUÊNCIA SMALLCELLS PARA ALTA DENSIDADE DE TRÁFEGO Amount of Bandwidth 13 GHz 90 MHz 150 MHz 200 MHz 500 MHz Este limite de 0,002 GkM representa quando as SmallCells são mais econômicas do que a rede macro 700 MHz 1800 MHz 3500 MHz 5800 MHz (LTE-U) Melhor Propagação mmwave Bandas baixas possuem boa penetração indoor, porém pequena largura de banda para aplicações de banda larga.. Fonte: Mobile Experts 2018 MMWAVE VS MID BANDS DIVERSAS COMBINAÇÕES TECNOLÓGICAS PARA O GBPS 6x > 1 Gbps 5x 950 Mbps 950 Mbps 4x 3x 2x Limite a adoção ao 5G (> 1 Gbps) 600 Mbps 500 Mbps 450 Mbps 300 Mbps 100 Mbps 150 Mbps 1x 1x 2x 3x 4x 5x 6x Custo por Gbps Fonte: Mobile Experts 2018

11 Capacidade Cobertura Bandas para o 5G Cobertura vs Capacidade <1 GHz ~0.3 GHz Necessidade: L x 20 MHz Alcance para Massive Internet of Things (IoT) < 1GHz Mobile Broadband & Critical Mission Outdoor 1 3 GHz 400 MHz 900 MHz 1400 MHz 1900 MHz 2400 MHz 2900 MHz B31 Broadcast B28 B20 B5 B8 B32 B3 B1 B40 ISM B7 1-6 GHz ~ 3 GHz Necessidade: L x 100 MHz > 6 GHz ~30 GHz Necessidade: 1-2 GHz Mobile Broadband & Critical Mission Applications Indoor 3-6 GHz 3000 MHz 3500 MHz 4000 MHz 4500 MHz 5000 MHz 5500 MHz 6000 MHz B42 Satellite B46 Canalização para Extreme Mobile Broadband & Short Range > 6GHz & cm/mmwave 20 GHz 30 GHz 40 GHz 50 GHz 60 GHz 70 GHz 80 GHz 90 GHz K Band Ka Band Ka Band Ka Band V Band V Band V Band V Band V Band V Band W Band W Band

12 Bandas para o 5G Capacidade Cobertura Tendências e Definições 3GPP (*) EUA UE Japão Coréia China Brasil <1 GHz ~0.3 GHz Necessidade: L x 20 MHz n5,n8,n20, n28 n71 ( MHz)/ ( MHz) n81 ( MHz) n82 ( MHz) n83 ( MHz) 600 MHz 700 MHz 700 MHz 700 MHz 600 MHz (?) 900 MHz (Possibilidade de Limpeza) 1-6 GHz ~ 3 GHz Necessidade: L x 100 MHz n1, n2, n3, n7, n38 n50,n51, n66, n74 n77 ( GHz) n78 ( GHz) n79 ( GHz) n80( ( GHz) n84 (1, GHz) 3,4-3,5 GHz 5,7-5,8 GHz 2300 MHz 3,4-3,5 GHz 3,6-3,8 GHz 4,4-4,9 GHz 3,3-3,4 GHz 5,7-5,8 GHz 3,3-3,4 GHz 1500 MHz 2300 MHz 3,4-3,6 GHz 5,7-5,8 GHz > 6 GHz ~30 GHz n257 ( GHz) n258 ( GHz) n259 ( GHz) 28 GHz 37 GHz 39 GHz 24 GHz 26 GHz 32 GHz 42 GHz 28 GHz 28 GHz 32 GHz 42 GHz 26 GHz 26 GHz (?) 40 GHz (?) Necessidade: 1-2 GHz (*) Lista completa nas recomendações 3GPP TS e

13 Bandas para o 5G Adoção de Faixas para o 5G Fonte: GSA 2018 Fonte: GSA 2018 Número de países onde há do 5G, por faixa, com base em propostas de reguladores, consultas ou alocações de espectro (exclui alocações temporárias para testes / resultados de triagem) Quantidade de faixas diferentes propostas ou alocadas ao 5G (como na figura a esquerda) por país (exclui alocações temporárias para testes / resultados de triagem)

14 Subfaixas abaixo de 1 GHz Hoje não há novas bandas abaixo de 1 GHz para o 5G. Além da limpeza do 900 MHz, ainda há a possibilidade de exploração da subfaixa de 600 MHz, neste caso para um segundo dividendo digital. Outras subfaixas de UHF foram identificadas nas regiões 2 e 3, mas não harmonizadas globalmente (Região 1). Assim, estão sendo consideradas ( MHz) para discussão no WRC GPP B71 3GPP B28 3GPP B20 3GPP B5 3GPP B8 FCC A B C D E F G A B C D E F G Anatel 700 MHz (625/2013) 700 MHz (625/2013) SME (CP15) SMP (454/2006) SME (CP15) SMP (454/2006) (*) SMP SARC Rádio Amador (*) SMP Notas: - SMP (Serviço Móvel Pessoal); - SME (Serviço Móvel Especializado); - SARC (Serviço de Auxiliar de Radiodifusão e Correlatos) &(1): (*) Rádio Amador, SARC, SAM

15 Capacity Papel do Massive Mimo ao 5G MMWAVE PEQUENO DISTANCIAMENTO & SENSORES LARGE ARRAYS LARGE ARRAYS FEIXE ESTREITO & MASSIVE MIMO d λ 2 p 1 d d d d d d p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 Z(t) Ericsson & IBM Module p1 p2 pn 1 2 N θ Ap = 2 d λ N Reduz a Interferência (melhor SINR) Reuso Espectral (vários usuários utilizam o mesmo canal temporal) Δ γ(δ) senn 2 Nsen ( ) 1 2 senn 1 Nsen 2 MASSIVE MIMO ALTA CAPACIDADE & MELHORIA DE COBERTURA FEIXE ESTREITO BEAMFORMING & REUSO ESPACIAL h 11 h 12 h 21 h 22 h 12 Y = h 11 X + n h 21 h 22 C bps ~, min(n Tx, N Rx ) B(Hz) log SNR p1 p2 4x 3x 2x 1x Coverage C bps ~B(Hz) log 2 1+, min(n Tx, N Rx ) SNR pn H G( ) a( 1) a( ) Beamforming de Azimute Beamforming de Tilt 3D Beamforming

16 Espectro Não licenciado Espectro não licenciado abundante abaixo de 6 GHz em torno de 800 MHz; Espectro não licenciado é disponível e harmonizado globalmente; < 6 GHz é preferível devido a Path Loss; O 5 GHz é livre quando comparado ao 2.4 GHz, sujo com a maioria de implantações Wi-Fi e Bluetooth; Baixa utilização em aplicações residenciais do Wi-Fi na faixa de 5 GHz; Banda 46 definida pelo 3GPP para utilização do LTE-U/LAA. Brazil Korea China Japan US EU Indoor 23 dbm Restricted Radiation (200 mw) Restricted Radiation (1W) ISM 530 MHz Indoor 17 dbm Indoor 17 dbm Indoor 23 dbm Indoor 30 dbm Indoor 23 dbm UNII-1 Indoor 27 dbm Indoor 23 dbm Indoor/Outdoor 30 dbm Indoor 23 dbm UNII-2 Indoor/Outdoor 30 dbm Indoor/Outdoor 27 dbm Indoor/Outdoor 30 dbm UNII Indoor/Outdoor 30 dbm Indoor/Outdoor 30 dbm Indoor/Outdoor 30 dbm UNII-3/ISM 5875 (in MHz) 350 MHz 325 MHz 455 MHz 565 MHz 455 MHz Fonte: 3GPP TR / TS /TS Rel 13 WIFI LWA (LTE & WIFI LINK AGGREGATION) LTE-U/LAA LAA (LICENSED ASSISTED ACCESS) LTE Wi-Fi EPC WAG epdg 3GPP AAA ANDSF Internet LTE Wi-Fi Xw S1 EPC MAC PHY AP Tunnel Xw Internet S1 PDCP RLC MAC MAC PHY PHY enb EPC 20 MHz LTE+ Channels LTE-U/LAA MuLTEFire Clear Channel Internet Freq.

17 O que é o Compartilhamento de Espectro? É a utilização simultânea de subfaixas de radiofrequências definidas numa área geográfica específica por um número de entidades independentes. Simplesmente, é o "uso cooperativo de espectro comum" por múltiplos usuários. Espectro Licenciado Sistemas Legados: FSS, Redes Móveis (2G, 3G, 4G), Rádiodifusão etc.; Exclusividade de uso e baixa interferência (qualidade); Dificuldade de harmonização mundial e escala; Nas redes móveis existem mais de 40 definidos pelo 3GPP para as bandas do IMT; Espectro Compartilhado Nova oportunidade para coexistência e coordenação dinâmica de serviços; Há garantia para incumbentes, porém não há garantia para o uso oportunista; Hoje existem as iniciativas: CBRS nos EUA com a subfaixa de 3.5 GHz; LSA na UE com subfaixa de 2.3 GHz e TVWS com a subfaixa de 600 MHz; Espectro Não Licenciado Sistemas de curto alcance para conectividade doméstica: WiFi; Bluetooth; Z-Wave; ZigBee etc; Sem exclusividade de uso e interferência com necessidade de coordenação dinâmica; Harmonizado mundialmente: 2.4 GHz, 5GHz, 60 GHz; Eficiência de Uso Permite a utilização de espectro (recurso escasso) em região onde há baixo uso ou baixo impacto à operação de outro sistema; Experiência do Usuário Os operadores podem melhorar a experiência do usuário através de agregação de portadora ao LTE Velocidade de Implantação Coordenação dinâmica de espectro que minimiza o tempo para definição de regras de coexistência; Aumento de Receita Seja diretamente através de planos de serviços tradicionais ou indiretamente, com mais dados permanecendo "on-net. Novos Modelos de Negócio Solução de neutral host para exploração de terceiros em cobertura de venues, aeroportos etc.; Utilização de subfaixas de uso regional não licitadas; Viabiliza o mercado secundário de uso de espectro;

18 CBRS (Citizens Broadband Radio Service) É um modelo de compartilhamento de espectro que está sendo introduzido nos EUA para uso da subfaixa de 3,5 GHz. Em geral faz uso de SmallCells e TD-LTE para fornecer serviços de voz e dados sem fio a 3.5GHz (3550MHz a 3700MHz) MHz Inclui autorizações federais e Serviço Fixo de Satélite (FSS - Fixed Satelite Service) Prioridade 1 Incumbents Radar FSS Rx WISP Acesso prioritário dinâmico a todos os usuários secundários (somente durante os horários de operação) Proteção contra interferência de PAL e GAA Autoriza certos usuários para operar com proteção de interferência no 3500 MHz em localidades específicas Prioridade 2 Priority Access Licenses (PAL) PAL Acesso prioritário sobre GAA para área geográfica licenciada e canal a ser adquirido em leilão ; Proteção contra interferência do GAA ; Usuários autorizados em usar o 3500 MHz oportunistamente. O GAA deve aceitar a interferência pela incumbente e usuários PAL. Prioridade 3 General Authorized Access (GAA) GAA Licenciado por regra ou Licença limitada. Devem ser autorizadas inicialmente pelo SAS (CBRS) Nenhuma presunção de proteção contra interferência Spectrum Access System (SAS) Um SAS CBRS controla canais / recursos de frequência na mesma área geográfica e tempo FCC SAS Registro Designação Usuários do Espectro (PAL/GAA) Existem atualmente 7 Administradores SAS condicionalmente aprovados pelo FCC Sensores de RF Empresas e Lojas Hotéis Coletivamente, os SASs estão coabitando gerência de espectro, alocando recursos de espectro a controladores dos sistemas LTE & 5G e seus enodebs - que, de outra forma, precisam estar cientes um do outro. Incumbents Arenas e Estádios Hospitais, Clinicas

19 Outros Modelos de Compartilhamento LICENSED SHARED ACCESS NA EUROPA TV WHITE SPACE LSA Controller LSA Repository LSA 2300 MHz 2400 MHz 5 MHz Usuários do Espectro LSA Geolocation Database (GDB) Registered Location Secure Server (RLSS) TVWS Usuários do Espectro LSA O&M Espectro Licenciado Primary BCU Espectro LSA Secondary BCU Incumbents Incumbents O&M Espectro Licenciado Primary BCU Espectro LSA Secondary BCU Baseada nos padrões 3GPP (TR.855, TS ) e ETSI (TR ) Utiliza a subfaixa 2,3-2,4 GHz coberta pelas especificações 3GPP (TS ) em LTE-TDD; Nesta subfaixa, na maioria dos países da UE, os serviços primários sãó: vídeo link (PMSE); enlaces fixos; telemetria; Serviços Aeroviários, como drones (Unmanned Aircraft Systems); Em sua arquitetura possui dois elementos LSA Controller (LC) e LSA Repository; Funciona de maneira semelhante ao CBRS; TVWS: Os recursos do espectro não utilizadas em horários e locais que podem ser exploradas através do compartilhamento de espectro específicas. O TVWS (TV White Space) existe nas frequências de operação VH/UHF, especificamente variando MHz na Europa e não-contínua MHz nos Estados Unidos. O TVWS permite o compartilhamento de espectro entre os dispositivos WSDs (white space devices) e usuários protegidos licenciados da banda TVWS af: Baseado no ac, especifica o padrão para utilização de canais de TV nas bandas de VHF/UHF não utilizados (White Spaces). PHY: O TVHT (TV High Throughput) substitui o HT (20 MHz OFDM) e VHT (20, 40, 80, 80 80, 160 MHz OFDM) nas especificações PHY. Um dispositivo pode suportar um BCU (Basic Channel Unit) de 6, 7 ou 8 MHz, que podem ser contínuos ou não nas configurações de: W, 2W, 4W, W+W ou 2W+2W.

20 Compartilhamento de Espectro no 5G Estático Dinâmico Espectro Espectro Oper. 1 Oper. 2 Oper. 1 Oper. 2 Espectro Oper. 1 Oper. 1 Oper. 2 Oper. 2 Oper. 1 Oper. 2 Espectro Espectro Oper. 1 Oper. 2 COMPARTILHAMENTO COMBINADO COMPARTILHAMENTO DINÂMICO Compartilhamento Horizontal Oper. 1 Oper. 2 Oper. 1 LBT Vários operadoras compartilhando o espectro com a mesma prioridade. Ex.: LAA Rotação entre recursos garantidos. Se não for usado, torna-se recursos oportunistas Horizontal Oper. 2 Oper. 1 Tempo Incumb. Vertical Tempo Compartilhamento Vertical Incumb. Oper. 1 LBT Incumb. Vários operadores com prioridade diferente; nível superior não interferido por um menor. Ex.: LSA Nível de prioridade: recursos sempre garantidos. Níveis inferiores: recurso sempre oportunista Tempo Incumb. Oper. 1 Oper. 1 Tempo Compartilhamento Combinado Incumb. Oper. 2 Oper. 1 A sinalização de reserva de canal pode suportar vários operadores, por exemplo, alta prioridade e recursos garantidos rotativos Compartilhamento Combinado Dinâmico Incumb. Compartilhamento vertical mais compartilhamento horizontal em pelo menos um dos níveis. Ex.: CBRS Fonte: Baseado no material da Qualcomm Tempo

21 Obrigado! P&R Alberto Boaventura