5G-matkapuhelinverkkojen mikroaaltouuni

 

5G-matkaviestinverkot, Microwave Backhaul ja mobiiliverkkojen tulevaisuuden trendit

 

CableFree 5G langaton langaton verkko

5G-matkaviestinnän tullessa saataville noin vuoden 2020 ympäri teollisuus on jo alkanut kehittää melko selkeän kuvan tärkeimmistä haasteista, mahdollisuuksista ja keskeisistä teknologiakomponenteista. 5G laajentaa langattomien liityntäverkkojen suorituskykyä ja ominaisuuksia monin tavoin, esimerkiksi parantamalla mobiililaajakaistapalveluja tarjoamaan yli 10 Gbps: n tiedonsiirtonopeudet 1 ms: n viiveillä.

Mikroaaltouuni on keskeinen osa nykyisiä takaiskuverkkoja, ja se kehittyy edelleen osana tulevaa 5G-ekosysteemiä. 5G: n vaihtoehtona on käyttää samaa radioyhteystekniikkaa sekä pääsy- että takaisinkytkentälinkkeihin, taajuuksien resurssien dynaamisen jakamisen avulla. Tämä voi täydentää mikroaaltouunin takaisinkytkentää varsinkin hyvin tiheissä asennuksissa, joissa on suurempi määrä pieniä radiosolmuja.

Nykyään mikroaaltolähetys hallitsee matkaviestintää, jossa se yhdistää noin 60 prosenttia kaikista makrotukiasemista. Vaikka yhteyksien kokonaismäärä kasvaa, mikroaaltouunin osuus markkinoista pysyy melko vakiona. Vuoteen 2019 mennessä sen osuus on edelleen noin 50 prosenttia kaikista tukiasemista (makro- ja ulkona olevat pienet solut (ks. Kuva 3). Sillä on keskeinen rooli viimeisen mailin pääsyssä ja täydentävä rooli verkon yhdistämisosassa. Samalla kuidunsiirto kasvattaa edelleen osuuttaan matkapuhelinverkkomarkkinoilla ja yhdistää vuoteen 2019 mennessä noin 40 prosenttia kaikista sivustoista. Kuitua käytetään laajalti verkkojen yhdistämis- / metroosissa ja yhä enemmän viimeisen mailin pääsyyn Maantieteellisiä eroja on myös, sillä tiheästi asutuilla kaupunkialueilla kuitu tunkeutuu enemmän kuin vähemmän asuttuihin esikaupunki- ja maaseutualueisiin, joissa mikroaaltouuni vallitsee sekä lyhyen että pitkän matkan yhteyksissä.

Spektritehokkuus
 

CableFree 5G Mobile Backhaul -langaton torni

Spektrin tehokkuus (eli enemmän bittejä per Hz) voidaan saavuttaa tekniikoilla, kuten korkeamman asteen modulointi ja adaptiivinen modulointi, hyvin suunnitellun ratkaisun ylivoimainen järjestelmän vahvistus ja monisyöttö, monilähtö (MIMO).

Modulaatio

Mikroaaltotallentimella lähetettyjen symbolien enimmäismäärää sekunnissa rajoittaa kanavan kaistanleveys. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) lisää potentiaalikapasiteettia koodaamalla bitit jokaiselle symbolille. Siirtyminen kahdesta bitistä per symboli (4 QAM) 10 bittiin per symboli (1024 QAM) tuottaa yli viisinkertaisen kapasiteetin kasvun.

Korkeamman asteen modulaatiotasot ovat olleet mahdollisia komponenttiteknologioiden kehityksen ansiosta, jotka ovat vähentäneet laitteiden tuottamaa melua ja signaalin vääristymiä. Tulevaisuudessa tuetaan jopa 4096 QAM: ää (12 bittiä per symboli), mutta lähestymme teoreettisia ja käytännön rajoja. Korkeamman asteen modulointi tarkoittaa lisääntynyttä herkkyyttä melulle ja signaalin vääristymille. Vastaanottimen herkkyys pienenee 3 dB jokaisesta modulaation lisäyksestä, kun taas siihen liittyvä kapasiteetin lisäys pienenee (prosentteina). Esimerkiksi kapasiteetin lisäys on 11 prosenttia, kun siirrytään 512 QAM: sta (9 bittiä per symboli) 1024 QAM: iin (10 bittiä per symboli).

Mukautuva modulaatio
 

CableFree Microwave Link asennettu tietoliikennetorniin

Lisääntyvä modulaatio tekee radiosta herkempi etenemishäiriöille, kuten sateelle ja monireittiselle haalistumiselle. Mikroaaltohypyn pituuden ylläpitämiseksi lisääntynyt herkkyys voidaan kompensoida suuremmalla lähtöteholla ja suuremmilla antenneilla. Adaptiivinen modulointi on erittäin kustannustehokas ratkaisu maksimoimaan läpimeno kaikissa etenemisolosuhteissa. Käytännössä mukautuva modulaatio on edellytys käyttöönotolle äärimmäisen korkean asteen moduloinnilla.

Adaptiivinen modulaatio mahdollistaa nykyisen mikroaaltohypyn päivittämisen esimerkiksi 114 Mbps: stä jopa 500 Mbps: iin. Suurempi kapasiteetti on alhaisempi. Esimerkiksi saatavuus vähenee 99.999 prosentista (5 minuutin vuotuinen seisokki) 114 Mbps: llä 99.99 prosenttiin ajasta (50 minuutin vuotuinen seisokki) 238 Mbps: llä. Järjestelmän vahvistus Erinomainen järjestelmän vahvistus on mikroaaltouunin avainparametri. 6 dB suurempaa järjestelmän vahvistusta voidaan käyttää esimerkiksi kahden modulointivaiheen lisäämiseen samalla käytettävyydellä, mikä tarjoaa jopa 30 prosenttia enemmän kapasiteettia. Vaihtoehtoisesti sitä voitaisiin käyttää humalan pituuden lisäämiseen tai antennin koon pienentämiseen tai kaikkien yhdistelmään. Ylivoimaisen järjestelmän vahvistuksen tekijöitä ovat muun muassa tehokas virheenkorjauskoodaus, matala vastaanottimen melutaso, digitaalinen esivääristymä suurempaa lähtötehokäyttöä varten ja virtaa säästävät vahvistimet.

MIMO useita tuloja, useita lähtöjä (MIMO)
MIMO on kehittynyt tekniikka, jota käytetään laajalti spektrin tehokkuuden lisäämiseksi 3GPP- ja Wi-Fi-radiossa, jossa se tarjoaa kustannustehokkaan tavan lisätä kapasiteettia ja suorituskykyä siellä, missä käytettävissä oleva taajuus on rajallinen. Historiallisesti mikroaaltosovellusten taajuustilanne on rento; uusia taajuuskaistoja on asetettu saataville ja tekniikkaa on jatkuvasti kehitetty vastaamaan kapasiteettivaatimuksia. Monissa maissa jäljellä olevat mikroaaltosovellusten taajuusresurssit ovat kuitenkin ehtymässä, ja tulevaisuuden vaatimusten täyttämiseksi tarvitaan lisätekniikkaa. 5G Mobile Backhaulille MIMO mikroaaltotaajuuksilla on kehittyvä tekniikka, joka tarjoaa tehokkaan tavan lisätä taajuuksien tehokkuutta ja siten käytettävissä olevaa siirtokapasiteettia.

Toisin kuin perinteisissä MIMO-järjestelmissä, jotka perustuvat heijastuksiin ympäristössä, 5G Mobile Backhaul -kanavat optimoivat suorituskyvyn kanavat `` suunnitellusti '' pisteestä pisteeseen mikroaaltouunin MIMO-järjestelmiin. Tämä saavutetaan asentamalla antennit tilan etäisyydellä, joka riippuu humalan etäisyydestä ja taajuudesta. Periaatteessa läpimeno ja kapasiteetti kasvavat lineaarisesti antennien määrän kanssa (tietysti laitteiston lisäkustannusten kustannuksella). NxM MIMO -järjestelmä rakennetaan käyttämällä N lähetintä ja M-vastaanotinta. Teoriassa N- ja M-arvoja ei ole rajoitettu, mutta koska antennit on erotettava alueellisesti, tornin korkeudesta ja ympäristöstä riippuen on käytännön rajoitus. Tästä syystä 2 × 2-antennit ovat sopivin MIMO-järjestelmän tyyppi. Nämä antennit voivat olla joko yksipolarisoituja (kaksi kantoaaltojärjestelmää) tai kaksoispolarisoituja (neljä kantoaaltojärjestelmää). MIMO on hyödyllinen työkalu mikroaaltokapasiteetin skaalaamiseen edelleen, mutta se on vielä varhaisessa vaiheessa, jossa esimerkiksi sen sääntelyasemaa on vielä selvennettävä useimmissa maissa, ja sen etenemis- ja suunnittelumallit on vielä luotava. Antennierotus voi olla haastavaa erityisesti matalilla taajuuksilla ja pidemmillä hyppypituuksilla.

Lisää spektriä
Toinen osa 5G Mobile Backhaul -laitteen mikroaaltokapasiteettityökalupakettia sisältää pääsyn suurempaan taajuuksiin. Tällöin millimetrin aaltoalueiden - lisensoimattomien 60 GHz: n kaistojen ja lisensoidun 70/80 GHz: n kaistojen - suosio kasvaa keinona saada uusi taajuus monilla markkinoilla (lisätietoja on kohdassa Mikroaaltotaajuusvaihtoehdot). Nämä taajuusalueet tarjoavat myös paljon laajempia taajuuskanavia, jotka helpottavat kustannustehokkaiden, monigigabittiisten järjestelmien käyttöönottoa, jotka mahdollistavat 5G Mobile Backhaul -palvelun.

Suorituskyky
Suoritustehokkuus (eli enemmän hyötykuormadataa bittiä kohden) sisältää ominaisuuksia, kuten monikerroksisen otsikkokompression ja radiolinkkien yhdistämisen / liittämisen, jotka keskittyvät pakettivirtojen käyttäytymiseen.

Monikerroksinen otsikkopakkaus
Monikerroksinen otsikkopakkaus poistaa tarpeettomat tiedot datakehysten otsikoista ja vapauttaa kapasiteetin liikennetarkoituksiin, kuten kuvassa 7. Pakkauksessa kukin yksilöllinen otsikko korvataan lähetyspuolen yksilöllisellä identiteetillä, prosessi, joka on päinvastainen vastaanottavalla puolella. Otsikkopakkaus tarjoaa suhteellisen suuremman hyödyntämisvoiman pienempien kehyskokojen paketeille, koska niiden otsikot muodostavat suhteellisen suuremman osan kehyksen koosta. Tämä tarkoittaa, että tuloksena oleva ylimääräinen kapasiteetti vaihtelee otsikkojen lukumäärän ja kehyksen koon mukaan, mutta on tyypillisesti 5–10 prosentin vahvistus Ethernet-, IPv4- ja WCDMA-tekniikoilla, keskimääräinen kehyskoko 400–600 tavua ja 15–20 prosentin vahvistus Ethernetillä, MPLS: llä, IPv6: lla ja LTE: llä, joilla on sama keskimääräinen kehyskoko.

Nämä luvut olettavat, että toteutettu pakkaus voi tukea lähetettävien yksilöllisten otsikkojen kokonaismäärää. Lisäksi otsikon pakkaamisen tulisi olla vankka ja erittäin helppokäyttöinen, esimerkiksi tarjoamalla itseoppimista, minimaalista kokoonpanoa ja kattavia suorituskykyindikaattoreita.

Radio Link Aggregation (RLA, liimaus)
Radiolinkkien liittäminen mikroaaltouunissa muistuttaa kantoaallon aggregaatiota LTE: ssä ja on tärkeä työkalu jatkuvan liikenteen kasvun tukemiseksi, koska suurempi osuus mikroaaltouunista on käytössä useiden kantoaaltojen kanssa, kuten kuvassa 8 on esitetty. virtuaalinen, joten molemmat parantavat huippukapasiteettia ja lisäävät tehokasta läpimenoa tilastollisen multipleksointivahvistuksen avulla. Lähes 100 prosentin hyötysuhde saavutetaan, koska kukin datapaketti voi käyttää yhteenlaskettua huippukapasiteettia vain pienellä vähennyksellä protokollan yleiskustannuksiin liikennemalleista riippumatta. Radiolinkkisidos on räätälöity tarjoamaan ylivoimainen suorituskyky kyseiselle mikroaaltokuljetusratkaisulle. Se voi esimerkiksi tukea jokaisen radiokantoaallon itsenäistä käyttäytymistä adaptiivisen moduloinnin avulla sekä sulavaa heikkenemistä yhden tai useamman kantoaallon vikaantumisen yhteydessä (N + 0-suojaus).

Aivan kuten kantoaallon yhdistäminen, radiolinkkisidontaa kehitetään edelleen tukemaan suurempia kapasiteetteja ja joustavampia kantajayhdistelmiä, esimerkiksi tukemalla useamman kantoaallon, eri kaistanleveyden kantajien ja eri taajuuskaistoilla olevien kantajien yhdistämistä.

Verkon optimointi
Kapasiteetin työkalupakin seuraava osa on verkon optimointi. Tähän sisältyy verkkojen tiheyttäminen ilman ylimääräisiä taajuuskanavia häiriönvaimennusominaisuuksien, kuten erittäin korkean suorituskyvyn (SHP) antennien ja automaattisen lähetystehon ohjauksen (ATPC) avulla. SHP-antennit tukahduttavat tehokkaasti häiriöt hyvin matalien sivusuuntaisten säteilykuvioiden avulla täyttämällä ETSI-luokan 4. ATPC mahdollistaa lähetystehon pienentämisen automaattisesti suotuisissa etenemisolosuhteissa (eli suurimman osan ajasta), mikä vähentää verkon häiriöitä tehokkaasti. Näiden ominaisuuksien käyttö vähentää verkossa tarvittavien taajuuskanavien määrää ja voi tuottaa jopa 70 prosenttia enemmän verkkokapasiteettia kanavaa kohden. Virheestä tai tiheästä käyttöönotosta johtuvat häiriöt rajoittavat takaisinkytkentää useissa verkoissa. Huolellinen verkon suunnittelu, edistyneet antennit, signaalinkäsittely ja ATPC-ominaisuuksien käyttö verkkotasolla vähentävät häiriöiden aiheuttamia vaikutuksia.

Katse tulevaisuuteen, 5G ja Beyond
 

CableFree 5G langaton langaton tekniikka

Tulevien vuosien aikana 5G-mobiiliverkkojen mikroaaltokapasiteettityökaluja kehitetään ja parannetaan, ja niitä käytetään yhdessä mahdollistamalla 10 Gbps: n ja sitä suuremmat kapasiteetit. Kokonaisomistuskustannukset optimoidaan tavallisille suuren kapasiteetin kokoonpanoille, kuten monen operaattorin ratkaisuille.

Jätä viesti 

viestiluettelo