Backhaul cu microunde pentru rețelele mobile 5G

 

Rețelele mobile 5G, Backhaul cu microunde și tendințele viitoare în rețelele mobile

 

Rețea fără fir mobil 5G CableFree

Odată ce comunicarea mobilă 5G devine disponibilă în jurul anului 2020, industria a început deja să dezvolte o viziune destul de clară a principalelor provocări, oportunități și componente tehnologice cheie pe care le implică. 5G va extinde performanța și capabilitățile rețelelor de acces fără fir în multe dimensiuni, de exemplu, îmbunătățind serviciile mobile în bandă largă pentru a oferi rate de date de peste 10 Gbps cu latențe de 1 ms.

Cuptorul cu microunde este un element cheie al rețelelor actuale de backhaul și va continua să evolueze ca parte a viitorului ecosistem 5G. O opțiune în 5G este aceea de a utiliza aceeași tehnologie de acces radio atât pentru acces, cât și pentru legăturile backhaul, cu partajare dinamică a resurselor spectrului. Acest lucru poate oferi o completare pentru backhaul cu microunde, în special în implementări foarte dense, cu un număr mai mare de noduri radio mici.

Astăzi, transmisia cu microunde domină backhaul mobil, unde conectează aproximativ 60% din toate stațiile de bază macro. Chiar dacă numărul total de conexiuni crește, cota de piață a microundelor va rămâne destul de constantă. Până în 2019, va reprezenta în continuare aproximativ 50% din toate stațiile de bază (celule mici macro și exterioare (a se vedea figura 3). Va juca un rol cheie în accesul de pe ultimul kilometru și un rol complementar în partea de agregare a rețelei. în același timp, transmisia prin fibră va continua să-și crească cota din piața de backhaul mobil și, până în 2019, va conecta aproximativ 40% din toate site-urile. Fibrele vor fi utilizate pe scară largă în părțile de agregare / metrou ale rețelelor și din ce în ce mai mult pentru accesul pe ultimele mile Vor exista, de asemenea, diferențe geografice, cu zone urbane dens populate, cu o penetrare mai mare a fibrelor decât zonele suburbane și rurale mai puțin populate, unde cuptorul cu microunde va prevala atât pentru legăturile pe distanțe scurte, cât și pe cele pe distanțe lungi.

Eficiență spectrală
 

Turn fără fir CableGree 5G Mobile Backhaul

Eficiența spectrului (adică obținerea mai multor biți pe Hz) poate fi obținută prin tehnici precum modulația de ordin superior și modulația adaptativă, câștigul superior al sistemului al unei soluții bine proiectate și intrarea multiplă, ieșirea multiplă (MIMO).

Modulare

Numărul maxim de simboluri pe secundă transmis pe un purtător de microunde este limitat de lățimea de bandă a canalului. Modularea amplitudinii în quadratură (QAM) mărește capacitatea potențială prin codificarea biților pe fiecare simbol. Trecerea de la doi biți pe simbol (4 QAM) la 10 biți pe simbol (1024 QAM) oferă o creștere a capacității de peste cinci ori.

Niveluri de modulație de ordin superior au fost posibile prin progrese în tehnologiile componente care au redus zgomotul generat de echipament și distorsiunea semnalului. În viitor, va exista suport pentru până la 4096 QAM (12 biți pe simbol), dar ne apropiem de limitele teoretice și practice. Modulația de ordin superior înseamnă o sensibilitate crescută la zgomot și distorsiunea semnalului. Sensibilitatea receptorului este redusă cu 3 dB pentru fiecare pas crescut în modulație, în timp ce câștigul de capacitate aferent devine mai mic (în termeni procentuali). De exemplu, câștigul de capacitate este de 11% când se trece de la 512 QAM (9 biți pe simbol) la 1024 QAM (10 biți pe simbol).

Modulație adaptivă
 

CableFree Microwave Link instalat pe un turn de telecomunicații

Modulația crescândă face ca radioul să fie mai sensibil la anomaliile de propagare, cum ar fi ploaia și decolorarea pe mai multe căi. Pentru a menține lungimea hopului cu microunde, sensibilitatea crescută poate fi compensată de o putere de ieșire mai mare și de antene mai mari. Modulația adaptivă este o soluție foarte rentabilă pentru a maximiza debitul în toate condițiile de propagare. În practică, modulația adaptivă este o condiție prealabilă pentru implementare cu modulație extremă de înaltă ordine.

Modulația adaptivă permite actualizarea unui hop de microunde existent de la, de exemplu, 114 Mbps până la 500 Mbps. Capacitatea mai mare vine cu o disponibilitate mai mică. De exemplu, disponibilitatea este redusă de la 99.999 la sută (întrerupere anuală de 5 minute) la 114 Mbps la 99.99 la sută din timp (întrerupere anuală de 50 de minute) la 238 Mbps. Câștig de sistem Câștigul de sistem superior este un parametru cheie pentru cuptorul cu microunde. Un câștig de sistem cu 6 dB mai mare poate fi utilizat, de exemplu, pentru a crește două trepte de modulație cu aceeași disponibilitate, ceea ce oferă o capacitate cu până la 30 la sută mai mare. Alternativ, ar putea fi folosit pentru a crește lungimea saltului sau pentru a micșora dimensiunea antenei sau o combinație a tuturor. Contribuitorii la câștigul superior al sistemului includ codificarea eficientă a corectării erorilor, niveluri reduse de zgomot ale receptorului, predistorsiune digitală pentru o funcționare cu putere de ieșire mai mare și amplificatoare eficiente din punct de vedere al energiei, printre altele.

Intrări multiple MIMO, ieșiri multiple (MIMO)
MIMO este o tehnologie matură care este utilizată pe scară largă pentru a crește eficiența spectrală în accesul radio 3GPP și Wi-Fi, unde oferă o modalitate rentabilă de a crește capacitatea și randamentul acolo unde spectrul disponibil este limitat. Din punct de vedere istoric, situația spectrului pentru aplicațiile cu microunde a fost mai relaxată; noi benzi de frecvență au fost puse la dispoziție și tehnologia a fost dezvoltată continuu pentru a satisface cerințele de capacitate. Cu toate acestea, în multe țări, resursele de spectru rămase pentru aplicațiile cu microunde încep să se epuizeze și sunt necesare tehnologii suplimentare pentru a satisface cerințele viitoare. Pentru 5G Mobile Backhaul, MIMO la frecvențele cu microunde este o tehnologie emergentă care oferă o modalitate eficientă de a crește în continuare eficiența spectrului și astfel capacitatea de transport disponibilă.

Spre deosebire de sistemele MIMO „convenționale”, care se bazează pe reflexii în mediu, pentru 5G Mobile Backhaul, canalele sunt „proiectate” în sistemele MIMO punct cu punct pentru microunde pentru performanțe optime. Acest lucru se realizează prin instalarea antenelor cu o separare spațială care este dependentă de distanța și frecvența hopului. În principiu, randamentul și capacitatea cresc liniar cu numărul de antene (desigur, în detrimentul costului hardware suplimentar). Un sistem NxM MIMO este construit folosind N transmițătoare și M receptoare. Teoretic nu există nicio limită pentru valorile N și M, dar din moment ce antenele trebuie separate spațial, există o limitare practică în funcție de înălțimea turnului și de împrejurimi. Din acest motiv, antenele 2 × 2 sunt cel mai fezabil tip de sistem MIMO. Aceste antene ar putea fi fie polarizate unice (sistem cu două purtători), fie dual polarizate (sistem cu patru purtători). MIMO va fi un instrument util pentru extinderea capacității microundelor, dar se află încă într-o fază incipientă, de exemplu, statutul său de reglementare trebuie încă clarificat în majoritatea țărilor, iar modelele sale de propagare și planificare trebuie încă stabilite. Separarea antenei poate fi, de asemenea, o provocare, în special pentru frecvențe mai mici și lungimi de salt mai mari.

Mai mult spectru
O altă secțiune a setului de instrumente cu capacitate de microunde pentru 5G Mobile Backhaul implică accesul la mai mult spectru. Aici benzile de unde milimetrice - benzile fără licență de 60 GHz și banda licențiată de 70/80 GHz - cresc în popularitate ca modalitate de a obține acces la spectrul nou pe multe piețe (consultați secțiunea Opțiuni de frecvență cu microunde pentru mai multe informații). Aceste benzi oferă, de asemenea, canale de frecvență mult mai largi, care facilitează implementarea sistemelor eficiente din punct de vedere al costurilor, multi-gigabit, care permit 5G Mobile Backhaul.

Randament eficient
Eficiența de transfer (adică mai multe date privind sarcina utilă pe bit), implică caracteristici precum compresia antetului cu mai multe straturi și agregarea / legarea de legături radio, care se concentrează pe comportamentul fluxurilor de pachete.

Compresie antet multistrat
Compresia antet multistrat elimină informațiile inutile din antetele cadrelor de date și eliberează capacitatea în scopuri de trafic, așa cum se arată în Figura 7. La compresie, fiecare antet unic este înlocuit cu o identitate unică pe partea de transmisie, un proces care este inversat pe partea de primire. Compresia antetului oferă un câștig de utilizare relativ mai mare pentru pachetele cu dimensiuni mai mici ale cadrului, deoarece anteturile lor cuprind o parte relativ mai mare din dimensiunea totală a cadrului. Aceasta înseamnă că capacitatea suplimentară rezultată variază în funcție de numărul de antete și de dimensiunea cadrului, dar este de obicei un câștig de 5-10 la sută cu Ethernet, IPv4 și WCDMA, cu o dimensiune medie a cadrului de 400-600 octeți și un câștig de 15-20 la sută cu Ethernet, MPLS, IPv6 și LTE cu aceeași dimensiune medie a cadrului.

Aceste cifre presupun că compresia implementată poate suporta numărul total de anteturi unice care sunt transmise. În plus, compresia antetului ar trebui să fie robustă și foarte simplă de utilizat, de exemplu, oferind auto-învățare, configurare minimă și indicatori de performanță cuprinzători.

Agregare de legături radio (RLA, Bonding)
Legarea de legături radio în cuptorul cu microunde este asemănătoare cu agregarea purtătorului în LTE și este un instrument important pentru a sprijini creșterea continuă a traficului, deoarece o pondere mai mare de hamei cu microunde sunt desfășurate cu mai mulți purtători, așa cum se ilustrează în Figura 8. Ambele tehnici agregează mai mulți purtători de radio într-un una virtuală, deci atât îmbunătățirea capacității de vârf, cât și creșterea randamentului efectiv prin câștigul multiplexării statistice. Eficiența de aproape 100% este atinsă, deoarece fiecare pachet de date poate utiliza capacitatea totală de vârf agregată, cu doar o reducere minoră pentru overhead-ul protocolului, independent de tiparele de trafic. Legătura prin legătură radio este adaptată pentru a oferi performanțe superioare pentru soluția de transport cu microunde în cauză. De exemplu, poate susține un comportament independent al fiecărui purtător de radio utilizând modulație adaptivă, precum și degradarea grațioasă în caz de eșec al unuia sau mai multor purtători (protecție N + 0).

La fel ca agregarea purtătorilor, legătura prin legătură radio va continua să fie dezvoltată pentru a sprijini capacități mai mari și combinații mai flexibile de purtători, de exemplu prin suport pentru agregarea mai multor purtători, purtători cu lățimi de bandă diferite și purtători în diferite benzi de frecvență.

Optimizarea rețelei
Următoarea secțiune a setului de instrumente de capacitate este optimizarea rețelei. Aceasta implică densificarea rețelelor fără a fi nevoie de canale de frecvență suplimentară prin caracteristici de atenuare a interferențelor, cum ar fi antene de înaltă performanță (SHP) și control automat al puterii de transmisie (ATPC). Antenele SHP suprimă în mod eficient interferențele prin modele de radiații ale lobului lateral foarte scăzute, îndeplinind clasa ETSI 4. ATPC permite reducerea automată a puterii de transmisie în condiții de propagare favorabile (adică, de cele mai multe ori), reducând efectiv interferențele din rețea. Utilizarea acestor funcții reduce numărul de canale de frecvență necesare în rețea și ar putea furniza cu 70% mai multă capacitate totală a rețelei pe canal. Interferențele datorate alinierii greșite sau implementării dense limitează construirea backhaul în multe rețele. Planificarea atentă a rețelei, antenele avansate, procesarea semnalului și utilizarea caracteristicilor ATPC la nivel de rețea vor reduce impactul cauzat de interferențe.

Privind spre viitor, 5G și dincolo
 

Tehnologie fără fir mobil 5G CableFree

În următorii ani, instrumentele de capacitate cu microunde pentru rețelele mobile 5G vor fi dezvoltate și îmbunătățite și vor fi utilizate în combinație, permițând capacități de 10 Gbps și mai mult. Costul total al proprietății va fi optimizat pentru configurații comune de mare capacitate, cum ar fi soluțiile multi-operator.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje