Retroceso de microondas para redes móbiles 5G

 

Redes móbiles 5G, Backhaul de microondas e tendencias futuras en redes móbiles

 

Rede sen fíos móbil 5G CableFree

Coa comunicación móbil 5G dispoñible ao redor de 2020, a industria xa comezou a desenvolver unha visión bastante clara dos principais retos, oportunidades e compoñentes tecnolóxicos clave que implica. 5G ampliará o rendemento e as capacidades das redes de acceso sen fíos en moitas dimensións, por exemplo, mellorando os servizos de banda ancha móbil para proporcionar velocidades de datos superiores a 10 Gbps con latencias de 1 ms.

O microondas é un elemento clave das redes actuais de backhaul e seguirá evolucionando como parte do futuro ecosistema 5G. Unha opción en 5G é empregar a mesma tecnoloxía de acceso por radio tanto para o acceso como para as ligazóns de backhaul, con compartición dinámica dos recursos do espectro. Isto pode fornecer un complemento ao retorno de microondas, especialmente en despregamentos moi densos cun maior número de pequenos nodos de radio.

Hoxe en día, a transmisión por microondas domina a revisión móbil, onde conecta ao redor do 60 por cento de todas as estacións macro base. Aínda que o número total de conexións crece, a cota de mercado de microondas manterase bastante constante. En 2019, aínda representará ao redor do 50 por cento de todas as estacións base (células pequenas macro e exteriores (ver Figura 3). Desempeñará un papel clave no acceso á última milla e un papel complementario na parte agregada da rede. No ao mesmo tempo, a transmisión de fibra seguirá aumentando a súa cota de mercado de telefonía móbil e ata 2019 conectará ao redor do 40 por cento de todos os sitios. A fibra será ampliamente utilizada nas partes de agregación / metro das redes e cada vez máis para o acceso de última milla. Tamén haberá diferenzas xeográficas, con áreas urbanas densamente poboadas con maior penetración de fibra que as áreas suburbanas e rurais menos poboadas, onde o microondas prevalecerá tanto para os enlaces de curto percorrido como de longo percorrido.

Eficiencia espectral
 

Torre inalámbrica Backhaul móbil 5G CableFree

A eficiencia do espectro (é dicir, obter máis bits por Hz) pódese conseguir a través de técnicas como a modulación de orde superior e a modulación adaptativa, a ganancia superior do sistema dunha solución ben deseñada e a entrada múltiple, saída múltiple (MIMO).

Modulación

O número máximo de símbolos por segundo transmitidos nun portador de microondas está limitado polo ancho de banda da canle. A modulación de amplitude en cuadratura (QAM) aumenta a capacidade potencial codificando bits en cada símbolo. O paso de dous bits por símbolo (4 QAM) a 10 bits por símbolo (1024 QAM) proporciona un aumento de capacidade máis de cinco veces.

Os niveis de modulación de orde superior foron posibles grazas aos avances en tecnoloxías de compoñentes que reduciron o ruído xerado polo equipo e a distorsión do sinal. No futuro haberá soporte para ata 4096 QAM (12 bits por símbolo), pero estamos achegándonos aos límites teóricos e prácticos. A modulación de orde superior significa unha maior sensibilidade ao ruído e á distorsión do sinal. A sensibilidade do receptor redúcese en 3 dB por cada paso aumentado na modulación, mentres que a ganancia de capacidade relacionada faise menor (en termos porcentuais). Como exemplo, a ganancia de capacidade é do 11 por cento ao pasar de 512 QAM (9 bits por símbolo) a 1024 QAM (10 bits por símbolo).

Modulación adaptativa
 

CableFree Microwave Link instalado nunha torre de telecomunicacións

O aumento da modulación fai que a radio sexa máis sensible ás anomalías de propagación como a choiva e o desvanecemento de varias rutas. Para manter a lonxitude do salto de microondas, a maior sensibilidade pode compensarse cunha maior potencia de saída e antenas máis grandes. A modulación adaptativa é unha solución moi económica para maximizar o rendemento en todas as condicións de propagación. Na práctica, a modulación adaptativa é un requisito previo para o despregamento con modulación extrema de alta orde.

A modulación adaptativa permite actualizar un salto de microondas existente, por exemplo, de 114 Mbps a ata 500 Mbps. A maior capacidade inclúe unha dispoñibilidade menor. Por exemplo, a dispoñibilidade redúcese do 99.999 por cento (5 minutos de interrupción anual) a 114 Mbps ao 99.99 por cento do tempo (50 minutos de interrupción anual) a 238 Mbps. A ganancia do sistema A ganancia do sistema superior é un parámetro clave para o microondas. Pódese usar unha ganancia do sistema 6 dB máis alta, por exemplo, para aumentar dous pasos de modulación coa mesma dispoñibilidade, o que proporciona ata un 30 por cento máis de capacidade. Alternativamente, podería usarse para aumentar a lonxitude do salto ou diminuír o tamaño da antena, ou unha combinación de todos. Os contribuíntes a unha ganancia superior do sistema inclúen unha codificación de corrección de erros eficiente, baixos niveis de ruído do receptor, predistorsión dixital para un funcionamento con maior potencia de saída e amplificadores de eficiencia de enerxía, entre outros.

Entrada múltiple MIMO, saída múltiple (MIMO)
MIMO é unha tecnoloxía madura que se usa moito para aumentar a eficiencia espectral no acceso a radio 3GPP e Wi-Fi, onde ofrece un xeito rendible de aumentar a capacidade e o rendemento cando o espectro dispoñible é limitado. Historicamente, a situación do espectro para as aplicacións de microondas foi máis relaxada; dispoñíronse novas bandas de frecuencia e a tecnoloxía desenvolveuse continuamente para satisfacer os requisitos de capacidade. Non obstante, en moitos países os recursos restantes de espectro para aplicacións de microondas están empezando a esgotarse e son necesarias tecnoloxías adicionais para cumprir os requisitos futuros. Para 5G Mobile Backhaul, MIMO en frecuencias de microondas é unha tecnoloxía emerxente que ofrece un xeito eficaz de aumentar aínda máis a eficiencia do espectro e así a capacidade de transporte dispoñible.

A diferenza dos sistemas MIMO "convencionais", que se basean en reflexos no ambiente, para 5G Mobile Backhaul, as canles están "deseñadas" en sistemas MIMO punto a punto para microondas para un rendemento óptimo. Isto conséguese instalando as antenas cunha separación espacial que depende da distancia e frecuencia do salto. En principio, o rendemento e a capacidade aumentan linealmente co número de antenas (por suposto, a costa dun custo adicional de hardware). Un sistema NxM MIMO constrúese usando N transmisores e M receptores. Teoricamente non hai límite para os valores N e M, pero dado que as antenas deben separarse espacialmente, hai unha limitación práctica en función da altura e da contorna da torre. Por este motivo, as antenas 2 × 2 son o tipo de sistema MIMO máis factible. Estas antenas poderían ser mono polarizadas (sistema de dúas portadoras) ou dual polarizadas (sistema de catro portadoras). MIMO será unha ferramenta útil para ampliar a capacidade do microondas, pero aínda está nunha fase inicial onde, por exemplo, aínda hai que aclarar o seu estado regulador na maioría dos países e aínda hai que establecer os seus modelos de propagación e planificación. A separación da antena tamén pode ser desafiante especialmente para frecuencias máis baixas e longos de salto máis longos.

Máis espectro
Outra sección da caixa de ferramentas de capacidade de microondas para 5G Mobile Backhaul consiste en acceder a máis espectro. Aquí as bandas de ondas milimétricas (as bandas sen licenza de 60 GHz e a banda con licenza 70/80 GHz) están a crecer en popularidade como forma de acceder a novos espectros en moitos mercados (consulte a sección Opcións de frecuencia de microondas para máis información). Estas bandas tamén ofrecen canles de frecuencia moito máis amplos, que facilitan o despregue de sistemas multi-gigabit rendibles que permiten o 5G Mobile Backhaul.

Eficiencia de rendemento
A eficiencia de rendemento (é dicir, máis datos de carga útil por bit), implica funcións como a compresión de cabeceiras de varias capas e a agregación / enlace de enlaces de radio, que se centran no comportamento dos fluxos de paquetes.

Compresión de capas de varias capas
A compresión de cabeceira de varias capas elimina a información innecesaria dos encabezados dos cadros de datos e libera capacidade para o tráfico, como se mostra na Figura 7. Na compresión, cada cabeceira única substitúese por unha identidade única no lado transmisor, un proceso que se inverte no lado receptor. A compresión de cabeceira proporciona unha ganancia de utilización relativamente maior para paquetes de tamaño de cadro máis pequeno, xa que os seus encabezados comprenden unha parte relativamente maior do tamaño de cadro total. Isto significa que a capacidade adicional resultante varía co número de cabeceiras e o tamaño do cadro, pero normalmente é unha ganancia do 5-10 por cento con Ethernet, IPv4 e WCDMA, cun tamaño medio de cadro de 400-600 bytes e un 15-20 por cento de ganancia. con Ethernet, MPLS, IPv6 e LTE co mesmo tamaño medio de fotograma.

Estas cifras supoñen que a compresión implementada pode soportar o número total de cabeceiras únicas que se transmiten. Ademais, a compresión de cabeceira debe ser robusta e moi sinxela de usar, por exemplo, ofrecer autoaprendizaxe, configuración mínima e indicadores de rendemento completos.

Agregación de enlaces por radio (RLA, Bonding)
A conexión de enlaces de radio en microondas é similar á agregación de portadoras en LTE e é unha ferramenta importante para apoiar o crecemento continuo do tráfico, xa que unha maior cota de lúpulo de microondas se desprega con varias portadoras, como se ilustra na Figura 8. Ambas técnicas agrupan varias portadoras de radio nunha soa. virtual, de xeito que melloran a capacidade máxima e aumentan o rendemento efectivo a través da ganancia de multiplexación estatística. Conséguese case un 100 por cento de eficiencia, xa que cada paquete de datos pode usar a capacidade máxima agregada total cunha reducción menor para a sobrecarga do protocolo, independentemente dos patróns de tráfico. A conexión por radio está feita á medida para proporcionar un rendemento superior para a solución de transporte de microondas en cuestión. Por exemplo, pode soportar un comportamento independente de cada portadora de radio mediante modulación adaptativa, así como unha degradación elegante no caso de fallo dunha ou máis portadoras (protección N + 0).

Do mesmo xeito que a agregación de portadoras, o enlace por radio seguirá desenvolvéndose para soportar capacidades máis altas e combinacións de portadoras máis flexibles, por exemplo a través do soporte para a agregación de máis portadoras, portadoras con diferentes anchos de banda e portadoras en diferentes bandas de frecuencia.

Optimización de rede
A seguinte sección da caixa de ferramentas de capacidade é a optimización de rede. Isto implica densificar redes sen necesidade de canles de frecuencia adicional mediante funcións de mitigación de interferencias como antenas de alto rendemento (SHP) e control automático de potencia de transmisión (ATPC). As antenas SHP suprimen efectivamente a interferencia a través de patróns de radiación de lóbulo lateral moi baixos, cumprindo a clase 4. ETSI. ATPC permite reducir automaticamente a potencia de transmisión durante unhas condicións de propagación favorables (é dicir, a maior parte do tempo), reducindo efectivamente a interferencia na rede. O uso destas funcións reduce o número de canles de frecuencia necesarios na rede e pode proporcionar ata un 70 por cento máis de capacidade total de rede por canle. A interferencia debida a un desalineamento ou un despregue denso limita a acumulación de revisión en moitas redes. Unha coidada planificación de rede, antenas avanzadas, procesamento de sinal e o uso de funcións ATPC a nivel de rede reducirán o impacto das interferencias.

De cara ao futuro, 5G e máis alá
 

Tecnoloxía sen fíos móbil 5G CableFree

Durante os próximos anos, as ferramentas de capacidade de microondas para redes móbiles 5G evolucionarán e mellorarán e utilizaranse en combinación que permitan capacidades de 10 Gbps e máis. Optimizarase o custo total de propiedade para configuracións comúns de alta capacidade, como solucións de varias operadoras.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes