Mikrohullámú visszaforgatás az 5G mobilhálózatokhoz

 

5G mobilhálózatok, mikrohullámú backhaul és a jövőbeli trendek a mobilhálózatokban

 

CableFree 5G mobil vezeték nélküli hálózat

Mivel az 5G mobil kommunikáció 2020 körül elérhetővé vált, az iparág már kezdett kialakítani egy meglehetősen világos képet a fő kihívásokról, lehetőségekről és a legfontosabb technológiai összetevőkről. Az 5G számos dimenzióban kiterjeszti a vezeték nélküli hozzáférési hálózatok teljesítményét és képességeit, például a mobil szélessávú szolgáltatások fokozásával 10 Gbps sebességű, 1 ms késleltetéssel rendelkező adatátviteli sebesség biztosítására.

A mikrohullámú sütő a jelenlegi visszahálózati hálózatok kulcsfontosságú eleme, és a jövőbeni 5G ökoszisztéma részeként tovább fog fejlődni. Az 5G egyik lehetősége, hogy ugyanazt a rádió-hozzáférési technológiát használja mind a hozzáférési, mind a visszafutási kapcsolatokhoz, a spektrum erőforrások dinamikus megosztása mellett. Ez kiegészítést nyújthat a mikrohullámú visszafutáshoz, különösen nagyon sűrű telepítéseknél, nagyobb számú kis rádiócsomópont mellett.

Ma a mikrohullámú átvitel uralja a mobil visszafutást, ahol az összes makro bázisállomás mintegy 60 százalékát összeköti. Még akkor is, ha a kapcsolatok száma növekszik, a mikrohullámú sütők piaci részesedése meglehetősen állandó marad. 2019-ig továbbra is az összes bázisállomás (makro és kültéri kis cellák (lásd a 50. ábrát)) körülbelül 3% -át teszi ki. Kulcsfontosságú szerepet játszik majd az utolsó mérföld elérésében, és kiegészítő szerepet játszik a hálózat összesítő részében. Ugyanakkor a szálas továbbítás továbbra is növeli a mobil backhaul piac részesedését, és 2019-re az összes helyszín mintegy 40 százalékát fogja összekapcsolni. A szálat széles körben használják a hálózatok összesített / metró részein, és egyre inkább az utolsó mérföldes hozzáféréshez Lesznek földrajzi különbségek is, a sűrűn lakott városi területeknél nagyobb a rost penetráció, mint a kevésbé lakott külvárosi és vidéki területeken, ahol a mikrohullámú sütő túlsúlyban lesz mind a rövid, mind a távolsági összeköttetések esetében.

Spektrális hatékonyság
 

CableFree 5G Mobile Backhaul vezeték nélküli torony

A spektrum hatékonysága (vagyis több bit / Hz megszerzése) olyan technikákkal érhető el, mint a magasabb rendű moduláció és az adaptív moduláció, a jól megtervezett megoldás kiváló rendszererősítése és a többszörös bemenet, több kimenet (MIMO).

Moduláció

A mikrohullámú hordozón továbbított másodpercek maximális számát a csatorna sávszélessége korlátozza. A kvadrátumos amplitúdó-moduláció (QAM) növeli a potenciális kapacitást azáltal, hogy biteket kódol az egyes szimbólumokhoz. Szimbólumonként két bitről (4 QAM) 10 szimbólumra (1024 QAM) való áttérés több mint ötszörös kapacitásnövelést eredményez.

A magasabb rendű modulációs szintek lehetővé tették az alkatrész-technológiák fejlődését, amelyek csökkentették a berendezések által generált zajt és a jel torzulását. A jövőben legfeljebb 4096 QAM (szimbólumenként 12 bit) támogatása lesz, de közelítjük az elméleti és gyakorlati határokat. A magasabb rendű moduláció fokozott érzékenységet jelent a zajra és a jel torzítására. A vevő érzékenysége 3 dB-lel csökken a moduláció minden megnövekedett lépése esetén, miközben a kapcsolódó kapacitásnövekedés kisebb lesz (százalékban kifejezve). Például, a kapacitásnövekedés 11 százalék, ha 512 QAM-ról (9 bit / szimbólum) 1024 QAM-ra (10 bit / szimbólum) halad.

Adaptív moduláció
 

CableFree Microwave Link telepítve egy távközlési toronyba

A növekvő moduláció érzékenyebbé teszi a rádiót az olyan terjedési anomáliákra, mint az eső és a többutas halványulás. A mikrohullámú ugrás hosszának fenntartása érdekében a megnövekedett érzékenységet kompenzálhatja a nagyobb kimeneti teljesítmény és a nagyobb antennák. Az adaptív moduláció nagyon költséghatékony megoldás az áteresztőképesség maximalizálására minden terjedési körülmény között. A gyakorlatban az adaptív moduláció előfeltétele az extrém magas rendű modulációval történő telepítésnek.

