Mikrobølgeovn backhaul til 5G mobilnetværk

 

5G mobilnetværk, mikrobølgeovn og fremtidige tendenser inden for mobilnetværk

 

CableFree 5G mobil trådløst netværk

Da 5G mobilkommunikation blev tilgængelig omkring 2020, er branchen allerede begyndt at udvikle et ret klart overblik over de største udfordringer, muligheder og vigtige teknologikomponenter, det indebærer. 5G udvider ydeevnen og kapaciteterne for trådløse adgangsnetværk i mange dimensioner, for eksempel forbedring af mobile bredbåndstjenester til at levere datahastigheder ud over 10 Gbps med ventetid på 1 ms.

Mikrobølgeovn er et nøgleelement i nuværende backhaul-netværk og vil fortsætte med at udvikle sig som en del af det fremtidige 5G-økosystem. En mulighed i 5G er at bruge den samme radioadgangsteknologi til både adgangs- og backhaul-linkene med dynamisk deling af spektrumressourcerne. Dette kan give et komplement til mikrobølgeanvendelse, især i meget tætte implementeringer med et større antal små radioknudepunkter.

I dag dominerer mikrobølgetransmission mobil backhaul, hvor den forbinder omkring 60 procent af alle makrobasestationer. Selv når det samlede antal forbindelser vokser, vil mikrobølgens andel af markedet forblive temmelig konstant. I 2019 vil den stadig tegne sig for omkring 50 procent af alle basestationer (små makro- og udendørsceller (se figur 3). Det vil spille en nøglerolle i adgangen til sidste mil og en supplerende rolle aggregeringsdelen af ​​netværket. Samtidig vil fibertransmission fortsætte med at øge sin andel af markedet for mobil backhaul og inden 2019 vil forbinde omkring 40 procent af alle websteder. Fiber vil blive udbredt i aggregerings- / metrodelene af netværket og i stigende grad til adgang til sidste kilometer Der vil også være geografiske forskelle med tætbefolkede byområder, der har højere fiberindtrængning end mindre befolkede forstæder og landdistrikter, hvor mikrobølgeovn vil være fremherskende for både kort- og langdistanceforbindelser.

Spektral effektivitet
 

CableFree 5G Mobile Backhaul Wireless Tower

Spektrumeffektivitet (det vil sige at få flere bits pr. Hz) kan opnås gennem teknikker som højere ordensmodulation og adaptiv modulering, den overlegne systemforstærkning af en veldesignet løsning og Multiple Input, Multiple Output (MIMO).

Modulation

Det maksimale antal symboler pr. Sekund, der transmitteres på en mikrobølgebærer, er begrænset af kanalens båndbredde. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) øger den potentielle kapacitet ved at kode bits på hvert symbol. At flytte fra to bits pr. Symbol (4 QAM) til 10 bits pr. Symbol (1024 QAM) giver en kapacitetsforøgelse på mere end fem gange.

Moduleringsniveauer med højere ordre er muliggjort gennem fremskridt inden for komponentteknologier, der har reduceret udstyrsgenereret støj og signalforvrængning. I fremtiden vil der være støtte til op til 4096 QAM (12 bits pr. Symbol), men vi nærmer os de teoretiske og praktiske grænser. Modulering af højere ordre betyder øget følsomhed over for støj og signalforvrængning. Modtagerens følsomhed reduceres med 3 dB for hvert øget trin i modulering, mens den relaterede kapacitetsforøgelse bliver mindre (i procent). Som et eksempel er kapacitetsforøgelsen 11 procent, når der flyttes fra 512 QAM (9 bits pr. Symbol) til 1024 QAM (10 bit pr. Symbol).

Adaptiv modulation
 

CableFree Microwave Link installeret på et telekommunikationstårn

Øget modulering gør radioen mere følsom over for forplantningsanomalier som regn og flervejsfading. For at opretholde mikrobølgelængde kan den øgede følsomhed kompenseres for med højere udgangseffekt og større antenner. Adaptiv modulering er en meget omkostningseffektiv løsning for at maksimere kapacitet under alle formeringsforhold. I praksis er adaptiv modulering en forudsætning for implementering med ekstrem højordensmodulation.

Adaptiv modulering gør det muligt at opgradere en eksisterende mikrobølgespring fra for eksempel 114 Mbps til så meget som 500 Mbps. Den højere kapacitet kommer med lavere tilgængelighed. F.eks. Reduceres tilgængeligheden fra 99.999 procent (5 minutters årligt afbrydelse) ved 114 Mbps til 99.99 procent af tiden (50 minutter årligt afbrydelse) ved 238 Mbps. Systemforstærkning Superior systemforstærkning er en nøgleparameter for mikrobølgeovn. En 6 dB højere systemforstærkning kan f.eks. Bruges til at øge to moduleringstrin med samme tilgængelighed, hvilket giver op til 30 procent mere kapacitet. Alternativt kan den bruges til at øge hoplængden eller mindske antennestørrelsen eller en kombination af alle. Bidragydere til overlegen systemforstærkning inkluderer effektiv fejlkorrektionskodning, lave modtagerstøjniveauer, digital forvrængning til højere udgangseffektdrift og energieffektive forstærkere, blandt andre.

MIMO Multiple Input, Multiple Output (MIMO)
MIMO er en moden teknologi, der i vid udstrækning bruges til at øge spektral effektivitet i 3GPP og Wi-Fi radioadgang, hvor den tilbyder en omkostningseffektiv måde at øge kapacitet og kapacitet på, hvor tilgængeligt spektrum er begrænset. Historisk har spektrumsituationen for mikrobølgeapplikationer været mere afslappet; nye frekvensbånd er gjort tilgængelige, og teknologien er løbende udviklet for at imødekomme kapacitetskravene. I mange lande begynder de resterende spektrumressourcer til mikrobølgeapplikationer imidlertid at blive udtømt, og der kræves yderligere teknologier for at imødekomme fremtidige krav. For 5G Mobile Backhaul er MIMO ved mikrobølgefrekvenser en ny teknologi, der tilbyder en effektiv måde at øge spektrumeffektiviteten yderligere og dermed den tilgængelige transportkapacitet.

I modsætning til 'konventionelle' MIMO-systemer, der er baseret på refleksioner i miljøet, er 5G Mobile Backhaul 'konstrueret' kanaler i punkt-til-punkt mikrobølge-MIMO-systemer for optimal ydeevne. Dette opnås ved at installere antennerne med en rumadskillelse, der er hopafstand og frekvensafhængig. I princippet stiger kapacitet og kapacitet lineært med antallet af antenner (selvfølgelig på bekostning af ekstra hardwarepriser). Et NxM MIMO-system er konstrueret ved hjælp af N-sendere og M-modtagere. Teoretisk er der ingen grænse for N- og M-værdierne, men da antennerne skal være rumligt adskilt, er der en praktisk begrænsning afhængig af tårnhøjde og omgivelser. Af denne grund er 2 × 2-antenner den mest gennemførlige type MIMO-system. Disse antenner kunne enten være enkeltpolariseret (to bæresystem) eller dobbeltpolariseret (fire bærersystem). MIMO vil være et nyttigt værktøj til yderligere skalering af mikrobølgekapacitet, men er stadig i en tidlig fase, hvor det f.eks. Stadig skal afklares dets lovgivningsmæssige status i de fleste lande, og dets udbredelses- og planlægningsmodeller stadig skal etableres. Antenneseparationen kan også være udfordrende, især ved lavere frekvenser og længere hoplængder.

Mere spektrum
En anden del af mikrobølgeovnens værktøjskasse til 5G Mobile Backhaul involverer at få adgang til mere spektrum. Her vokser millimeterbølgebåndene - de ikke-licenserede 60 GHz-bånd og det licenserede 70/80 GHz-bånd - i popularitet som en måde at få adgang til nyt spektrum på mange markeder (se afsnittet Mikrobølgefrekvensindstillinger for mere information). Disse bånd tilbyder også meget bredere frekvenskanaler, som letter implementering af omkostningseffektive multi-gigabit-systemer, der muliggør 5G Mobile Backhaul.

Gennemstrømningseffektivitet
Gennemstrømningseffektivitet (det vil sige flere nyttelastdata pr. Bit) involverer funktioner som multi-lags headerkomprimering og radiolink-aggregering / binding, der fokuserer på opførelsen af ​​pakkestrømme.

Komprimering af header i flere lag
Flerlags headerkomprimering fjerner unødvendige oplysninger fra overskrifterne i datarammerne og frigiver kapacitet til trafikformål, som vist i figur 7. Ved komprimering erstattes hvert unikke header med en unik identitet på den transmitterende side, en proces, der er vendt på den modtagende side. Headerkomprimering giver relativt højere udnyttelsesgevinst for pakker med mindre rammestørrelse, da deres overskrifter udgør en relativt større del af den samlede rammestørrelse. Dette betyder, at den resulterende ekstra kapacitet varierer med antallet af headere og rammestørrelse, men er typisk en 5-10 procent forstærkning med Ethernet, IPv4 og WCDMA med en gennemsnitlig rammestørrelse på 400-600 byte og en 15-20 procent forstærkning med Ethernet, MPLS, IPv6 og LTE med samme gennemsnitlige rammestørrelse.

Disse tal antager, at den implementerede komprimering kan understøtte det samlede antal unikke overskrifter, der transmitteres. Derudover skal headerkomprimeringen være robust og meget enkel at bruge, for eksempel med selvlæring, minimal konfiguration og omfattende præstationsindikatorer.

Radio Link Aggregation (RLA, Bonding)
Radiolinkbinding i mikrobølgeovn er beslægtet med bæreraggregation i LTE og er et vigtigt redskab til at understøtte fortsat trafikvækst, da en højere andel mikrobølgehumpler indsættes med flere bærere, som illustreret i figur 8. Begge teknikker samler flere radiobærere til en virtuel, så både forbedring af peak-kapaciteten samt øget effektiv gennemstrømning gennem statistisk multiplexing-forstærkning. Næsten 100 procent effektivitet opnås, da hver datapakke kan bruge den samlede samlede spidskapacitet med kun en mindre reduktion for protokolomkostninger, uafhængigt af trafikmønstre. Radiolinkbinding er skræddersyet til at give overlegen ydelse til den pågældende mikrobølgetransportløsning. For eksempel kan det understøtte uafhængig opførsel af hver radiobærer ved hjælp af adaptiv modulering såvel som yndefuld nedbrydning i tilfælde af svigt af en eller flere bærere (N + 0-beskyttelse).

Ligesom operatøraggregering vil radiolinkbinding fortsat blive udviklet til at understøtte højere kapacitet og mere fleksible bærerkombinationer, for eksempel gennem understøttelse af aggregering af flere bærere, bærere med forskellige båndbredder og bærere i forskellige frekvensbånd.

Netværksoptimering
Det næste afsnit i kapacitetsværktøjskassen er netværksoptimering. Dette involverer fortætning af netværk uden behov for ekstra frekvenskanaler gennem interferensbegrænsende funktioner som superhøjtydende (SHP) antenner og automatisk transmission power control (ATPC). SHP-antenner undertrykker effektivt interferens gennem meget lave sidelobe-strålingsmønstre, der opfylder ETSI-klasse 4. ATPC gør det muligt at reducere sendeeffekten automatisk under gunstige formeringsforhold (dvs. det meste af tiden), hvilket effektivt reducerer interferensen i netværket. Brug af disse funktioner reducerer antallet af nødvendige frekvenskanaler i netværket og kan levere op til 70 procent mere samlet netværkskapacitet pr. Kanal. Forstyrrelser på grund af forkert justering eller tæt implementering begrænser udbygning af backhaul i mange netværk. Omhyggelig netværksplanlægning, avancerede antenner, signalbehandling og brugen af ​​ATPC-funktioner på netværksniveau vil reducere påvirkningen fra interferens.

Ser fremad, 5G og videre
 

CableFree 5G mobil trådløs teknologi

I de kommende år vil mikrobølgekapacitetsværktøjer til 5G-mobilnetværk blive udviklet og forbedret og brugt i kombination, der muliggør kapaciteter på 10 Gbps og derover. De samlede ejeromkostninger vil blive optimeret til almindelige konfigurationer med høj kapacitet, såsom multi-carrier-løsninger.

Læg en besked 

Message List