Magnetron Backhaul voor 5G mobiele netwerken

 

5G mobiele netwerken, microgolf backhaul en toekomstige trends in mobiele netwerken

 

CableFree 5G mobiel draadloos netwerk

Nu 5G mobiele communicatie beschikbaar komt rond 2020, is de industrie al begonnen met het ontwikkelen van een vrij duidelijk beeld van de belangrijkste uitdagingen, kansen en belangrijkste technologische componenten die het met zich meebrengt. 5G zal de prestaties en mogelijkheden van draadloze toegangsnetwerken in vele dimensies uitbreiden, bijvoorbeeld door mobiele breedbandservices te verbeteren om datasnelheden van meer dan 10 Gbps te bieden met latenties van 1 ms.

Magnetron is een belangrijk element van de huidige backhaulnetwerken en zal zich blijven ontwikkelen als onderdeel van het toekomstige 5G-ecosysteem. Een optie in 5G is om dezelfde radiotoegangstechnologie te gebruiken voor zowel de toegangs- als de backhaulverbindingen, met dynamische uitwisseling van de spectrumbronnen. Dit kan een aanvulling zijn op microgolf-backhaul, vooral in zeer dichte implementaties met een groter aantal kleine radioknooppunten.

Tegenwoordig domineert microgolftransmissie de mobiele backhaul, waar het ongeveer 60 procent van alle macrobasisstations met elkaar verbindt. Zelfs als het totale aantal aansluitingen groeit, zal het marktaandeel van microgolven redelijk constant blijven. Tegen 2019 zal het nog steeds goed zijn voor ongeveer 50 procent van alle basisstations (macro- en kleine cellen buitenshuis (zie figuur 3). Het zal een sleutelrol spelen bij de toegang tot de laatste kilometer en een aanvullende rol bij het samenvoegen van het netwerk. Tegelijkertijd zal glasvezeltransmissie zijn aandeel in de mobiele backhaulmarkt blijven vergroten en tegen 2019 ongeveer 40 procent van alle locaties verbinden. Glasvezel zal op grote schaal worden gebruikt in de aggregatie- / metrodelen van de netwerken en in toenemende mate voor last-mile-toegang Er zullen ook geografische verschillen zijn, met dichtbevolkte stedelijke gebieden met een hogere glasvezelpenetratie dan minder bevolkte voorstedelijke en landelijke gebieden, waar microgolven de overhand zullen hebben voor zowel korteafstands- als langeafstandsverbindingen.

Spectrale efficiëntie
 

CableFree 5G mobiele backhaul draadloze toren

Spectrumefficiëntie (dat wil zeggen, meer bits per Hz krijgen) kan worden bereikt door technieken zoals hogere-orde modulatie en adaptieve modulatie, de superieure systeemversterking van een goed ontworpen oplossing en Multiple Input, Multiple Output (MIMO).

Modulatie

Het maximale aantal symbolen per seconde dat op een microgolfdraaggolf wordt verzonden, wordt beperkt door de kanaalbandbreedte. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) verhoogt de potentiële capaciteit door bits op elk symbool te coderen. De overgang van twee bits per symbool (4 QAM) naar 10 bits per symbool (1024 QAM) levert een meer dan vijfvoudige capaciteitstoename op.

Modulatieniveaus van hogere orde zijn mogelijk gemaakt door vooruitgang in componenttechnologieën die door apparatuur gegenereerde ruis en signaalvervorming hebben verminderd. In de toekomst zal er ondersteuning zijn voor maximaal 4096 QAM (12 bits per symbool), maar we naderen de theoretische en praktische limieten. Modulatie van hogere orde betekent een verhoogde gevoeligheid voor ruis en signaalvervorming. De gevoeligheid van de ontvanger wordt verminderd met 3 dB voor elke verhoogde modulatiestap, terwijl de gerelateerde capaciteitsversterking kleiner wordt (in procenten). De capaciteitstoename is bijvoorbeeld 11 procent bij het overschakelen van 512 QAM (9 bits per symbool) naar 1024 QAM (10 bits per symbool).

Adaptieve modulatie
 

CableFree Microwave Link geïnstalleerd op een telecomtoren

Toenemende modulatie maakt de radio gevoeliger voor afwijkingen in de voortplanting, zoals regen en vervaging van meerdere paden. Om de lengte van de microgolfslag te behouden, kan de verhoogde gevoeligheid worden gecompenseerd door een hoger uitgangsvermogen en grotere antennes. Adaptieve modulatie is een zeer kosteneffectieve oplossing om de doorvoer onder alle omstandigheden van voortplanting te maximaliseren. In de praktijk is adaptieve modulatie een voorwaarde voor inzet met modulatie van extreem hoge orde.

Adaptieve modulatie maakt het mogelijk om een ​​bestaande microgolfhop te upgraden van bijvoorbeeld 114 Mbps naar maar liefst 500 Mbps. De hogere capaciteit komt met een lagere beschikbaarheid. De beschikbaarheid wordt bijvoorbeeld verlaagd van 99.999 procent (5 minuten jaarlijkse uitval) bij 114 Mbps naar 99.99 procent van de tijd (50 minuten jaarlijkse uitval) bij 238 Mbps. Systeemversterking Superieure systeemversterking is een belangrijke parameter voor microgolven. Een 6 dB hogere systeemversterking kan bijvoorbeeld worden gebruikt om twee modulatiestappen te verhogen met dezelfde beschikbaarheid, wat tot 30 procent meer capaciteit oplevert. Als alternatief kan het worden gebruikt om de hoplengte te vergroten of de antenne-afmeting te verkleinen, of een combinatie van alle. Bijdragen aan superieure systeemversterking zijn onder andere efficiënte foutcorrectiecodering, lage ruisniveaus van de ontvanger, digitale voorvervorming voor een hoger uitgangsvermogen en energiezuinige versterkers.

MIMO Meerdere invoer, meerdere uitvoer (MIMO)
MIMO is een volwassen technologie die op grote schaal wordt gebruikt om de spectrale efficiëntie in 3GPP en Wi-Fi-radiotoegang te verhogen, waar het een kosteneffectieve manier biedt om de capaciteit en doorvoer te vergroten waar het beschikbare spectrum beperkt is. Historisch gezien was de spectrumsituatie voor microgolftoepassingen meer ontspannen; nieuwe frequentiebanden zijn beschikbaar gemaakt en de technologie is continu doorontwikkeld om aan de capaciteitsvereisten te voldoen. In veel landen beginnen de resterende spectrumbronnen voor microgolftoepassingen echter uitgeput te raken en zijn er aanvullende technologieën nodig om aan toekomstige eisen te voldoen. Voor 5G Mobile Backhaul is MIMO bij microgolffrequenties een opkomende technologie die een effectieve manier biedt om de spectrumefficiëntie en daarmee de beschikbare transportcapaciteit verder te verhogen.

In tegenstelling tot 'conventionele' MIMO-systemen, die gebaseerd zijn op reflecties in de omgeving, worden voor 5G Mobile Backhaul kanalen 'ontworpen' in point-to-point microgolf MIMO-systemen voor optimale prestaties. Dit wordt bereikt door de antennes te installeren met een ruimtelijke scheiding die hopafstand- en frequentieafhankelijk is. Doorvoer en capaciteit nemen in principe lineair toe met het aantal antennes (uiteraard ten koste van extra hardwarekosten). Een NxM MIMO-systeem is opgebouwd uit N-zenders en M-ontvangers. Theoretisch is er geen limiet voor de N- en M-waarden, maar aangezien de antennes ruimtelijk gescheiden moeten zijn, is er een praktische beperking afhankelijk van de torenhoogte en de omgeving. Om deze reden is 2 × 2 antennes het meest haalbare type MIMO-systeem. Deze antennes kunnen enkelvoudig gepolariseerd zijn (systeem met twee dragers) of dubbel gepolariseerd (systeem met vier dragers). MIMO zal een nuttig hulpmiddel zijn om de microgolfcapaciteit verder op te schalen, maar bevindt zich nog in een vroege fase waarin bijvoorbeeld de regelgevende status in de meeste landen nog moet worden opgehelderd en de voortplantings- en planningsmodellen nog moeten worden vastgesteld. De antennescheiding kan ook een uitdaging zijn, vooral voor lagere frequenties en langere hoplengtes.

Meer spectrum
Een ander deel van de toolbox voor microgolfcapaciteit voor 5G Mobile Backhaul betreft het verkrijgen van toegang tot meer spectrum. Hier worden de millimetergolfbanden - de 60 GHz-banden zonder licentie en de 70/80 GHz-band met licentie - steeds populairder als een manier om toegang te krijgen tot nieuw spectrum in veel markten (zie de sectie Opties voor microgolven voor meer informatie). Deze banden bieden ook veel bredere frequentiekanalen, die de inzet van kostenefficiënte, multi-gigabit-systemen vergemakkelijken die 5G Mobile Backhaul mogelijk maken.

Doorvoerefficiëntie
Doorvoerefficiëntie (dat wil zeggen meer payload-gegevens per bit) omvat functies zoals meerlaagse headercompressie en radioverbindingaggregatie / -binding, die zich richten op het gedrag van pakketstromen.

Meerlaagse headercompressie
Meerlaagse headercompressie verwijdert onnodige informatie uit de headers van de dataframes en geeft capaciteit vrij voor verkeersdoeleinden, zoals weergegeven in figuur 7. Bij compressie wordt elke unieke header vervangen door een unieke identiteit aan de verzendende zijde, een proces dat wordt omgekeerd aan de ontvangende kant. Headercompressie levert een relatief hogere benuttingswinst op voor pakketten met een kleinere framegrootte, aangezien hun headers een relatief groter deel van de totale framegrootte uitmaken. Dit betekent dat de resulterende extra capaciteit varieert met het aantal headers en de framegrootte, maar doorgaans een versterking van 5-10 procent is met Ethernet, IPv4 en WCDMA, met een gemiddelde framegrootte van 400-600 bytes en een versterking van 15-20 procent met Ethernet, MPLS, IPv6 en LTE met dezelfde gemiddelde framegrootte.

Deze cijfers gaan ervan uit dat de geïmplementeerde compressie het totale aantal unieke headers dat wordt verzonden, kan ondersteunen. Bovendien moet de headercompressie robuust en zeer eenvoudig te gebruiken zijn, bijvoorbeeld door zelflerend, minimale configuratie en uitgebreide prestatie-indicatoren te bieden.

Radio Link Aggregatie (RLA, Bonding)
Radioverbinding in microgolven is verwant aan carrier-aggregatie in LTE en is een belangrijk hulpmiddel om de voortdurende groei van het verkeer te ondersteunen, aangezien een groter aandeel microgolfhops wordt ingezet met meerdere dragers, zoals geïllustreerd in figuur 8. Beide technieken voegen meerdere radiodragers samen tot één. virtuele, dus zowel het vergroten van de piekcapaciteit als het vergroten van de effectieve doorvoer door statistische multiplexversterking. Bijna 100 procent efficiëntie wordt bereikt, aangezien elk datapakket de totale geaggregeerde piekcapaciteit kan gebruiken met slechts een kleine reductie voor protocoloverhead, onafhankelijk van verkeerspatronen. Radioverbinding is op maat gemaakt om superieure prestaties te bieden voor de betreffende microgolftransportoplossing. Het kan bijvoorbeeld onafhankelijk gedrag van elke radiodraaggolf ondersteunen met behulp van adaptieve modulatie, evenals een geleidelijke degradatie in het geval van uitval van een of meer dragers (N + 0-bescherming).

Net als draaggolf-aggregatie, zal radiolink-bonding verder worden ontwikkeld om hogere capaciteiten en flexibelere draaggolfcombinaties te ondersteunen, bijvoorbeeld door ondersteuning voor het samenvoegen van meer draaggolven, draaggolven met verschillende bandbreedtes en draaggolven in verschillende frequentiebanden.

Netwerkoptimalisatie
Het volgende deel van de capaciteitstoolbox is netwerkoptimalisatie. Dit omvat het verdichten van netwerken zonder de noodzaak van extra frequentiekanalen door middel van interferentiebeperkende functies zoals super high performance (SHP) antennes en automatische transmit power control (ATPC). SHP-antennes onderdrukken effectief interferentie door middel van zeer lage zijlob-stralingspatronen en voldoen aan ETSI-klasse 4. ATPC maakt het mogelijk dat het zendvermogen automatisch wordt verminderd tijdens gunstige voortplantingsomstandigheden (dat wil zeggen meestal), waardoor de interferentie in het netwerk effectief wordt verminderd. Het gebruik van deze functies vermindert het aantal frequentiekanalen dat nodig is in het netwerk en kan tot 70 procent meer totale netwerkcapaciteit per kanaal opleveren. Interferentie als gevolg van verkeerde uitlijning of dichte inzet beperkt de opbouw van backhaul in veel netwerken. Zorgvuldige netwerkplanning, geavanceerde antennes, signaalverwerking en het gebruik van ATPC-functies op netwerkniveau verminderen de impact van interferentie.

Kijkend naar de toekomst, 5G en verder
 

CableFree 5G mobiele draadloze technologie

In de komende jaren zullen tools voor microgolfcapaciteit voor 5G mobiele netwerken worden ontwikkeld en verbeterd, en in combinatie worden gebruikt om capaciteiten van 10 Gbps en meer mogelijk te maken. De totale eigendomskosten worden geoptimaliseerd voor veelgebruikte configuraties met hoge capaciteit, zoals multi-carrier-oplossingen.

Laat een bericht achter 

Message List