Az adaptív moduláció lehetővé teszi egy meglévő mikrohullámú ugrás frissítését például 114 Mbps-ról akár 500 Mbps-ra. A nagyobb kapacitás alacsonyabb rendelkezésre állással jár. Például a rendelkezésre állást 99.999 százalékról (5 perc éves kimaradás) 114 Mbps sebességgel csökkentik az idő (99.99 perc éves kimaradás) 50 százalékára 238 Mbps sebességgel. Rendszererősítés A kiváló rendszererősítés a mikrohullámú sütő egyik legfontosabb paramétere. 6 dB-rel nagyobb rendszererősítés használható például két modulációs lépés növelésére, azonos elérhetőséggel, ami akár 30 százalékkal nagyobb kapacitást biztosít. Alternatív megoldásként használható az ugrás hosszának növelésére vagy az antenna méretének csökkentésére, vagy az összes kombinációjával. A kiváló rendszererősítéshez hozzájárulnak többek között a hatékony hibajavító kódolás, az alacsony vevő zajszintje, a digitális kimeneti torzítás a nagyobb kimenő teljesítményű működéshez és az energiatakarékos erősítők.

MIMO többszörös bemenet, többszörös kimenet (MIMO)
A MIMO egy kiforrott technológia, amelyet széles körben alkalmaznak a spektrális hatékonyság növelésére a 3GPP és a Wi-Fi rádióelérésekben, ahol költséghatékony módot kínál a kapacitás és az átbocsátás növelésére, ahol a rendelkezésre álló spektrum korlátozott. Történelmileg a mikrohullámú alkalmazások spektrumhelyzete enyhébb; új frekvenciasávokat tettek elérhetővé, és a technológiát folyamatosan fejlesztették, hogy megfeleljenek a kapacitásigényeknek. Számos országban azonban a mikrohullámú alkalmazások számára fennmaradó spektrumforrások kezdnek kimerülni, és további technológiákra van szükség a jövőbeni követelmények kielégítéséhez. Az 5G Mobile Backhaul számára a mikrohullámú frekvenciákon megjelenő MIMO egy feltörekvő technológia, amely hatékony módot kínál a spektrum hatékonyságának és így a rendelkezésre álló szállítási kapacitás további növelésére.

Az 5G Mobile Backhaul esetében a „hagyományos” MIMO rendszerektől eltérően, amelyek a környezeti visszatükröződésen alapulnak, a csatornákat pont-pont mikrohullámú MIMO rendszerekben „optimalizálják” az optimális teljesítmény érdekében. Ezt úgy lehet elérni, hogy az antennákat térbeli elválasztással telepítjük, amely komlótávolságtól és frekvenciától függ. Elvileg az áteresztőképesség és a kapacitás lineárisan növekszik az antennák számával (természetesen a további hardverköltségek rovására). Az NxM MIMO rendszer N adó és M vevő felhasználásával készül. Elméletileg nincs korlátozás az N és M értékekre, de mivel az antennákat térben kell elválasztani, gyakorlati korlátozás van a torony magasságától és környékétől függően. Ezért a 2 × 2 antenna a MIMO rendszer legmegvalósíthatóbb típusa. Ezek az antennák lehetnek egyetlen polarizált (két hordozós rendszer) vagy kettős polarizált (négy hordozós rendszer). A MIMO hasznos eszköz lesz a mikrohullámú kapacitás további méretezéséhez, de még mindig korai fázisban van, ahol például a legtöbb országban még tisztázni kell szabályozási státusát, és a terjesztési és tervezési modelleket még meg kell állapítani. Az antenna szétválasztása különösen alacsony frekvenciák és hosszabb ugrási hosszúság esetén is kihívást jelenthet.

Több spektrum
Az 5G Mobile Backhaul mikrohullámú kapacitás eszköztárának egy másik része a nagyobb spektrum elérését jelenti. Itt a milliméteres hullámsávok - az engedély nélküli 60 GHz-es sávok és az engedélyezett 70/80 GHz-es sávok - egyre népszerűbbek, mivel számos piacon hozzáférhetővé válnak az új frekvenciasávokhoz (további információkért lásd a Mikrohullámú frekvenciabeállítások részt). Ezek a sávok sokkal szélesebb frekvenciacsatornákat is kínálnak, amelyek megkönnyítik az 5G Mobile Backhaul-t lehetővé tevő, költséghatékony, több gigabites rendszerek bevezetését.

Átbocsátási hatékonyság
Az átviteli hatékonyság (vagyis több hasznos adat a bitenként) olyan funkciókat foglal magában, mint a többrétegű fejléctömörítés és a rádiós linkek összesítése / összekapcsolása, amelyek a csomagfolyamok viselkedésére összpontosítanak.

Többrétegű fejléctömörítés
A többrétegű fejléctömörítés eltávolítja a felesleges információkat az adatkeretek fejlécéből, és forgalom céljából felszabadítja a kapacitást, amint az a 7. ábrán látható. A tömörítéskor minden egyedi fejlécet egyedi azonosítóra cserélnek az átvivő oldalon, ezt a folyamatot megfordítják. a fogadó oldalon. A fejléc tömörítése viszonylag nagyobb kihasználtsági nyereséget biztosít a kisebb keretméretű csomagok esetében, mivel fejléceik a teljes keretméret viszonylag nagyobb részét teszik ki. Ez azt jelenti, hogy a kapott extra kapacitás a fejlécek számától és a keretmérettől függően változik, de általában 5–10 százalékos erősítést jelent az Ethernet, az IPv4 és a WCDMA esetében, átlagos képméretük 400–600 bájt, és 15–20 százalékos erősítés. Ethernet, MPLS, IPv6 és LTE azonos átlagos képmérettel.

Ezek az ábrák azt feltételezik, hogy a megvalósított tömörítés támogatja az továbbított egyedi fejlécek teljes számát. Ezenkívül a fejléc tömörítésének robusztusnak és nagyon egyszerűen használhatónak kell lennie, például önálló tanulást, minimális konfigurációt és átfogó teljesítménymutatókat kínálva.

Rádió link összesítése (RLA, kötés)
A mikrohullámú rádióhálózati kötés hasonló az LTE hordozói aggregációjához, és fontos eszköz a folyamatos forgalomnövekedés támogatásához, mivel a mikrohullámú komló nagyobb hányada több hordozóval van telepítve, amint azt a 8. ábra szemlélteti. Mindkét technika több rádióhordozót összesít egy egységbe virtuális, tehát mind a csúcskapacitás növelése, mind az effektív áteresztőképesség növelése statisztikai multiplexelő nyereség révén. Közel 100 százalékos hatékonyság érhető el, mivel minden adatcsomag az összesített csúcskapacitást a forgalmi mintáktól függetlenül csak kis mértékben csökkentheti a protokollok rezsivel. A rádiós összeköttetés úgy van kialakítva, hogy kiváló teljesítményt nyújtson az adott mikrohullámú szállítási megoldáshoz. Támogathatja például az egyes rádióhordozók független viselkedését adaptív modulációval, valamint kecses lebontást egy vagy több vivő meghibásodása esetén (N + 0 védelem).

Csakúgy, mint a vivő aggregáció, a rádióhálózati kötést továbbra is fejleszteni kell a nagyobb kapacitások és rugalmasabb vivőkombinációk támogatása érdekében, például több vivő, különböző sávszélességű vivő és különböző frekvenciasávokban lévő vivők összesítésének támogatásával.

Hálózat optimalizálás
A kapacitás eszköztár következő szakasza a hálózat optimalizálása. Ez magában foglalja a hálózatok sűrűsítését anélkül, hogy extra frekvenciás csatornákra lenne szükség interferenciacsökkentő funkciókkal, például szuper nagy teljesítményű (SHP) antennákkal és automatikus adóteljesítmény-vezérléssel (ATPC). Az SHP antennák nagyon alacsony mellékoldali sugárzási minták révén hatékonyan elnyomják az interferenciát, és megfelelnek az ETSI 4. osztályának. Az ATPC lehetővé teszi az adóteljesítmény automatikus csökkentését kedvező terjedési feltételek mellett (vagyis legtöbbször), hatékonyan csökkentve a hálózatban tapasztalható interferenciát. Ezeknek a funkcióknak a használata csökkenti a hálózatban szükséges frekvenciacsatornák számát, és csatornánként akár 70 százalékkal több teljes hálózati kapacitást tud biztosítani. Az eltérések vagy a sűrű telepítés miatti interferencia sok hálózatban korlátozza a visszaépítést. A gondos hálózati tervezés, a fejlett antennák, a jelfeldolgozás és az ATPC funkciók hálózati szintű használata csökkenti az interferencia hatásait.

A jövőre tekintve, az 5G és azon túl
 

CableFree 5G mobil vezeték nélküli technológia

Az elkövetkező években az 5G mobilhálózatok mikrohullámú kapacitásának eszközeit fejleszteni és továbbfejleszteni fogják, és kombinációban használják, amelyek 10 Gbps-os vagy annál nagyobb kapacitást tesznek lehetővé. A teljes tulajdonlási költség optimalizálásra kerül a nagy kapacitású konfigurációkhoz, például a több szolgáltatós megoldásokhoz.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista