Mikrovågsugn backhaul för 5G mobilnät

 

5G mobilnät, mikrovågsugn och framtida trender inom mobilnät

 

CableFree 5G mobil trådlöst nätverk

Med 5G-mobilkommunikation tillgänglig runt 2020 har branschen redan börjat utveckla en ganska tydlig bild av de viktigaste utmaningarna, möjligheterna och de viktigaste teknologikomponenterna det innebär. 5G kommer att utöka prestanda och funktioner för trådlösa åtkomstnätverk i många dimensioner, till exempel förbättra mobila bredbandstjänster för att ge datahastigheter över 10 Gbps med latenser på 1 ms.

Mikrovågsugn är ett viktigt inslag i nuvarande backhaul-nätverk och kommer att fortsätta att utvecklas som en del av det framtida 5G-ekosystemet. Ett alternativ i 5G är att använda samma radioåtkomstteknik för både åtkomst- och backhaul-länkar, med dynamisk delning av spektrumresurserna. Detta kan ge ett komplement till mikrovågsutrustning, särskilt i mycket täta utbyggnader med ett större antal små radionoder.

Idag dominerar mikrovågsöverföring mobil backhaul, där den ansluter cirka 60 procent av alla makrobasstationer. Även när det totala antalet anslutningar växer kommer mikrovågens andel av marknaden att förbli ganska konstant. År 2019 kommer det fortfarande att stå för cirka 50 procent av alla basstationer (små makro- och utomhusceller (se figur 3). Det kommer att spela en nyckelroll i sista mils åtkomst och en kompletterande roll i aggregeringsdelen av nätverket. samtidigt kommer fiberöverföringen att fortsätta öka sin andel av den mobila backhaul-marknaden och kommer att ansluta till cirka 2019 procent av alla webbplatser fram till 40. Fiber kommer att användas i stor utsträckning i aggregations / tunnelbana delar av nätverk och i allt högre grad för sista mils åtkomst Det kommer också att finnas geografiska skillnader, med tätbefolkade stadsområden med högre fibergenomsläpplighet än mindre befolkade förorts- och landsbygdsområden, där mikrovågsugnen kommer att råda för både kortdistans- och långdistanslänkar.

Spektral effektivitet
 

CableFree 5G Mobile Backhaul Wireless Tower

Spektrumeffektivitet (det vill säga att få fler bitar per Hz) kan uppnås genom tekniker som högre ordningsmodulation och adaptiv modulering, den överlägsna systemförstärkningen av en väldesignad lösning och Multipel Input, Multiple Output (MIMO).

Modulation

Det maximala antalet symboler per sekund som sänds på en mikrovågsbärare är begränsad av kanalens bandbredd. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) ökar den potentiella kapaciteten genom att koda bitar på varje symbol. Att flytta från två bitar per symbol (4 QAM) till 10 bitar per symbol (1024 QAM) ger en mer än femfaldig kapacitetsökning.

Högre ordningsmoduleringsnivåer har möjliggjorts genom framsteg inom komponentteknik som har minskat utrustningsgenererat brus och signalförvrängning. I framtiden kommer det att finnas stöd för upp till 4096 QAM (12 bitar per symbol), men vi närmar oss de teoretiska och praktiska gränserna. Högre ordningsmodulering innebär ökad känslighet för brus och signalförvrängning. Mottagarkänsligheten minskas med 3 dB för varje ökat moduleringssteg, medan den relaterade kapacitetsförstärkningen blir mindre (i procent). Som ett exempel är kapacitetsförstärkningen 11 procent när man flyttar från 512 QAM (9 bitar per symbol) till 1024 QAM (10 bitar per symbol).

Anpassningsbar modulering
 

Kabelfri mikrovågslänk installerad på ett telekomtorn

Ökad modulering gör radion mer känslig för fortplantningsavvikelser som regn och flervägsblekning. För att bibehålla mikrovågslängden kan den ökade känsligheten kompenseras med högre uteffekt och större antenner. Adaptiv modulering är en mycket kostnadseffektiv lösning för att maximera genomströmningen under alla formeringsförhållanden. I praktiken är adaptiv modulering en förutsättning för distribution med extrem högordensmodulering.

Adaptiv modulering gör att en befintlig mikrovågshopp kan uppgraderas från till exempel 114 Mbps till så mycket som 500 Mbps. Den högre kapaciteten kommer med lägre tillgänglighet. Till exempel minskas tillgängligheten från 99.999 procent (5 minuters årsavbrott) vid 114 Mbps till 99.99 procent av tiden (50 minuters årsavbrott) vid 238 Mbps. Systemförstärkning Överlägsen systemförstärkning är en nyckelparameter för mikrovågsugn. En 6 dB högre systemförstärkning kan exempelvis användas för att öka två moduleringssteg med samma tillgänglighet, vilket ger upp till 30 procent mer kapacitet. Alternativt kan den användas för att öka hopplängden eller minska antennstorleken, eller en kombination av alla. Bidragsgivare till överlägsen systemförstärkning inkluderar effektiv felkorrigeringskodning, låga mottagarbrusnivåer, digital förvrängning för högre uteffektdrift och energieffektiva förstärkare, bland andra.

MIMO Multiple Input, Multiple Output (MIMO)
MIMO är en mogen teknik som används i stor utsträckning för att öka spektraleffektiviteten i 3GPP och Wi-Fi-radioåtkomst, där det erbjuder ett kostnadseffektivt sätt att öka kapacitet och genomströmning där tillgängligt spektrum är begränsat. Historiskt har spektrumsituationen för mikrovågsapplikationer varit mer avslappnad; nya frekvensband har gjorts tillgängliga och tekniken har kontinuerligt utvecklats för att möta kapacitetskraven. Men i många länder börjar de återstående spektrumresurserna för mikrovågsapplikationer tappas och ytterligare teknik behövs för att möta framtida krav. För 5G Mobile Backhaul är MIMO vid mikrovågsfrekvenser en framväxande teknik som erbjuder ett effektivt sätt att ytterligare öka spektrumeffektiviteten och därmed den tillgängliga transportkapaciteten.

Till skillnad från "konventionella" MIMO-system, som är baserade på reflektioner i miljön, för 5G Mobile Backhaul, kanaler "konstrueras" i punkt-till-punkt-mikrovågs-MIMO-system för optimal prestanda. Detta uppnås genom att installera antennerna med en rumsavskiljning som är beroende av hoppavstånd och frekvens. I princip ökar kapacitet och kapacitet linjärt med antalet antenner (naturligtvis på bekostnad av extra hårdvarukostnad). Ett NxM MIMO-system är konstruerat med hjälp av N-sändare och M-mottagare. Teoretiskt sett finns det ingen gräns för N- och M-värdena, men eftersom antennerna måste vara åtskilda är det en praktisk begränsning beroende på tornhöjd och omgivning. Av denna anledning är 2 × 2-antenner den mest möjliga typen av MIMO-system. Dessa antenner kan antingen vara enkelpolariserade (två bärarsystem) eller dubbla polariserade (fyra bärarsystem). MIMO kommer att vara ett användbart verktyg för att ytterligare skala mikrovågskapaciteten, men befinner sig fortfarande i en tidig fas där till exempel dess regleringsstatus fortfarande behöver klargöras i de flesta länder och dess spridnings- och planeringsmodeller fortfarande behöver fastställas. Antennseparationen kan också vara utmanande, särskilt för lägre frekvenser och längre hopplängder.

Mer spektrum
Ett annat avsnitt i verktygslådan för mikrovågsugn för 5G Mobile Backhaul handlar om att få tillgång till mer spektrum. Här växer millimetervågbanden - de icke-licensierade 60 GHz-banden och det licensierade 70/80 GHz-bandet - i popularitet som ett sätt att få tillgång till nytt spektrum på många marknader (se avsnittet Mikrovågsfrekvensalternativ för mer information). Dessa band erbjuder också mycket bredare frekvenskanaler, vilket underlättar distribution av kostnadseffektiva multi-gigabit-system som möjliggör 5G Mobile Backhaul.

Genomströmningseffektivitet
Genomströmningseffektivitet (det vill säga mer nyttolastdata per bit) involverar funktioner som flerskikts-komprimering av huvud och radiolänkaggregering / -bindning, som fokuserar på beteendet hos paketströmmar.

Flerskiktad komprimering av huvudet
Flerskikts rubrikkomprimering tar bort onödig information från dataramens rubriker och frigör kapacitet för trafikändamål, som visas i figur 7. Vid komprimering ersätts varje unikt rubrik med en unik identitet på sändarsidan, en process som är omvänd på mottagarsidan. Huvudkomprimering ger relativt högre användningsförstärkning för paket med mindre ramstorlek, eftersom deras rubriker utgör en relativt större del av den totala ramstorleken. Det betyder att den resulterande extra kapaciteten varierar med antalet rubriker och ramstorlek, men är vanligtvis en 5–10 procent förstärkning med Ethernet, IPv4 och WCDMA, med en genomsnittlig bildstorlek på 400–600 byte och en 15–20 procent förstärkning med Ethernet, MPLS, IPv6 och LTE med samma genomsnittliga ramstorlek.

Dessa siffror förutsätter att den implementerade komprimeringen kan stödja det totala antalet unika rubriker som överförs. Dessutom bör huvudkomprimeringen vara robust och mycket enkel att använda, till exempel att erbjuda självlärande, minimal konfiguration och omfattande prestandaindikatorer.

Radio Link Aggregation (RLA, Bonding)
Radiolänkbindning i mikrovågsugn liknar bäraraggregering i LTE och är ett viktigt verktyg för att stödja fortsatt trafiktillväxt, eftersom en högre andel mikrovågshopp distribueras med flera bärare, såsom illustreras i figur 8. Båda teknikerna samlar flera radiobärare i en virtuell, så att både höja toppkapaciteten och öka den effektiva genomströmningen genom statistisk multiplexeringsförstärkning. Nästan 100 procent effektivitet uppnås, eftersom varje datapaket kan använda den totala aggregerade toppkapaciteten med endast en mindre minskning för protokollkostnader, oberoende av trafikmönster. Radiolänkbindning är skräddarsydd för att ge överlägsen prestanda för den aktuella mikrovågstransportlösningen. Det kan till exempel stödja oberoende beteende hos varje radiobärare med adaptiv modulering, såväl som graciös nedbrytning i händelse av fel på en eller flera bärare (N + 0-skydd).

Precis som bäraraggregering kommer radiolänkbindning att fortsätta att utvecklas för att stödja högre kapacitet och mer flexibla bärarkombinationer, till exempel genom stöd för aggregering av fler bärare, bärare med olika bandbredd och bärare i olika frekvensband.

Nätverksoptimering
Nästa avsnitt i kapacitetsverktygslådan är nätverksoptimering. Detta involverar förtätning av nätverk utan behov av extra frekvenskanaler genom störningsfunktioner som SHP-antenner (super high performance) och automatisk sändningseffektkontroll (ATPC). SHP-antenner undertrycker effektivt störningar genom mycket låga sidolobstrålningsmönster, vilket uppfyller ETSI-klass 4. ATPC gör att sändningseffekten kan reduceras automatiskt under gynnsamma utbredningsförhållanden (det vill säga oftast), vilket effektivt minskar störningarna i nätverket. Att använda dessa funktioner minskar antalet frekvenskanaler som behövs i nätverket och kan ge upp till 70 procent mer total nätkapacitet per kanal. Störningar på grund av feljustering eller tät implementering begränsar backhaul-utbyggnaden i många nätverk. Noggrann nätverksplanering, avancerade antenner, signalbehandling och användning av ATPC-funktioner på nätverksnivå minskar påverkan från störningar.

Ser på framtiden, 5G och bortom
 

CableFree 5G mobil trådlös teknik

Under de kommande åren kommer mikrovågskapacitetsverktyg för 5G-mobilnät att utvecklas och förbättras och användas i kombination för att möjliggöra kapacitet på 10 Gbps och mer. Den totala ägandekostnaden kommer att optimeras för vanliga konfigurationer med hög kapacitet, till exempel multibärarlösningar.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC