Mikrobølgeovn backhaul for 5G mobilnett

 

5G mobilnett, mikrobølgeovn og fremtidige trender innen mobilnett

 

CableFree 5G mobil trådløst nettverk

Da 5G mobilkommunikasjon ble tilgjengelig rundt 2020, har industrien allerede begynt å utvikle et ganske klart syn på de viktigste utfordringene, mulighetene og viktige teknologikomponenter det innebærer. 5G vil utvide ytelsen og funksjonene til trådløse tilgangsnettverk i mange dimensjoner, for eksempel forbedre mobile bredbåndstjenester for å gi datahastigheter utover 10 Gbps med ventetider på 1 ms.

Mikrobølgeovn er et sentralt element i nåværende tilbakekoblingsnettverk og vil fortsette å utvikle seg som en del av det fremtidige 5G-økosystemet. Et alternativ i 5G er å bruke samme radiotilgangsteknologi for både tilgangs- og tilbakekoblingskoblinger, med dynamisk deling av spektrumressursene. Dette kan gi et komplement til mikrobølgeovn, spesielt i svært tette distribusjoner med et større antall små radionoder.

I dag dominerer mikrobølgeoverføring mobil bakhaling, hvor den forbinder rundt 60 prosent av alle makrobasestasjoner. Selv når det totale antallet tilkoblinger vokser, vil mikrobølgeovnens andel av markedet forbli ganske konstant. Innen 2019 vil den fremdeles utgjøre rundt 50 prosent av alle basestasjoner (makro og utendørs små celler (se figur 3). Den vil spille en nøkkelrolle i siste mils tilgang og en komplementær rolle aggregeringsdelen av nettverket. Samtidig vil fiberoverføring fortsette å øke sin andel av det mobile markedet for tilbakeslag, og innen 2019 vil koble til rundt 40 prosent av alle nettsteder. Fiber vil bli mye brukt i aggregerings- / metrodelene av nettene og i økende grad for siste mils tilgang Det vil også være geografiske forskjeller, med tett befolkede byområder som har høyere fiberinntrengning enn mindre befolkede forstads- og landlige områder, hvor mikrobølgeovn vil gjelde for både kortreist og langdistanseledd.

Spektral effektivitet
 

CableFree 5G Mobile Backhaul Wireless Tower

Spektrumeffektivitet (det vil si å få flere biter per Hz) kan oppnås gjennom teknikker som høyere ordensmodulering og adaptiv modulering, den overlegne systemgevinsten til en godt designet løsning og Multiple Input, Multiple Output (MIMO).

Modulasjon

Maksimalt antall symboler per sekund som overføres på en mikrobølgeovn er begrenset av kanalbåndbredden. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) øker potensiell kapasitet ved å kode bits på hvert symbol. Å flytte fra to bits per symbol (4 QAM) til 10 bits per symbol (1024 QAM) gir mer enn fem ganger kapasitetsøkning.

Høyere ordens moduleringsnivåer er blitt mulig gjennom fremskritt innen komponentteknologi som har redusert utstyrsgenerert støy og signalforvrengning. I fremtiden vil det være støtte for opptil 4096 QAM (12 bits per symbol), men vi nærmer oss de teoretiske og praktiske grensene. Høyere ordens modulering betyr økt følsomhet for støy og signalforvrengning. Mottakerens følsomhet reduseres med 3 dB for hvert økte trinn i modulering, mens den relaterte kapasitetsforsterkningen blir mindre (i prosent). Som et eksempel er kapasitetsøkningen 11 prosent når du går fra 512 QAM (9 bits per symbol) til 1024 QAM (10 bits per symbol).

Adaptiv modulasjon
 

CableFree Microwave Link installert på et telekomtårn

Økende modulering gjør radioen mer følsom for forplantningsavvik som regn og flerveis fading. For å opprettholde mikrobølgehopplengden kan den økte følsomheten kompenseres for med høyere utgangseffekt og større antenner. Adaptiv modulering er en veldig kostnadseffektiv løsning for å maksimere gjennomstrømningen under alle formeringsforhold. I praksis er adaptiv modulering en forutsetning for distribusjon med ekstrem høyordensmodulering.

Adaptiv modulering gjør at en eksisterende mikrobølgehopp kan oppgraderes fra for eksempel 114 Mbps til så mye som 500 Mbps. Jo høyere kapasitet kommer med lavere tilgjengelighet. For eksempel reduseres tilgjengeligheten fra 99.999 prosent (5 minutters årsavbrudd) ved 114 Mbps til 99.99 prosent av tiden (50 minutters årsavbrudd) ved 238 Mbps. System gevinst Superior system gain er en nøkkelparameter for mikrobølgeovn. En 6 dB høyere systemforsterkning kan for eksempel brukes til å øke to modulasjonstrinn med samme tilgjengelighet, noe som gir opptil 30 prosent mer kapasitet. Alternativt kan den brukes til å øke humpelengden eller redusere antennestørrelsen, eller en kombinasjon av alle. Bidragsytere til overlegen systemforsterkning inkluderer effektiv feilkorrigeringskoding, lave mottakerstøynivåer, digital forvrengning for høyere utgangseffekt og energieffektive forsterkere, blant andre.

MIMO Multiple Input, Multiple Output (MIMO)
MIMO er en moden teknologi som er mye brukt for å øke spektraleffektiviteten i 3GPP og Wi-Fi-radiotilgang, der den gir en kostnadseffektiv måte å øke kapasiteten og gjennomstrømningen der tilgjengelig spektrum er begrenset. Historisk har spektrumsituasjonen for mikrobølgeapplikasjoner vært mer avslappet; nye frekvensbånd er gjort tilgjengelig og teknologien er kontinuerlig utviklet for å oppfylle kapasitetskravene. I mange land begynner imidlertid de gjenværende spektrumressursene for mikrobølgeapplikasjoner å bli utarmet, og det er behov for tilleggsteknologi for å møte fremtidige krav. For 5G Mobile Backhaul er MIMO ved mikrobølgefrekvenser en ny teknologi som gir en effektiv måte å øke spektrumeffektiviteten ytterligere og dermed den tilgjengelige transportkapasiteten.

I motsetning til 'konvensjonelle' MIMO-systemer, som er basert på refleksjoner i miljøet, for 5G Mobile Backhaul, blir kanalene 'konstruert' i punkt-til-punkt mikrobølgeovn MIMO-systemer for optimal ytelse. Dette oppnås ved å installere antennene med en romlig separasjon som er avstands-og frekvensavhengig. I prinsippet øker kapasiteten og kapasiteten lineært med antall antenner (selvfølgelig på bekostning av ekstra maskinvarekostnader). Et NxM MIMO-system er konstruert ved hjelp av N-sendere og M-mottakere. Teoretisk sett er det ingen grense for N- og M-verdiene, men siden antennene må være romskilt, er det en praktisk begrensning avhengig av tårnhøyde og omgivelser. Av denne grunn er 2 × 2-antenner den mest gjennomførbare typen MIMO-system. Disse antennene kan enten være enkeltpolarisert (to bærersystem) eller dobbeltpolarisert (fire bærersystem). MIMO vil være et nyttig verktøy for å skalere mikrobølgeovnskapasiteten ytterligere, men er fremdeles i en tidlig fase der det for eksempel fortsatt er behov for å avklare dets regulatoriske status i de fleste land, og dets forplantnings- og planleggingsmodeller fortsatt må etableres. Antenneseparasjonen kan også være utfordrende, spesielt for lavere frekvenser og lengre humpelengder.

Mer spektrum
En annen del av mikrobølgeovnens verktøykasse for 5G Mobile Backhaul innebærer å få tilgang til mer spekter. Her vokser millimeterbølgebåndene - de ikke-lisensierte 60 GHz-båndene og det lisensierte 70/80 GHz-båndet - i popularitet som en måte å få tilgang til nytt spektrum i mange markeder (se delen Mikrobølgeovnens frekvensalternativer for mer informasjon). Disse båndene tilbyr også mye bredere frekvenskanaler, som muliggjør distribusjon av kostnadseffektive multi-gigabit-systemer som muliggjør 5G Mobile Backhaul.

Gjennomstrømningseffektivitet
Gjennomstrømningseffektivitet (det vil si flere nyttelastdata per bit) involverer funksjoner som flersjikts toppkomprimering og radiolink-aggregering / binding, som fokuserer på oppførselen til pakkestrømmer.

Flerlags komprimering av topptekst
Flerlags komprimering av overskrift fjerner unødvendig informasjon fra overskriftene til datarammene og frigjør kapasitet for trafikkformål, som vist i figur 7. Ved komprimering erstattes hvert unike overskrift med en unik identitet på sendersiden, en prosess som er reversert på mottakersiden. Toppkomprimering gir relativt høyere utnyttelsesgevinst for pakker med mindre rammestørrelse, siden topptekstene deres utgjør en relativt større del av den totale rammestørrelsen. Dette betyr at den resulterende ekstra kapasiteten varierer med antall overskrifter og rammestørrelse, men er vanligvis en 5–10 prosent forsterkning med Ethernet, IPv4 og WCDMA, med en gjennomsnittlig rammestørrelse på 400–600 byte, og en 15–20 prosent forsterkning med Ethernet, MPLS, IPv6 og LTE med samme gjennomsnittlige rammestørrelse.

Disse tallene antar at den implementerte komprimeringen kan støtte det totale antallet unike overskrifter som overføres. I tillegg skal toppkompresjonen være robust og veldig enkel å bruke, for eksempel å tilby selvlæring, minimal konfigurasjon og omfattende ytelsesindikatorer.

Radio Link Aggregation (RLA, Bonding)
Radiokoblingsbinding i mikrobølgeovn er lik bæreaggregasjon i LTE og er et viktig verktøy for å støtte fortsatt trafikkvekst, ettersom en høyere andel mikrobølgehopp distribueres med flere bærere, som illustrert i figur 8. Begge teknikkene samler flere radiobærere til en virtuell, slik at både forbedring av toppkapasiteten og økt effektiv gjennomstrømning gjennom statistisk multiplexing-forsterkning. Nesten 100 prosent effektivitet oppnås, siden hver datapakke kan bruke den totale samlede toppkapasiteten med bare en mindre reduksjon for protokollomkostninger, uavhengig av trafikkmønstre. Radiolinkbinding er skreddersydd for å gi overlegen ytelse for den aktuelle mikrobølgetransportløsningen. For eksempel kan den støtte uavhengig oppførsel av hver radiobærer ved bruk av adaptiv modulering, samt grasiøs nedbrytning i tilfelle feil på en eller flere bærere (N + 0-beskyttelse).

Akkurat som operatøraggregering, vil radiokoblingsbinding fortsette å utvikles for å støtte høyere kapasitet og mer fleksible transportørkombinasjoner, for eksempel gjennom støtte for aggregering av flere bærere, bærere med forskjellige båndbredder og bærere i forskjellige frekvensbånd.

Nettverksoptimalisering
Neste del av kapasitetsverktøykassen er nettverksoptimalisering. Dette innebærer fortetting av nettverk uten behov for ekstra frekvenskanaler gjennom forstyrrelsesfunksjoner som superhøy ytelse (SHP) antenner og automatisk sendestrømkontroll (ATPC). SHP-antenner undertrykker effektivt interferens gjennom svært lave sidelobe-strålingsmønstre, og oppfyller ETSI-klasse 4. ATPC gjør det mulig å redusere sendekraften automatisk under gunstige formeringsforhold (det vil si mesteparten av tiden), og effektivt redusere interferensen i nettverket. Ved å bruke disse funksjonene reduseres antall frekvenskanaler som trengs i nettverket og kan levere opptil 70 prosent mer total nettverkskapasitet per kanal. Forstyrrelser på grunn av feiljustering eller tett distribusjon begrenser utbygging av backhaul i mange nettverk. Nøyaktig nettverksplanlegging, avanserte antenner, signalbehandling og bruk av ATPC-funksjoner på nettverksnivå vil redusere påvirkningen fra forstyrrelser.

Ser fremover, 5G og videre
 

CableFree 5G mobil trådløs teknologi

I løpet av de kommende årene vil mikrobølgeovnskapasitetsverktøy for 5G-mobilnett utvikles og forbedres, og brukes i kombinasjon som muliggjør kapasiteter på 10 Gbps og utover. Totale eierkostnader vil bli optimalisert for vanlige konfigurasjoner med høy kapasitet, for eksempel løsninger for flere operatører.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste