Retrocés de microones per a xarxes mòbils 5G

 

Xarxes mòbils 5G, Backhaul de microones i tendències futures en xarxes mòbils

 

Xarxa sense fils mòbil CableGree 5G

Amb la comunicació mòbil 5G disponible al voltant del 2020, la indústria ja ha començat a desenvolupar una visió bastant clara dels principals reptes, oportunitats i components tecnològics clau que implica. 5G ampliarà el rendiment i les capacitats de les xarxes d'accés sense fils en moltes dimensions, per exemple, millorant els serveis de banda ampla mòbil per proporcionar velocitats de dades superiors a 10 Gbps amb latències d'1 ms.

Les microones són un element clau de les xarxes actuals de backhaul i continuaran evolucionant com a part del futur ecosistema 5G. Una opció del 5G és utilitzar la mateixa tecnologia d’accés a la ràdio tant per als enllaços d’accés com per als de backhaul, amb la compartició dinàmica dels recursos de l’espectre. Això pot proporcionar un complement al backhaul de microones, especialment en desplegaments molt densos amb un nombre més gran de petits nodes de ràdio.

Avui en dia, la transmissió de microones domina el backhaul mòbil, on connecta aproximadament el 60 per cent de totes les estacions base macro. Tot i que el nombre total de connexions creixi, la quota de mercat de microones es mantindrà bastant constant. El 2019, encara representarà al voltant del 50 per cent de totes les estacions base (macro i cel·les petites exteriors (vegeu la figura 3). Tindrà un paper clau en l’accés de l’última milla i un paper complementari en la part d’agregació de la xarxa. al mateix temps, la transmissió de fibra continuarà augmentant la seva quota de mercat de backhaul mòbil i, el 2019, connectarà al voltant del 40 per cent de tots els llocs. La fibra s’utilitzarà àmpliament a les parts d’agregació / metro de les xarxes i cada vegada serà més accessible per a l’última milla. També hi haurà diferències geogràfiques, amb àrees urbanes densament poblades amb una penetració de fibra més elevada que les zones suburbanes i rurals menys poblades, on predominarà el microones tant per als enllaços de curt i llarg termini.

Eficiència espectral
 

Torre sense fils CableGree 5G Backhaul Mobile

L'eficiència de l'espectre (és a dir, obtenir més bits per Hz) es pot aconseguir mitjançant tècniques com la modulació d'ordre superior i la modulació adaptativa, el guany superior del sistema d'una solució ben dissenyada i l'entrada múltiple, sortida múltiple (MIMO).

modulació

El nombre màxim de símbols per segon transmesos en un portador de microones està limitat per l’amplada de banda del canal. La modulació d’amplitud de quadratura (QAM) augmenta la capacitat potencial codificant bits a cada símbol. Passar de dos bits per símbol (4 QAM) a 10 bits per símbol (1024 QAM) proporciona un augment de capacitat més de cinc vegades.

Els nivells de modulació d’ordre superior han estat possibles gràcies als avenços en tecnologies de components que han reduït el soroll generat per l’equip i la distorsió del senyal. En el futur hi haurà suport per a fins a 4096 QAM (12 bits per símbol), però ens apropem als límits teòrics i pràctics. La modulació d’ordre superior significa una sensibilitat augmentada al soroll i a la distorsió del senyal. La sensibilitat del receptor es redueix en 3 dB per cada increment de la modulació, mentre que el guany de capacitat relacionat es redueix (en termes percentuals). Com a exemple, el guany de capacitat és de l’11 per cent quan es passa de 512 QAM (9 bits per símbol) a 1024 QAM (10 bits per símbol).

Modulació adaptativa
 

CableFree Microwave Link instal·lat a una torre de telecomunicacions

L’augment de la modulació fa que la ràdio sigui més sensible a les anomalies de propagació com la pluja i l’esvaïment de diversos camins. Per mantenir la longitud del salt del microones, la sensibilitat augmentada es pot compensar amb una potència de sortida més gran i antenes més grans. La modulació adaptativa és una solució molt rendible per maximitzar el rendiment en totes les condicions de propagació. A la pràctica, la modulació adaptativa és un requisit previ per al desplegament amb modulació extrema d’ordre alt.

La modulació adaptativa permet actualitzar un salt de microones existent, per exemple, de 114 Mbps a fins a 500 Mbps. La capacitat més alta comporta una menor disponibilitat. Per exemple, la disponibilitat es redueix del 99.999% (interrupció anual de 5 minuts) a 114 Mbps al 99.99% del temps (interrupció anual de 50 minuts) a 238 Mbps. Guany del sistema El guany del sistema superior és un paràmetre clau per al microones. Es pot utilitzar un guany del sistema de 6 dB més alt, per exemple, per augmentar dos passos de modulació amb la mateixa disponibilitat, cosa que proporciona fins a un 30% més de capacitat. Alternativament, es podria utilitzar per augmentar la longitud del salt o disminuir la mida de l'antena, o una combinació de tots. Els contribuents a obtenir un guany superior del sistema inclouen una codificació eficient de correcció d’errors, baixos nivells de soroll del receptor, predistorsió digital per a un funcionament de més potència de sortida i amplificadors d’eficiència energètica, entre d’altres.

Entrada múltiple MIMO, sortida múltiple (MIMO)
MIMO és una tecnologia madura que s’utilitza àmpliament per augmentar l’eficiència espectral en l’accés a la ràdio 3GPP i Wi-Fi, on ofereix una manera rendible d’augmentar la capacitat i el rendiment quan l’espectre disponible és limitat. Històricament, la situació de l'espectre per a aplicacions de microones ha estat més relaxada; s’han posat a disposició noves bandes de freqüència i s’ha desenvolupat contínuament la tecnologia per satisfer els requisits de capacitat. No obstant això, en molts països, els recursos d’espectre restants per a aplicacions de microones comencen a esgotar-se i es necessiten tecnologies addicionals per satisfer els requisits futurs. Per a 5G Mobile Backhaul, MIMO a les freqüències de microones és una tecnologia emergent que ofereix una manera eficaç d’augmentar encara més l’eficiència de l’espectre i, per tant, la capacitat de transport disponible.

A diferència dels sistemes MIMO «convencionals», que es basen en reflexos de l’entorn, per a 5G Mobile Backhaul, els canals estan «dissenyats» en sistemes MIMO punt a punt per a microones per obtenir un rendiment òptim. Això s’aconsegueix instal·lant les antenes amb una separació espacial que depèn de la distància i la freqüència del salt. En principi, el rendiment i la capacitat augmenten linealment amb el nombre d'antenes (per descomptat, a costa d'un cost addicional de maquinari). Un sistema MIMO NxM es construeix mitjançant N transmissors i receptors M. Teòricament no hi ha límit per als valors N i M, però com que les antenes s'han de separar espacialment, hi ha una limitació pràctica en funció de l'alçada de la torre i de l'entorn. Per aquest motiu, les antenes 2 × 2 són el tipus de sistema MIMO més factible. Aquestes antenes podrien ser polaritzades (sistema de dues portadores) o polaritzades (sistema de quatre portadores). MIMO serà una eina útil per ampliar encara més la capacitat de microones, però encara es troba en una fase inicial on, per exemple, encara s’ha d’aclarir el seu estat regulador a la majoria de països i encara s’ha d’establir els seus models de propagació i planificació. La separació de l'antena també pot ser un desafiament, especialment per a freqüències més baixes i llargs de salt més llargs.

Més espectre
Una altra secció de la caixa d’eines de capacitat de microones per a 5G Mobile Backhaul consisteix a tenir accés a més espectre. Aquí, les bandes d’ones mil·limètriques (les bandes sense llicència de 60 GHz i la llicència de banda de 70/80 GHz) creixen en popularitat com a forma d’accedir al nou espectre en molts mercats (vegeu la secció Opcions de freqüència de microones per obtenir més informació). Aquestes bandes també ofereixen canals de freqüència molt més amplis, que faciliten el desplegament de sistemes multi-gigabit rendibles que permeten el 5G Mobile Backhaul.

Eficiència de rendiment
L’eficiència de rendiment (és a dir, més dades de càrrega útil per bit), inclou funcions com la compressió de capçaleres de múltiples capes i l’agregació / enllaç d’enllaços de ràdio, que se centren en el comportament dels fluxos de paquets.

Compressió de capçaleres multicapa
La compressió de capçaleres de múltiples capes elimina la informació innecessària de les capçaleres dels marcs de dades i allibera capacitat amb finalitats de trànsit, tal com es mostra a la figura 7. En la compressió, cada capçalera única se substitueix per una identitat única al costat de transmissió, un procés que s’inverteix. al costat receptor. La compressió de capçalera proporciona un guany d’utilització relativament superior per a paquets de mida de fotograma més petita, ja que els seus capçaleres comprenen una part relativament més gran de la mida de fotograma total. Això significa que la capacitat addicional resultant varia amb el nombre de capçaleres i la mida de la trama, però normalment és un guany del 5-10 per cent amb Ethernet, IPv4 i WCDMA, amb una mida de trama mitjana de 400 a 600 bytes i un guany del 15 al 20 per cent. amb Ethernet, MPLS, IPv6 i LTE amb la mateixa mida de trama mitjana.

Aquestes xifres suposen que la compressió implementada pot suportar el nombre total de capçaleres úniques que es transmeten. A més, la compressió de capçalera ha de ser robusta i molt senzilla d'utilitzar, per exemple, oferint autoaprenentatge, configuració mínima i indicadors de rendiment complets.

Agregació d'enllaços de ràdio (RLA, Bonding)
L’enllaç de ràdio al microones és similar a l’agregació de portadores a LTE i és una eina important per donar suport al creixement continu del trànsit, ja que es desplega una proporció més alta de llúpols de microones amb múltiples portadores, com es mostra a la figura 8. Ambdues tècniques agrupen diverses portadores de ràdio una de virtual, de manera que tant augmenten la capacitat màxima com augmenten el rendiment efectiu mitjançant el guany estadístic de multiplexació. S'aconsegueix gairebé un 100% d'eficiència, ja que cada paquet de dades pot utilitzar la capacitat màxima agregada total amb només una reducció menor de la sobrecàrrega del protocol, independentment dels patrons de trànsit. L'enllaç de ràdio està dissenyat per proporcionar un rendiment superior a la solució de transport de microones en particular. Per exemple, pot donar suport a un comportament independent de cada portadora de ràdio mitjançant modulació adaptativa, així com una degradació elegant en cas de fallada d'una o més portadores (protecció N + 0).

Igual que l'agregació de portadores, es continuarà desenvolupant l'enllaç de ràdio per donar suport a capacitats més altes i combinacions de portadores més flexibles, per exemple mitjançant el suport per a l'agregació de més portadors, portadors amb diferents amplades de banda i portadors en diferents bandes de freqüència.

Optimització de la xarxa
La següent secció de la caixa d'eines de capacitat és l'optimització de xarxa. Això implica densificar xarxes sense necessitat de canals de freqüència addicionals mitjançant funcions de mitigació d’interferències com antenes de super rendiment (SHP) i control de potència de transmissió automàtic (ATPC). Les antenes SHP suprimeixen eficaçment la interferència mitjançant patrons de radiació de lòbul lateral molt baixos, que compleixen la classe 4. ETSI. ATPC permet reduir automàticament la potència de transmissió durant les condicions de propagació favorables (és a dir, la majoria de les vegades), reduint de manera efectiva les interferències a la xarxa. L’ús d’aquestes funcions redueix el nombre de canals de freqüència necessaris a la xarxa i pot proporcionar fins a un 70% més de capacitat total de xarxa per canal. La interferència a causa d’un desalineament o d’un desplegament dens limita l’acumulació de revisions en moltes xarxes. La planificació acurada de la xarxa, les antenes avançades, el processament del senyal i l’ús de funcions ATPC a nivell de xarxa reduiran l’impacte de les interferències.

Mirant cap al futur, el 5G i més enllà
 

Tecnologia sense fils mòbil CableGree 5G

Durant els propers anys, les eines de capacitat de microones per a xarxes mòbils 5G s’evolucionaran i milloraran i s’utilitzaran combinant capacitats de 10 Gbps i més. S’optimitzarà el cost total de propietat per a configuracions habituals d’alta capacitat, com ara solucions de diverses operadores.

Deixa un missatge 

Llista de missatges