5G mobiilsidevõrkude mikrolaineahi

 

5G mobiilsidevõrgud, mikrolaineahjud ja mobiilsidevõrkude tulevikutrendid

 

Juhtmeta 5G mobiilne traadita võrk

Kuna 5G mobiilside on kättesaadav 2020. aasta paiku, on tööstus juba hakanud välja töötama üsna selget ülevaadet peamistest väljakutsetest, võimalustest ja sellega seotud peamistest tehnoloogia komponentidest. 5G laiendab traadita juurdepääsuvõrkude jõudlust ja võimalusi paljudes mõõtmetes, näiteks täiustades mobiilseid lairibateenuseid, et pakkuda andmesidekiirust üle 10 Gbps 1 ms latentsusajaga.

Mikrolaineahi on praeguste tagasivooluvõrkude põhielement ja areneb ka edaspidi 5G ökosüsteemi osana. 5G-s on võimalus kasutada sama raadiosidetehnoloogiat nii juurdepääsuliinide kui tagasilülide jaoks, dünaamiliselt jagades spektri ressursse. See võib täiendada mikrolaineahju, eriti väga tiheda kasutuse korral, kus on suurem arv väikesi raadiosõlme.

Praegu domineerib mikrolainete ülekanne mobiilses tagasisides, kus see ühendab umbes 60 protsenti kõigist makro tugijaamadest. Isegi kui ühenduste koguarv kasvab, jääb mikrolaine turuosa üsna konstantseks. 2019. aastaks moodustab see endiselt umbes 50 protsenti kõigist tugijaamadest (makro- ja välirakud (vt joonis 3). Sellel on võtmeroll viimase miili juurdepääsul ja täiendav roll võrgu liitmisel. samal ajal suurendab kiudoptiliste ülekannete osakaal jätkuvalt mobiilsete tagasiside turul ja ühendab 2019. aastaks umbes 40 protsenti kõigist saitidest. Kiudaineid kasutatakse laialdaselt võrkude liitmis- / metroos ja üha enam viimase miili juurdepääsuks Samuti on geograafilisi erinevusi - tihedalt asustatud linnapiirkondades on kiudude levik suurem kui vähem asustatud äärelinna- ja maapiirkondades, kus mikrolaineahi on ülekaalus nii lähi- kui ka kaugliinide puhul.

Spektri efektiivsus
 

Kaabeltelevisioonita 5G mobiilne tagasivoolu traadita torn

Spektri efektiivsust (st rohkem bitti Hz kohta) saab saavutada selliste tehnikate abil nagu kõrgemat järku modulatsioon ja adaptiivne modulatsioon, hästi kavandatud lahenduse parem süsteemivõimalus ja mitmekordne sisend, mitu väljundit (MIMO).

Modulatsioon

Mikrolainekandjal edastatud sümbolite maksimaalset arvu sekundis piirab kanali ribalaius. Kvadratuuramplituudi modulatsioon (QAM) suurendab potentsiaalset võimsust, kodeerides bitid igale sümbolile. Kui liikuda kahelt bitilt sümboli kohta (4 QAM) kuni 10 bitini sümboli kohta (1024 QAM), saavutatakse võimsuse suurenemine rohkem kui viis korda.

Kõrgemat järku modulatsioonitasemed on saanud võimalikuks tänu tehnoloogiatele, mis on vähendanud seadmete tekitatavat müra ja signaali moonutusi. Tulevikus toetatakse kuni 4096 QAM-i (12 bitti sümboli kohta), kuid läheneme teoreetilistele ja praktilistele piiridele. Kõrgema astme modulatsioon tähendab suurenenud tundlikkust müra ja signaali moonutuste suhtes. Vastuvõtja tundlikkust vähendatakse modulatsiooni iga suurema sammu võrra 3 dB võrra, samas kui sellega seotud võimsuse suurenemine muutub väiksemaks (protsentides). Näiteks on võimsuse suurenemine 11 protsenti, kui liikuda 512 QAM-ilt (9 bitti sümboli kohta) 1024 QAM-le (10 bitti sümboli kohta).

Kohanduv modulatsioon
 

Telekommunikatsioonitorni paigaldatud CableFree mikrolaineahi

Suurenev modulatsioon muudab raadio tundlikumaks leviku anomaaliate suhtes, nagu vihm ja mitme rajaga hääbumine. Mikrolaineahju pikkuse säilitamiseks saab suurenenud tundlikkust kompenseerida suurema väljundvõimsuse ja suuremate antennidega. Adaptive moduleerimine on väga kulutõhus lahendus, et maksimeerida läbilaskevõimet kõikides paljundustingimustes. Praktikas on adaptiivne modulatsioon ülimalt kõrgetasemelise modulatsiooniga juurutamise eeltingimus.

Adaptiivne modulatsioon võimaldab olemasolevat mikrolaineahju uuendada näiteks 114 Mbps-lt kuni 500 Mbps-ni. Suurema võimsusega kaasneb madalam kättesaadavus. Näiteks vähendatakse kättesaadavust 99.999 protsendilt (5-aastane katkestus) kiirusel 114 Mbps kuni 99.99 protsendini ajast (50-aastane katkestus) kiirusega 238 Mbps. Süsteemi võimendus Kõrgem süsteemi võimendus on mikrolaineahju põhiparameeter. 6 dB suuremat süsteemi võimendust saab kasutada näiteks kahe sama kättesaadavusega modulatsioonietapi suurendamiseks, mis tagab kuni 30 protsenti suurema võimsuse. Alternatiivina võib seda kasutada hüppe pikkuse suurendamiseks või antenni või kõigi nende kombinatsiooni vähendamiseks. Kõrgema süsteemi võimenduse panustajate hulka kuuluvad muu hulgas tõhus vigade parandamise kodeerimine, vastuvõtja madal müratase, digitaalne eelväändumine suurema väljundvõimsuse jaoks ja energiatõhusad võimendid.

MIMO mitu sisendit, mitu väljundit (MIMO)
MIMO on küps tehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt spektraalse efektiivsuse suurendamiseks 3GPP-s ja WiFi-raadiosides, kus see pakub kulutõhusat viisi võimsuse ja läbilaskevõime suurendamiseks, kui kättesaadav spekter on piiratud. Ajalooliselt on mikrolainerakenduste spektriolukord rahulikum; uued sagedusribad on kättesaadavaks tehtud ja tehnoloogiat on pidevalt arendatud, et see vastaks läbilaskevõimenõuetele. Kuid paljudes riikides on mikrolainete jaoks allesjäänud spektri ressursid ammendumas ja tulevaste nõuete täitmiseks on vaja täiendavaid tehnoloogiaid. 5G Mobile Backhauli jaoks on mikrolainesagedustel olev MIMO kujunemisjärgus tehnoloogia, mis pakub tõhusat viisi spektri efektiivsuse ja seega ka olemasoleva transpordivõimsuse veelgi suurendamiseks.

Erinevalt tavapärastest MIMO-süsteemidest, mis põhinevad peegeldustel keskkonnas, on 5G Mobile Backhauli jaoks kanalid optimaalse jõudluse saavutamiseks punkt-punkti mikrolaineahju MIMO-süsteemides. See saavutatakse antennide paigaldamisega ruumilise eraldusega, mis sõltub humala kaugusest ja sagedusest. Põhimõtteliselt suureneb läbilaskevõime ja võimsus koos antennide arvuga lineaarselt (loomulikult riistvara lisakulude arvelt). NxM MIMO süsteem on konstrueeritud N saatjate ja M vastuvõtjate abil. Teoreetiliselt pole N- ja M-väärtustele piiranguid, kuid kuna antennid peavad olema ruumiliselt eraldatud, on praktiline piirang sõltuvalt torni kõrgusest ja ümbrusest. Sel põhjusel on 2 × 2 antenn MIMO-süsteemi kõige teostatavam tüüp. Need antennid võivad olla kas ühe polariseeritud (kahe kandja süsteem) või kahepoolse (nelja kandja süsteem). MIMO on kasulik vahend mikrolaineahju edasiseks suurendamiseks, kuid on veel varajases staadiumis, kus näiteks enamikus riikides tuleb veel selgitada selle regulatiivset seisundit ning kehtestada tuleb veel selle levitamise ja planeerimise mudelid. Antenni eraldamine võib olla keeruline ka madalamate sageduste ja pikema hüppe pikkuse korral.

Rohkem spektrit
5G Mobile Backhauli mikrolaineahju mahtuvuse tööriistakasti teine ​​jaotis hõlmab juurdepääsu suuremale spektrile. Siin on millimeetrilaineribade - litsentsimata 60 GHz ja litsentseeritud 70/80 GHz sagedusribade - populaarsus kasvanud, et pääseda paljudele turgudele juurde uuele spektrile (lisateavet leiate jaotisest Mikrolainesageduse valikud). Need ribad pakuvad ka palju laiemaid sageduskanaleid, mis hõlbustavad kulutõhusate, mitme gigabitiste süsteemide juurutamist, mis võimaldavad 5G Mobile Backhaul'i.

Läbilaskevõime efektiivsus
Läbilaskevõime (st rohkem kasulikke andmeid ühe bitti kohta) hõlmab selliseid funktsioone nagu mitmekihiline päise tihendamine ja raadioühenduse liitmine / sidumine, mis keskenduvad pakettvoogude käitumisele.

Mitmekihiline päise kokkusurumine
Mitmekihiline päise tihendamine eemaldab andmeraamide päistest ebavajaliku teabe ja vabastab liikluseesmärgil võimsuse, nagu on näidatud joonisel 7. Tihendamisel asendatakse iga kordumatu päis edastava poole ainulaadse identiteediga, protsess on vastupidine vastuvõtval poolel. Päise kokkusurumine annab väiksema kaadrisuurusega pakettide jaoks suhteliselt suurema kasuteguri, kuna nende päised moodustavad suhteliselt suurema osa kogu kaadri suurusest. See tähendab, et saadav lisamaht sõltub päiste arvust ja kaadri suurusest, kuid on tavaliselt 5–10-protsendine võimendus Etherneti, IPv4 ja WCDMA-ga, keskmise kaadrisuurusega 400–600 baiti ja 15–20-protsendine võimendus Ethernet, MPLS, IPv6 ja LTE sama keskmise kaadrisuurusega.

Need arvud eeldavad, et rakendatud tihendus võib toetada edastatavate unikaalsete päiste koguarvu. Lisaks peaks päise kokkusurumine olema jõuline ja väga lihtne kasutada, pakkudes näiteks iseõppimist, minimaalset konfiguratsiooni ja terviklikke tulemusnäitajaid.

Raadioside liitmine (RLA, liimimine)
Raadiosidemete ühendamine mikrolaineahjus sarnaneb kandjate liitumisega LTE-s ja on oluline vahend liikluse jätkuva kasvu toetamiseks, kuna suurem osa mikrolaineahjudest on kasutusel mitme kandjaga, nagu on näidatud joonisel 8. Mõlemad meetodid koondavad mitu raadiokandjat ühte virtuaalne, nii et nii tippvõimsuse suurendamine kui ka efektiivse läbilaskevõime suurendamine statistilise multipleksimise võimenduse kaudu. Tõhusus saavutatakse peaaegu 100-protsendiliselt, kuna iga andmepakett saab protokolli üldkulude jaoks kasutada kogu summeeritud tippvõimsust ainult vähesel määral, sõltumata liiklusmustritest. Raadioside ühendamine on kohandatud pakkuma konkreetse mikrolainetranspordilahenduse jaoks parimat jõudlust. Näiteks võib see toetada iga raadiokandja iseseisvat käitumist, kasutades adaptiivset modulatsiooni, samuti graatsilist halvenemist ühe või mitme kandja rikke korral (kaitse N + 0).

Nii nagu kandjate liitmine, arendatakse ka edaspidi raadioside sidumist suurema võimsuse ja paindlikumate kandjate kombinatsioonide toetamiseks, näiteks toetades rohkemate kandurite, erineva ribalaiusega kandjate ja erinevates sagedusribades olevate kandjate liitmist.

Võrgu optimeerimine
Võimsuse tööriistakasti järgmine jaotis on võrgu optimeerimine. See hõlmab võrkude tihendamist ilma täiendavate sageduskanalite vajaduseta häirete leevendamise funktsioonide, näiteks ülivõimsa (SHP) antenni ja automaatse saatevõimsuse juhtimise (ATPC) kaudu. SHP antennid pärsivad tõhusalt häireid väga madala külgribaga kiirgusmustri abil, mis vastab ETSI klassile 4. ATPC võimaldab soodsate levimistingimuste korral (see tähendab enamasti) saatmisvõimsust automaatselt vähendada, vähendades tõhusalt võrgus esinevaid häireid. Nende funktsioonide kasutamine vähendab võrgus vajalike sageduskanalite arvu ja võib anda kanali kohta kuni 70 protsenti rohkem võrgu kogumahtu. Vigastusest või tihedast juurutamisest tingitud häired piiravad tagasivoolu ehitamist paljudes võrkudes. Hoolikas võrgu planeerimine, täiustatud antennid, signaalitöötlus ja ATPC funktsioonide kasutamine võrgu tasandil vähendab häirete mõju.

Vaadates tulevikku, 5G ja kaugemale
 

CableFree 5G mobiilne traadita tehnoloogia

Järgnevate aastate jooksul arendatakse ja täiustatakse 5G mobiilsidevõrkude mikrolainevõimsuse tööriistu ning neid kasutatakse koos, võimaldades võimsust 10 Gbps ja rohkem. Omaniku kogukulu optimeeritakse tavaliste suure võimsusega konfiguratsioonide jaoks, näiteks mitme kandjaga lahenduste jaoks.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri