Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies
Why is 6G needed? In the coming decade, 6G will bring a new era in which billions of things, humans, connected vehicles, robots and drones will generate Zettabytes of digital information. 6G will be dealing with more challenging applications, e.g., holographic telepresence and immersive communicatio...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2023
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24701 |
id |
nemertes-10889-24701 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
5G 6G mmWave THz Techno-economic evaluation Δίκτυο 5G |
spellingShingle |
5G 6G mmWave THz Techno-economic evaluation Δίκτυο 5G Πογιατζής, Πάρις Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
description |
Why is 6G needed? In the coming decade, 6G will bring a new era in which billions of things, humans, connected vehicles, robots and drones will generate Zettabytes of digital information. 6G will be dealing with more challenging applications, e.g., holographic telepresence and immersive communication, and meet far more stringent requirements. The 2030’s could be remembered as the start of the age of broad use of personal mobile robotics, which 5G will not be enough to tackle those requirements. There is significant technological and financial uncertainty as 6G is not yet standardized, cost data of 6G equipment are not available in the market and the strategies to be followed by mobile providers are not yet known. 6G is very promising, as it has shown that there is a radical change from previous generations of networks, mainly, the speed and capacity values that can be much greater, 10 to 100 times, than the speeds that exist today. In order to comply with these specifications, the network densification is necessary, according to the available frequency spectrum that 6G can offer. Optimal network design is vital to ensure a sustainable investment. Decisions on 5G/6G infrastructure must be supported by quantitative analysis. To achieve an optimal network design, it is necessary to study the network both in terms of design engineering and in terms of cost. This literature, evaluates that many times while these two aspects are studied independently, yet are related. It is observed that the gradual increase of the required capacity is related to the future demand, and it will be necessary to calculate the required traffic based on the required throughput for each user, which entails to population density. At the same time, channel characteristics (shadowing, diffraction, scattering, multipath, rainfall attenuation etc.) play a major drawback in THz bands, so different methodologies are applied to tackle these phenomena (e.g, beamforming). A network planning study will take place, the number of cells needed for full coverage, network capacity, SNR and PL will be evaluated, and result in an estimate Total Cost of Ownership (TCO) for two scenarios. An outdoor stadium, located in an urban area, will provide guidance for the necessary future strategy analysis to support a 6G network and an indoor industrial 4.0 private environment, located in an isolated industrial zone. |
author2 |
Poyiatzis, Paris |
author_facet |
Poyiatzis, Paris Πογιατζής, Πάρις |
author |
Πογιατζής, Πάρις |
author_sort |
Πογιατζής, Πάρις |
title |
Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
title_short |
Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
title_full |
Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
title_fullStr |
Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
title_full_unstemmed |
Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies |
title_sort |
network planning studies and technoeconomic evaluations of 5g/6g networks operating at mmw/thz frequencies |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/10889/24701 |
work_keys_str_mv |
AT pogiatzēsparis networkplanningstudiesandtechnoeconomicevaluationsof5g6gnetworksoperatingatmmwthzfrequencies AT pogiatzēsparis meletēschediasēstechnooikonomikēsaxiologēsēsasyrmatōndiktyōn5g6gsemmwthzsychnotētes |
_version_ |
1771297142903668736 |
spelling |
nemertes-10889-247012023-03-08T04:35:00Z Network planning studies and technoeconomic evaluations of 5G/6G networks operating at mmW/THz frequencies Μελέτη σχεδίασης & τεχνο-οικονομικής αξιολόγησης ασύρματων δικτύων 5G/6G σε mmW/THz συχνότητες Πογιατζής, Πάρις Poyiatzis, Paris 5G 6G mmWave THz Techno-economic evaluation Δίκτυο 5G Why is 6G needed? In the coming decade, 6G will bring a new era in which billions of things, humans, connected vehicles, robots and drones will generate Zettabytes of digital information. 6G will be dealing with more challenging applications, e.g., holographic telepresence and immersive communication, and meet far more stringent requirements. The 2030’s could be remembered as the start of the age of broad use of personal mobile robotics, which 5G will not be enough to tackle those requirements. There is significant technological and financial uncertainty as 6G is not yet standardized, cost data of 6G equipment are not available in the market and the strategies to be followed by mobile providers are not yet known. 6G is very promising, as it has shown that there is a radical change from previous generations of networks, mainly, the speed and capacity values that can be much greater, 10 to 100 times, than the speeds that exist today. In order to comply with these specifications, the network densification is necessary, according to the available frequency spectrum that 6G can offer. Optimal network design is vital to ensure a sustainable investment. Decisions on 5G/6G infrastructure must be supported by quantitative analysis. To achieve an optimal network design, it is necessary to study the network both in terms of design engineering and in terms of cost. This literature, evaluates that many times while these two aspects are studied independently, yet are related. It is observed that the gradual increase of the required capacity is related to the future demand, and it will be necessary to calculate the required traffic based on the required throughput for each user, which entails to population density. At the same time, channel characteristics (shadowing, diffraction, scattering, multipath, rainfall attenuation etc.) play a major drawback in THz bands, so different methodologies are applied to tackle these phenomena (e.g, beamforming). A network planning study will take place, the number of cells needed for full coverage, network capacity, SNR and PL will be evaluated, and result in an estimate Total Cost of Ownership (TCO) for two scenarios. An outdoor stadium, located in an urban area, will provide guidance for the necessary future strategy analysis to support a 6G network and an indoor industrial 4.0 private environment, located in an isolated industrial zone. Γιατί χρειάζεται το 6G; Την επόμενη δεκαετία, το 6G θα φέρει μια νέα εποχή στην οποία δισεκατομμύρια πράγματα, άνθρωποι, συνδεδεμένα οχήματα, ρομπότ και drones θα παράγουν Zettabyte ψηφιακών πληροφοριών. Το 6G θα ασχολείται με πιο απαιτητικές εφαρμογές, π.χ. ολογραφική τηλεπαρουσία και εικονική πραγματικότητα, μια καθηλωτική εμπειρία που περιγράφει την αντίληψη του να περιτριγυριζόμαστε και να είμαστε μέρος ενός διαφορετικού περιβάλλοντος από το συνηθισμένο καθημερινό περιβάλλον. Εφαρμογές που θα ανταποκρίνονται σε πολύ πιο αυστηρές απαιτήσεις. Το 2030 θα μπορούσε να καθιερωθεί ως η αρχή της εποχής της ευρείας χρήσης της προσωπικής ρομποτικής κινητής τηλεφωνίας, η οποία το 5G δεν θα είναι αρκετό για να αντιμετωπίσει αυτές τις απαιτήσεις. Υπάρχει σημαντική αβεβαιότητα από τεχνολογικής και οικονομικής πλευράς καθώς το 6G δεν έχει ακόμη αποκτήσει μια τυποποιημένη μορφή, δεν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία κόστους εξοπλισμού 6G στην αγορά και δεν είναι γνωστές ακόμη οι στρατηγικές που θα ακολουθήσουν οι πάροχοι κινητής τηλεφωνίας. Μια αρχική ανάλυση του 6G έχει δείξει ότι υπάρχει ριζική αλλαγή από τις προηγούμενες γενιές δικτύων, όπου κυρίως οι τιμές ταχύτητας και χωρητικότητας που μπορούν να επιτευχθούν μπορεί να είναι και 100-1000 φορές μεγαλύτερες σε σχέση με τις προηγούμενες γενιές, οι συσκευές που θα μπορούν να συνδέονται θα ανέρχονται στις 10^7 ανά km^2, με ελάχιστη καθυστέρηση που θα ανέρχεται στα 100μs και με τεράστια οικονομία στην ενέργεια κατανάλωσης. Για να τηρηθούν αυτές οι προδιαγραφές θα πρέπει να γίνει αναβάθμιση και πύκνωση του δικτύου και προβλέπεται ότι αυτό θα οδηγήσει σε μεγάλη αύξηση κεφαλαιουχικών δαπανών για τους πάροχους. Ο βέλτιστος σχεδιασμός δικτύου είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση βιώσιμων επενδύσεων και για αυτόν τον λόγο οι αποφάσεις για τις υποδομές 6G πρέπει να υποστηρίζονται από ποσοτική ανάλυση. Για να επιτευχθεί αυτό είναι απαραίτητο η μελέτη του δικτύου τόσο από πλευράς μηχανικής σχεδίασης όσο και από πλευράς κόστους. Με αυτή την μελέτη συμπεραίνουμε ότι πολλές φορές αυτές οι δύο πλευρές μελετώνται ανεξάρτητα η μια με την άλλη παρόλο που συνδέονται τόσο άμεσα. Αρχικά θα πρέπει να λάβουμε υπόψιν τη σταδιακή αύξηση της απαιτούμενης χωρητικότητας καθώς σχετίζεται με τη μελλοντική ζήτηση, θα χρειαστεί υπολογισμός της απαιτούμενης κυκλοφορίας με βάση το απαιτούμενο throughput για κάθε χρήστη και την πυκνότητα πληθυσμού στον χώρο. Αφού πρώτα ληφθούν υπόψιν τα διάφορα φαινόμενα που μπορεί να υποστεί ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα κατά την εκπομπή του, όπως, απώλεια κατά την εκπομπή σε ελεύθερο χώρο, σκίαση, διάθλαση, ομοκαναλική παρεμβολή, πολυόδευση κτλ. Έπειτα, γίνεται αναφορά στις τεχνικές πολυπλεξίας που θα χρησιμοποιηθούν από τους σταθμούς βάσης που πρόκειται να εγκατασταθούν και το είδος του μοντέλου διάδοσης. Γίνεται ένας τεχνικός υπολογισμός της μέγιστης ακτίνας κάλυψης που θα έχει ο κάθε σταθμός βάσης ανάλογα με συγκεκριμένες παραμέτρους και προδιαγραφές, υπολογίζεται το FSPL, και συγκρίνεται με μελέτες που εφαρμόζουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Παρουσιάζονται οι υπολογισμοί ανάλογα με τους τύπους διαμόρφωσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Η τεχνο-οικονομική αυτή μελέτη θα έχει ως αποτέλεσμα, μια εκτίμηση του δικτύου που θα χρειαστούν δύο τέτοια απαιτητικά περιβάλλοντα, πρώτον, ένα εξωτερικού χώρου στάδιο που ανέρχεται σε 60700 άτομα σε πληρότητα και δεύτερον, ένα εσωτερικού χώρου βιομηχανίας 4.0, όπου 420 συσκευές – μηχανές θα δουλεύουν ταυτόχρονα, με νέους, ιδιαίτερα παραγωγικούς τρόπους. Μια εκτίμηση του Total Cost of Ownership (TCO) προκειμένου να μπορεί να υποστηρίξει πρακτικά μια τέτοια μελέτη. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται μοντέλο που επικεντρώνεται στο RAN κομμάτι του δικτύου με σκοπό τον υπολογισμό της χωρητικότητας σε σχέση με την πυκνότητα των σταθμών βάσης ανά km2 . Μέσω του μοντέλου και των τιμών του CAPEX και OPEX στο τέλος θα έχουμε μια εκτίμηση για το TCO(total cost of ownership). Επειδή μέχρι στιγμής, υπάρχουν ελλιπή στοιχεία για το πώς μπορεί να διαμορφωθεί ένα μελλοντικό RAN με την χρήση macro, micro και femto σταθμών βάσης, στην τελευταία ενότητα γίνεται μια πρόβλεψη για πιθανά κόστη CAPEX και OPEX σε ένα ενιαίο 6G δίκτυο. 2023-03-07T08:12:12Z 2023-03-07T08:12:12Z 2023-02-22 https://hdl.handle.net/10889/24701 en Attribution-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/ application/pdf |