Микровълнова обратна връзка за 5G мобилни мрежи

 

5G мобилни мрежи, микровълнова връзка и бъдещи тенденции в мобилните мрежи

 

Безжична 5G мобилна безжична мрежа

След като мобилната комуникация 5G стана достъпна около 2020 г., индустрията вече започна да развива доста ясна представа за основните предизвикателства, възможности и ключови технологични компоненти, които включва. 5G ще разшири производителността и възможностите на безжичните мрежи за достъп в много измерения, например подобрявайки мобилните широколентови услуги, за да осигури скорост на предаване на данни над 10 Gbps със закъснения от 1 ms.

Микровълновата печка е ключов елемент от настоящите backhaul мрежи и ще продължи да се развива като част от бъдещата 5G екосистема. Вариант в 5G е използването на една и съща технология за радиодостъп както за връзките за достъп, така и за връзките за връщане, с динамично споделяне на ресурсите на спектъра. Това може да осигури допълнение към микровълновия пренос, особено при много гъсто разполагане с по-голям брой малки радиовъзли.

Днес микровълновото предаване доминира в мобилния пренос, където свързва около 60 процента от всички макробазови станции. Дори когато общият брой на връзките нараства, делът на микровълновите на пазара ще остане доста постоянен. До 2019 г. той все още ще представлява около 50 процента от всички базови станции (макро и външни малки клетки (вж. Фигура 3). Той ще играе ключова роля в достъпа на последната миля и допълваща роля на агрегиращата част на мрежата. в същото време преносът на влакна ще продължи да увеличава своя дял от пазара за мобилни бекхайни превози и до 2019 г. ще свърже около 40 процента от всички сайтове. Влакната ще бъдат широко използвани в агрегиращите / метро части на мрежите и все повече за достъп на последната миля Ще има и географски различия, като гъсто населените градски райони ще имат по-голяма проникваща влакна в сравнение с по-малко населените крайградски и селски райони, където микровълновите преобладават както за връзки на къси и дълги разстояния.

Спектрална ефективност
 

Безжична кула 5G Mobile Backhaul Wireless Tower

Ефективността на спектъра (т.е. получаването на повече битове на Hz) може да бъде постигната чрез техники като модулация от по-висок ред и адаптивна модулация, превъзходно усилване на системата от добре проектирано решение и множествен вход, множествен изход (MIMO).

Модулация

Максималният брой символи в секунда, предадени на микровълнов носител, е ограничен от честотната лента на канала. Квадратурна амплитудна модулация (QAM) увеличава потенциалния капацитет чрез кодиране на битове за всеки символ. Преминаването от два бита на символ (4 QAM) към 10 бита на символ (1024 QAM) осигурява повече от петкратно увеличение на капацитета.

Нивата на модулация от по-висок ред са възможни чрез напредъка в технологиите на компонентите, които намаляват шума и изкривяването на сигнала, генерирани от оборудването. В бъдеще ще има поддръжка за до 4096 QAM (12 бита на символ), но ние се доближаваме до теоретичните и практическите граници. Модулацията от по-висок ред означава повишена чувствителност към шум и изкривяване на сигнала. Чувствителността на приемника се намалява с 3 dB за всяка увеличена стъпка в модулацията, докато свързаното усилване на капацитета става по-малко (в проценти). Като пример, увеличаването на капацитета е 11 процента при преместване от 512 QAM (9 бита на символ) към 1024 QAM (10 бита на символ).

Адаптивна модулация
 

Безжична микровълнова връзка, инсталирана на телекомуникационна кула

Нарастващата модулация прави радиото по-чувствително към аномалии на разпространение като дъжд и многопосочно избледняване. За да се запази дължината на микровълновия скок, повишената чувствителност може да се компенсира с по-висока изходна мощност и по-големи антени. Адаптивната модулация е много рентабилно решение за увеличаване на пропускателната способност при всички условия на разпространение. На практика адаптивната модулация е предпоставка за внедряване с екстремна модулация от висок ред.

Адаптивната модулация позволява да се надгради съществуващ микровълнов хоп, например от 114 Mbps до 500 Mbps. По-високият капацитет идва с по-ниска наличност. Например наличността е намалена от 99.999 процента (5 минути годишно прекъсване) при 114 Mbps на 99.99 процента от времето (50 минути годишно прекъсване) при 238 Mbps. Системна печалба Превъзходната системна печалба е ключов параметър за микровълновата печка. 6 dB по-висок коефициент на усилване на системата може да се използва, например, за увеличаване на две стъпки на модулация със същата наличност, което осигурява до 30 процента повече капацитет. Като алтернатива може да се използва за увеличаване на дължината на скока или намаляване на размера на антената или комбинация от всички. Допринасящите за превъзходно усилване на системата включват ефективно кодиране за корекция на грешки, ниски нива на шума на приемника, цифрово предисторция за работа с по-висока изходна мощност и енергийноефективни усилватели.

MIMO множествен вход, многократен изход (MIMO)
MIMO е зряла технология, която се използва широко за повишаване на спектралната ефективност в 3GPP и Wi-Fi радиодостъпа, където предлага икономически ефективен начин за увеличаване на капацитета и пропускателната способност, когато наличният спектър е ограничен. В исторически план ситуацията със спектъра за микровълновите приложения е по-спокойна; предоставени са нови честотни ленти и технологията е непрекъснато разработвана, за да отговори на изискванията за капацитет. Въпреки това в много страни оставащите ресурси на спектъра за микровълнови приложения започват да се изчерпват и са необходими допълнителни технологии, за да се отговори на бъдещите изисквания. За 5G Mobile Backhaul, MIMO на микровълнови честоти е нововъзникваща технология, която предлага ефективен начин за допълнително увеличаване на ефективността на спектъра и така наличния транспортен капацитет.

За разлика от „конвенционалните“ MIMO системи, които се основават на отражения в околната среда, за 5G Mobile Backhaul каналите са „проектирани“ в микровълнови MIMO системи от точка до точка за оптимална производителност. Това се постига чрез инсталиране на антените с пространствено разделяне, което зависи от разстоянието на хопа и честотата. По принцип пропускателната способност и капацитетът се увеличават линейно с броя на антените (за сметка на допълнителни хардуерни разходи, разбира се). NxM MIMO система е изградена с помощта на N предаватели и M приемници. Теоретично няма ограничение за стойностите на N и M, но тъй като антените трябва да бъдат пространствено разделени, има практическо ограничение в зависимост от височината на кулата и заобикалящата среда. Поради тази причина антените 2 × 2 са най-осъществимият тип MIMO система. Тези антени могат да бъдат еднополяризирани (двуносеща система) или двойно поляризирани (четириносеща система). MIMO ще бъде полезен инструмент за допълнително мащабиране на капацитета на микровълновата печка, но все още е в ранна фаза, където, например, нейният регулаторен статус все още трябва да бъде изяснен в повечето страни, а моделите за разпространение и планиране все още трябва да бъдат установени. Разделянето на антената също може да бъде предизвикателство, особено за по-ниски честоти и по-големи дължини на скачане.

Още спектър
Друг раздел от инструментариума за капацитет на микровълновата печка за 5G Mobile Backhaul включва получаване на достъп до повече спектър. Тук честотните ленти от милиметрови вълни - нелицензираните 60 GHz ленти и лицензираната 70/80 GHz лента - растат все по-популярни като начин за получаване на достъп до нов спектър на много пазари (вж. Раздела за опции за честота на микровълновите печки за повече информация). Тези честотни ленти предлагат и много по-широки честотни канали, които улесняват внедряването на рентабилни мултигигабитни системи, които позволяват 5G Mobile Backhaul.

Ефективност на пропускателната способност
Ефективността на пропускателната способност (т.е. повече данни за полезния товар на бит) включва функции като многослойна компресия на заглавката и агрегиране / свързване на радиовръзки, които се фокусират върху поведението на пакетните потоци.

Многослойна компресия на заглавката
Многослойното компресиране на заглавката премахва ненужната информация от заглавията на кадрите с данни и освобождава капацитет за целите на трафика, както е показано на фигура 7. При компресиране всеки уникален заглавие се заменя с уникална идентичност от предаващата страна, процес, който се обръща от приемащата страна. Компресирането на заглавки осигурява относително по-голяма печалба при използване на пакети с по-малък размер на кадъра, тъй като техните заглавки съставляват относително по-голяма част от общия размер на кадъра. Това означава, че полученият допълнителен капацитет варира в зависимост от броя на заглавките и размера на кадъра, но обикновено е 5-10 процента печалба при Ethernet, IPv4 и WCDMA, със среден размер на кадрите от 400-600 байта и 15-20 процента печалба с Ethernet, MPLS, IPv6 и LTE със същия среден размер на кадъра.

Тези цифри предполагат, че внедрената компресия може да поддържа общия брой уникални заглавки, които се предават. В допълнение, компресирането на заглавката трябва да бъде надеждно и много лесно за използване, например предлагащо самообучение, минимална конфигурация и изчерпателни показатели за ефективност.

Агрегиране на радиовръзки (RLA, свързване)
Свързването на радиовръзката в микровълнова печка е подобно на агрегирането на носители в LTE и е важен инструмент за подпомагане на непрекъснатия растеж на трафика, тъй като по-висок дял на микровълновия хмел е разположен с множество носители, както е илюстрирано на Фигура 8. И двете техники обединяват множество радио носители в един виртуална, така че както увеличаване на пиковия капацитет, така и увеличаване на ефективната производителност чрез печалба от статистическо мултиплексиране. Постига се почти 100 процента ефективност, тъй като всеки пакет данни може да използва общия агрегиран пиков капацитет само с малко намаление за режийни протоколи, независимо от моделите на трафика. Свързването на радиовръзката е съобразено, за да осигури превъзходна производителност за конкретното решение за микровълнов транспорт. Например, той може да поддържа независимо поведение на всеки радио носител, използвайки адаптивна модулация, както и изящно влошаване в случай на повреда на един или повече носители (защита N + 0).

Подобно на агрегирането на носители, свързването на радиовръзката ще продължи да се развива, за да поддържа по-висок капацитет и по-гъвкави комбинации от носители, например чрез подкрепа за агрегиране на повече превозвачи, превозвачи с различна честотна лента и носители в различни честотни ленти.

Оптимизация на мрежата
Следващият раздел на инструментариума за капацитет е оптимизацията на мрежата. Това включва уплътняване на мрежи без необходимост от допълнителни честотни канали чрез функции за намаляване на смущения като антени със супер висока производителност (SHP) и автоматично управление на мощността на предаване (ATPC). SHP антените ефективно потискат смущенията чрез много ниски схеми на излъчване на страничните лобове, отговарящи на ETSI клас 4. ATPC позволява автоматично да се намалява мощността на предаване при благоприятни условия на разпространение (т.е. през повечето време), ефективно намалявайки смущенията в мрежата. Използването на тези функции намалява броя на честотните канали, необходими в мрежата, и може да осигури до 70 процента повече общ мрежов капацитет на канал. Намесата поради несъответствие или плътно внедряване ограничава изграждането на обратна връзка в много мрежи. Внимателното мрежово планиране, усъвършенстваните антени, обработката на сигнала и използването на ATPC функции на мрежово ниво ще намалят въздействието от смущения.

С поглед към бъдещето, 5G и отвъд
 

Безжична 5G мобилна безжична технология

През следващите години инструментите за микровълнов капацитет за 5G мобилни мрежи ще бъдат усъвършенствани и усъвършенствани и използвани в комбинация, позволявайки капацитет от 10 Gbps и след това. Общите разходи за притежание ще бъдат оптимизирани за често срещани конфигурации с голям капацитет, като например решения с множество превозвачи.

Остави съобщение 

Списък на ЛС