Mikrovalna veza za 5G mobilne mreže

 

5G mobilne mreže, mikrovalna mreža i budući trendovi u mobilnim mrežama

 

5G mobilna bežična mreža bez kabela

Kad je mobilna komunikacija 5G postala dostupna oko 2020. godine, industrija je već počela razvijati prilično jasan pogled na glavne izazove, mogućnosti i ključne tehnološke komponente koje uključuje. 5G će proširiti performanse i mogućnosti bežičnih pristupnih mreža u mnogim dimenzijama, na primjer, poboljšavajući mobilne širokopojasne usluge za pružanje brzine prijenosa podataka preko 10 Gbps s latencijama od 1 ms.

Mikrovalna pećnica ključni je element trenutnih backhaul mreža i nastavit će se razvijati kao dio budućeg ekosustava 5G. Opcija u 5G je korištenje iste tehnologije radio pristupa za pristupne i povratne veze, uz dinamičko dijeljenje resursa spektra. To može pružiti nadopunu mikrovalnom prijenosu, posebno u vrlo gustim rasporedima s većim brojem malih radio čvorova.

Danas mikrovalni prijenos dominira mobilnim backhaul-om, gdje povezuje oko 60 posto svih makro baznih stanica. Čak i dok ukupan broj veza raste, udio mikrovalne pećnice na tržištu ostat će prilično konstantan. Do 2019. i dalje će činiti oko 50 posto svih baznih stanica (makro i male ćelije na otvorenom (vidi sliku 3.). Imat će ključnu ulogu u pristupu zadnjim kilometrima i komplementarnu ulogu agregacijskom dijelu mreže. u isto vrijeme, prijenos vlakana nastavit će povećavati svoj udio na tržištu mobilnih backhaula, a do 2019. povezat će oko 40 posto svih web mjesta. Vlakna će se široko koristiti u skupnim / metro dijelovima mreža i sve više za pristup posljednjim miljama. Također će postojati geografske razlike, s gusto naseljenim urbanim područjima koja imaju veću penetraciju vlakana od manje naseljenih prigradskih i ruralnih područja, gdje će mikrovalna prevladavati i na kratkim i na dugim vezama.

Spektralna učinkovitost
 

5G Mobile Backhaul bežični toranj bez kabela

Učinkovitost spektra (odnosno dobivanje više bitova po Hz) može se postići tehnikama poput modulacije višeg reda i adaptivne modulacije, superiornog dobitka sustava dobro dizajniranog rješenja i višestrukog ulaza, višestrukog izlaza (MIMO).

Modulacija

Maksimalni broj simbola u sekundi koji se prenose na mikrovalnom nosaču ograničen je širinom pojasa kanala. Kvadraturna amplitudna modulacija (QAM) povećava potencijalni kapacitet kodiranjem bitova na svaki simbol. Pomicanje s dva bita po simbolu (4 QAM) na 10 bitova po simbolu (1024 QAM) donosi više nego pet puta povećanje kapaciteta.

Razine modulacije višeg reda omogućene su napretkom u komponentnim tehnologijama koje su smanjile buku i izobličenja signala generirane na opremi. U budućnosti će biti podržana do 4096 QAM (12 bitova po simbolu), ali približavamo se teorijskim i praktičnim granicama. Modulacija višeg reda znači povećanu osjetljivost na buku i izobličenja signala. Osjetljivost prijemnika smanjuje se za 3 dB za svaki povećani korak u modulaciji, dok s tim povezano povećanje kapaciteta postaje manje (u postocima). Kao primjer, povećanje kapaciteta iznosi 11 posto pri prelasku s 512 QAM (9 bitova po simbolu) na 1024 QAM (10 bitova po simbolu).

Prilagodljiva modulacija
 

Mikrovalna veza CableFree instalirana na telekomunikacijskom tornju

Sve veća modulacija čini radio osjetljivijim na anomalije širenja poput kiše i višestrukog blijeđenja. Da bi se zadržala duljina poskoka u mikrovalnoj pećnici, povećana osjetljivost može se nadoknaditi većom izlaznom snagom i većim antenama. Prilagodljiva modulacija vrlo je isplativo rješenje za maksimiziranje propusnosti u svim uvjetima širenja. U praksi je prilagodljiva modulacija preduvjet za primjenu s ekstremnom modulacijom visokog reda.

Prilagodljiva modulacija omogućuje nadogradnju postojećeg mikrovalnog skoka s, na primjer, 114 Mbps na čak 500 Mbps. Veći kapacitet dolazi s manjom dostupnošću. Primjerice, dostupnost je smanjena sa 99.999 posto (5 minuta godišnje prekida) pri 114 Mbps na 99.99 posto vremena (50 minuta godišnjeg prekida) pri 238 Mbps. Pojačanje sustava Vrhunsko pojačanje sustava ključni je parametar za mikrovalnu pećnicu. 6 dB veće pojačanje sustava može se koristiti, na primjer, za povećanje dva koraka modulacije s istom dostupnošću, što osigurava do 30 posto više kapaciteta. Alternativno se može koristiti za povećanje duljine skoka ili smanjenje veličine antene ili kombinaciju svega. Među doprinosima superiornom pojačanju sustava među ostalim su učinkovito kodiranje ispravljanja pogrešaka, niska razina buke prijemnika, digitalno prediskretanje za rad veće izlazne snage i energetski učinkovita pojačala.

MIMO više ulaza, više izlaza (MIMO)
MIMO je zrela tehnologija koja se široko koristi za povećanje spektralne učinkovitosti u 3GPP i Wi-Fi radio pristupu, gdje nudi isplativ način za povećanje kapaciteta i propusnosti tamo gdje je raspoloživi spektar ograničen. Povijesno je situacija sa spektrom za mikrovalne aplikacije bila opuštenija; dostupni su novi frekvencijski opsezi, a tehnologija se kontinuirano razvija kako bi udovoljila zahtjevima kapaciteta. Međutim, u mnogim zemljama preostali resursi spektra za mikrovalne primjene počinju se iscrpljivati ​​i potrebne su dodatne tehnologije kako bi se udovoljilo budućim zahtjevima. Za 5G Mobile Backhaul, MIMO na mikrovalnim frekvencijama tehnologija je u nastajanju koja nudi učinkovit način za daljnje povećanje učinkovitosti spektra, a time i raspoloživih transportnih kapaciteta.

Za razliku od 'konvencionalnih' MIMO sustava, koji se temelje na odrazima u okolišu, za 5G Mobile Backhaul, kanali su 'projektirani' u mikrovalnim MIMO sustavima od točke do točke za optimalne performanse. To se postiže instaliranjem antena s prostornim odvajanjem koje ovisi o udaljenosti i frekvenciji hmelja. U principu, protok i kapacitet linearno se povećavaju s brojem antena (na štetu dodatnih hardverskih troškova, naravno). NxM MIMO sustav izrađen je pomoću N odašiljača i M prijemnika. Teoretski nema ograničenja za vrijednosti N i M, ali budući da antene moraju biti prostorno odvojene, postoji praktično ograničenje, ovisno o visini tornja i okolini. Iz tog su razloga 2 × 2 antene najprihvatljiviji tip MIMO sustava. Te antene mogu biti jednopolarizirane (sustav s dva nosača) ili dvopolarizirane (sustav s četiri nosača). MIMO će biti koristan alat za daljnje skaliranje kapaciteta mikrovalne pećnice, ali još uvijek je u ranoj fazi, gdje, na primjer, njegov regulatorni status još treba razjasniti u većini zemalja, a modeli širenja i planiranja još trebaju biti uspostavljeni. Odvajanje antene također može biti izazov, posebno za niže frekvencije i veće duljine poskoka.

Više spektra
Sljedeći dio alata s mikrovalnim kapacitetom za 5G Mobile Backhaul uključuje pristup većem spektru. Ovdje opsezi milimetarskih valova - nelicencirani opsezi od 60 GHz i licencirani opseg od 70/80 GHz - rastu u popularnosti kao način za pristup novom spektru na mnogim tržištima (za više informacija pogledajte odjeljak Opcije frekvencije mikrovalne pećnice za više informacija). Ovi opsezi također nude mnogo šire frekvencijske kanale, koji olakšavaju primjenu isplativih, multi-gigabitnih sustava koji omogućuju 5G Mobile Backhaul.

Učinkovitost propusnosti
Učinkovitost protoka (to jest više podataka o korisnom opterećenju po bitu) uključuje značajke poput višeslojne kompresije zaglavlja i agregacije / povezivanja radio-veza, koje se usredotočuju na ponašanje tokova paketa.

Višeslojna kompresija zaglavlja
Višeslojno sažimanje zaglavlja uklanja nepotrebne informacije iz zaglavlja okvira podataka i oslobađa kapacitet za potrebe prometa, kao što je prikazano na slici 7. Pri sažimanju, svako jedinstveno zaglavlje zamjenjuje se jedinstvenim identitetom na strani odašiljača, što je proces koji je obrnut na strani koja prima. Kompresija zaglavlja pruža relativno veće koristi pri iskorištavanju paketa manje veličine okvira, jer njihova zaglavlja čine relativno veći dio ukupne veličine okvira. To znači da rezultirajući dodatni kapacitet varira ovisno o broju zaglavlja i veličini okvira, ali obično iznosi 5-10 posto dobitka kod Etherneta, IPv4 i WCDMA, s prosječnom veličinom okvira od 400-600 bajtova i dobitkom od 15-20 posto s Ethernetom, MPLS-om, IPv6 i LTE-om s jednakom prosječnom veličinom okvira.

Ove brojke pretpostavljaju da implementirana kompresija može podržati ukupan broj jedinstvenih zaglavlja koja se prenose. Uz to, kompresija zaglavlja trebala bi biti robusna i vrlo jednostavna za upotrebu, na primjer nudeći samoučenje, minimalnu konfiguraciju i sveobuhvatne pokazatelje uspješnosti.

Agregacija radio veze (RLA, vezivanje)
Veza radio veze u mikrovalnoj pećnici slična je agregaciji nosača u LTE-u i važan je alat za potporu kontinuiranom rastu prometa, jer se veći udio mikrovalnog hmelja raspoređuje s više nosača, kao što je prikazano na slici 8. Obje tehnike agregiraju više radio nosača u jedan virtualni, tako da povećavajući vršni kapacitet, kao i povećavajući efektivnu propusnost kroz statistički dobitak multipleksiranja. Postiže se gotovo 100-postotna učinkovitost, jer svaki podatkovni paket može koristiti ukupni agregirani vršni kapacitet uz samo malo smanjenje za protočne troškove, neovisno o obrascima prometa. Povezivanje radio veze je prilagođeno kako bi se pružile vrhunske performanse za određeno dotično rješenje mikrovalnog prijenosa. Na primjer, može podržavati neovisno ponašanje svakog radio nositelja pomoću adaptivne modulacije, kao i dražesnu degradaciju u slučaju kvara jednog ili više nositelja (N + 0 zaštita).

Baš kao i agregacija nosača, i dalje će se razvijati povezivanje radio-veza kako bi podržavalo veće kapacitete i fleksibilnije kombinacije nosača, na primjer kroz podršku za agregiranje više nosača, nosača s različitim širinama pojasa i nosača u različitim frekvencijskim opsezima.

Optimizacija mreže
Sljedeći odjeljak paketa alata je optimizacija mreže. To uključuje zgušnjavanje mreža bez potrebe za dodatnim frekvencijskim kanalima putem značajki za ublažavanje smetnji poput antena super visokih performansi (SHP) i automatskog upravljanja snagom prijenosa (ATPC). SHP antene učinkovito suzbijaju smetnje kroz vrlo niske obrasce zračenja bočnih režnjeva, ispunjavajući ETSI klasu 4. ATPC omogućuje automatsko smanjivanje snage odašiljanja tijekom povoljnih uvjeta širenja (to jest većinu vremena), učinkovito smanjujući smetnje u mreži. Korištenje ovih značajki smanjuje broj frekvencijskih kanala potrebnih u mreži i mogao bi pružiti do 70 posto veći ukupni mrežni kapacitet po kanalu. Ometanje uslijed neusklađenosti ili gustog postavljanja ograničava nadogradnju u mnogim mrežama. Pažljivo mrežno planiranje, napredne antene, obrada signala i upotreba ATPC značajki na mrežnoj razini smanjit će utjecaj smetnji.

Pogled u budućnost, 5G i dalje
 

5G mobilna bežična tehnologija bez kabela

Tijekom narednih godina alati za mikrovalne kapacitete za 5G mobilne mreže razvijat će se i poboljšavati te koristiti u kombinaciji omogućavajući kapacitete od 10 Gbps i više. Ukupni troškovi vlasništva optimizirat će se za uobičajene konfiguracije velikog kapaciteta, poput rješenja s više nosača.

Ostavite poruku 

Lista Poruka