Cải tiến vi sóng cho mạng di động 5G

 

Mạng di động 5G, Cải tiến vi sóng và các xu hướng tương lai trong Mạng di động

 

Mạng không dây di động 5G miễn phí

Với việc truyền thông di động 5G có sẵn vào khoảng năm 2020, ngành công nghiệp này đã bắt đầu phát triển một cái nhìn khá rõ ràng về những thách thức, cơ hội chính và các thành phần công nghệ chính mà nó liên quan. 5G sẽ mở rộng hiệu suất và khả năng của mạng truy cập không dây theo nhiều chiều, chẳng hạn như tăng cường dịch vụ băng rộng di động để cung cấp tốc độ dữ liệu vượt quá 10 Gbps với độ trễ là 1 ms.

Lò vi sóng là yếu tố chính của các mạng backhaul hiện tại và sẽ tiếp tục phát triển như một phần của hệ sinh thái 5G trong tương lai. Một lựa chọn trong 5G là sử dụng cùng một công nghệ truy cập vô tuyến cho cả truy cập và các liên kết backhaul, với việc chia sẻ động các tài nguyên phổ tần. Điều này có thể cung cấp một sự bổ sung cho vi sóng backhaul đặc biệt là trong các triển khai rất dày đặc với số lượng lớn hơn các nút vô tuyến nhỏ.

Ngày nay, truyền dẫn vi ba thống trị backhaul di động, nơi nó kết nối khoảng 60% tất cả các trạm gốc vĩ mô. Ngay cả khi tổng số kết nối tăng lên, thị phần của lò vi sóng sẽ vẫn khá ổn định. Đến năm 2019, nó sẽ vẫn chiếm khoảng 50% tổng số các trạm gốc (các ô nhỏ vĩ mô và ngoài trời (xem Hình 3). Nó sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc truy cập dặm cuối cùng và đóng vai trò bổ sung cho phần tổng hợp của mạng. Tại đồng thời, truyền dẫn bằng cáp quang sẽ tiếp tục tăng thị phần của nó trên thị trường đường trục di động và đến năm 2019 sẽ kết nối khoảng 40% tất cả các trang web. Cáp quang sẽ được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận tổng hợp / thành phố lớn của mạng và ngày càng tăng cho khả năng truy cập dặm cuối cùng Cũng sẽ có sự khác biệt về địa lý, với các khu vực đô thị đông dân cư có mức độ thâm nhập cáp quang cao hơn so với các khu vực nông thôn và ngoại ô ít dân cư hơn, nơi vi sóng sẽ chiếm ưu thế cho cả liên kết đường ngắn và đường dài.

Hiệu quả quang phổ
 

Tháp không dây hỗ trợ di động 5G miễn phí

Hiệu quả phổ (nghĩa là nhận được nhiều bit hơn trên mỗi Hz) có thể đạt được thông qua các kỹ thuật như điều chế bậc cao và điều chế thích ứng, hệ thống đạt được ưu việt của giải pháp được thiết kế tốt và Đa đầu vào, Đa đầu ra (MIMO).

điều chế

Số lượng ký hiệu tối đa mỗi giây được truyền trên sóng mang vi ba bị giới hạn bởi băng thông kênh. Điều chế biên độ cầu phương (QAM) làm tăng dung lượng tiềm năng bằng cách mã hóa các bit trên mỗi ký hiệu. Chuyển từ hai bit trên mỗi ký hiệu (4 QAM) sang 10 bit trên mỗi ký hiệu (1024 QAM) mang lại khả năng tăng hơn năm lần.

Các mức điều chế bậc cao đã được thực hiện nhờ những tiến bộ trong công nghệ thành phần giúp giảm nhiễu do thiết bị tạo ra và biến dạng tín hiệu. Trong tương lai, sẽ có hỗ trợ lên đến 4096 QAM (12 bit cho mỗi biểu tượng), nhưng chúng tôi đang tiến gần đến giới hạn lý thuyết và thực tế. Điều chế bậc cao hơn có nghĩa là tăng độ nhạy đối với nhiễu và méo tín hiệu. Độ nhạy của máy thu giảm đi 3 dB cho mỗi bước tăng trong điều chế, trong khi độ lợi công suất liên quan sẽ nhỏ hơn (tính theo phần trăm). Ví dụ, mức tăng dung lượng là 11 phần trăm khi chuyển từ 512 QAM (9 bit trên mỗi biểu tượng) sang 1024 QAM (10 bit trên mỗi biểu tượng).

Điều chế thích ứng
 

Cáp kết nối vi sóng miễn phí được lắp đặt trên tháp viễn thông

Việc tăng cường điều chế làm cho radio nhạy cảm hơn với các hiện tượng bất thường trong quá trình lan truyền chẳng hạn như mưa và sự tắt dần đa đường. Để duy trì độ dài bước nhảy vi sóng, độ nhạy tăng lên có thể được bù đắp bằng công suất đầu ra cao hơn và ăng-ten lớn hơn. Điều chế thích ứng là một giải pháp rất hiệu quả về chi phí để tối đa hóa thông lượng trong mọi điều kiện lan truyền. Trong thực tế, điều chế thích ứng là điều kiện tiên quyết để triển khai với điều chế bậc cao cực hạn.

Điều chế thích ứng cho phép nâng cấp bước nhảy vi ba hiện có, ví dụ, từ 114 Mbps lên 500 Mbps. Công suất cao hơn đi kèm với tính khả dụng thấp hơn. Ví dụ: tính khả dụng giảm từ 99.999 phần trăm (mất điện 5 phút hàng năm) ở 114 Mbps xuống 99.99 phần trăm thời gian (50 phút ngừng hàng năm) ở 238 Mbps. Độ lợi hệ thống Độ lợi hệ thống vượt trội là một tham số quan trọng đối với vi sóng. Ví dụ, độ lợi hệ thống cao hơn 6 dB có thể được sử dụng để tăng hai bước điều chế với cùng tính khả dụng, cung cấp thêm tới 30% công suất. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng để tăng độ dài bước nhảy hoặc giảm kích thước ăng-ten hoặc kết hợp tất cả. Những yếu tố góp phần làm tăng hiệu quả của hệ thống bao gồm mã hóa sửa lỗi hiệu quả, mức độ nhiễu của máy thu thấp, phân bổ kỹ thuật số để vận hành công suất đầu ra cao hơn và bộ khuếch đại tiết kiệm điện, trong số những thứ khác.

MIMO Nhiều đầu vào, Nhiều đầu ra (MIMO)
MIMO là một công nghệ hoàn thiện được sử dụng rộng rãi để tăng hiệu quả phổ trong truy cập vô tuyến 3GPP và Wi-Fi, nơi nó cung cấp một cách hiệu quả về chi phí để tăng dung lượng và thông lượng khi phổ tần khả dụng bị hạn chế. Về mặt lịch sử, tình hình phổ cho các ứng dụng vi sóng đã thoải mái hơn; các dải tần mới đã được tạo ra và công nghệ liên tục được phát triển để đáp ứng yêu cầu công suất. Tuy nhiên, ở nhiều quốc gia, nguồn tài nguyên phổ còn lại cho các ứng dụng vi ba đang bắt đầu cạn kiệt và cần có các công nghệ bổ sung để đáp ứng các yêu cầu trong tương lai. Đối với 5G Mobile Backhaul, MIMO ở tần số vi ba là một công nghệ mới nổi cung cấp một cách hiệu quả để tăng hiệu quả phổ tần hơn nữa và do đó khả năng truyền tải khả dụng.

Không giống như các hệ thống MIMO 'thông thường', dựa trên phản xạ trong môi trường, đối với 5G Mobile Backhaul, các kênh được 'thiết kế' trong hệ thống MIMO vi sóng điểm-điểm để có hiệu suất tối ưu. Điều này đạt được bằng cách lắp đặt các ăng-ten với khoảng cách không gian phụ thuộc vào khoảng cách bước sóng và tần số. Về nguyên tắc, thông lượng và dung lượng tăng tuyến tính với số lượng ăng-ten (tất nhiên với chi phí phần cứng bổ sung). Hệ thống NxM MIMO được xây dựng bằng N máy phát và M máy thu. Về mặt lý thuyết, không có giới hạn cho các giá trị N và M, nhưng vì các ăng-ten phải được tách biệt theo không gian nên có một giới hạn thực tế phụ thuộc vào chiều cao tháp và môi trường xung quanh. Vì lý do này, ăng ten 2 × 2 là loại hệ thống MIMO khả thi nhất. Các anten này có thể là phân cực đơn (hệ thống hai sóng mang) hoặc phân cực kép (hệ thống bốn sóng mang). MIMO sẽ là một công cụ hữu ích để mở rộng công suất vi sóng hơn nữa, nhưng vẫn còn ở giai đoạn đầu, ví dụ, tình trạng quản lý của nó vẫn cần được làm rõ ở hầu hết các quốc gia, và các mô hình quy hoạch và tuyên truyền của nó vẫn cần được thiết lập. Việc tách ăng-ten cũng có thể là một thách thức đặc biệt đối với các tần số thấp hơn và độ dài bước nhảy dài hơn.

Thêm Spectrum
Một phần khác của hộp công cụ dung lượng vi sóng cho 5G Mobile Backhaul liên quan đến việc truy cập vào nhiều phổ tần hơn. Tại đây, các băng tần sóng milimet - băng tần 60 GHz không được cấp phép và băng tần 70/80 GHz được cấp phép - đang ngày càng phổ biến như một cách để tiếp cận với phổ tần mới ở nhiều thị trường (xem phần Tùy chọn tần số vi sóng để biết thêm thông tin). Các băng tần này cũng cung cấp các kênh tần số rộng hơn nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các hệ thống đa gigabit, tiết kiệm chi phí cho phép 5G Mobile Backhaul.

Hiệu quả thông lượng
Hiệu quả thông lượng (nghĩa là, nhiều dữ liệu trọng tải hơn trên mỗi bit), liên quan đến các tính năng như nén tiêu đề nhiều lớp và tổng hợp / liên kết liên kết vô tuyến, tập trung vào hành vi của các luồng gói.

Nén tiêu đề nhiều lớp
Nén tiêu đề nhiều lớp loại bỏ thông tin không cần thiết khỏi tiêu đề của khung dữ liệu và giải phóng dung lượng cho các mục đích lưu lượng, như thể hiện trong Hình 7. Khi nén, mỗi tiêu đề duy nhất được thay thế bằng một nhận dạng duy nhất ở phía truyền, một quá trình được đảo ngược ở phía nhận. Nén tiêu đề cung cấp độ lợi sử dụng tương đối cao hơn cho các gói có kích thước khung hình nhỏ hơn, vì tiêu đề của chúng bao gồm một phần tương đối lớn hơn trong tổng kích thước khung hình. Điều này có nghĩa là dung lượng bổ sung thu được thay đổi theo số lượng tiêu đề và kích thước khung, nhưng thường là mức tăng 5–10 phần trăm với Ethernet, IPv4 và WCDMA, với kích thước khung hình trung bình là 400–600 byte và mức tăng 15–20 phần trăm với Ethernet, MPLS, IPv6 và LTE với cùng kích thước khung hình trung bình.

Các số liệu này giả định rằng việc nén được thực hiện có thể hỗ trợ tổng số tiêu đề duy nhất được truyền. Ngoài ra, tính năng nén tiêu đề phải mạnh mẽ và rất dễ sử dụng, chẳng hạn như cung cấp khả năng tự học, cấu hình tối thiểu và các chỉ số hiệu suất toàn diện.

Tổng hợp liên kết vô tuyến (RLA, Liên kết)
Liên kết liên kết vô tuyến trong vi sóng tương tự như tổng hợp sóng mang trong LTE và là một công cụ quan trọng để hỗ trợ tăng trưởng lưu lượng liên tục, vì tỷ lệ cao hơn của các bước nhảy vi ba được triển khai với nhiều sóng mang, như minh họa trong Hình 8. Cả hai kỹ thuật đều gộp nhiều sóng mang vô tuyến thành một ảo, do đó vừa nâng cao công suất đỉnh cũng như tăng thông lượng hiệu quả thông qua độ lợi ghép kênh thống kê. Hiệu suất đạt được gần 100 phần trăm, vì mỗi gói dữ liệu có thể sử dụng tổng dung lượng đỉnh tổng hợp mà chỉ giảm một phần nhỏ chi phí giao thức, không phụ thuộc vào các mẫu lưu lượng. Liên kết liên kết vô tuyến được điều chỉnh để cung cấp hiệu suất vượt trội cho giải pháp vận chuyển vi sóng cụ thể liên quan. Ví dụ, nó có thể hỗ trợ hành vi độc lập của từng sóng mang vô tuyến bằng cách sử dụng điều chế thích ứng, cũng như suy giảm tùy chỉnh trong trường hợp hỏng một hoặc nhiều sóng mang (bảo vệ N + 0).

Cũng giống như tập hợp sóng mang, liên kết liên kết vô tuyến sẽ tiếp tục được phát triển để hỗ trợ dung lượng cao hơn và kết hợp sóng mang linh hoạt hơn, ví dụ như thông qua hỗ trợ tập hợp nhiều sóng mang hơn, sóng mang có băng thông khác nhau và sóng mang ở các dải tần khác nhau.

Tối ưu hóa mạng
Phần tiếp theo của hộp công cụ dung lượng là tối ưu hóa mạng. Điều này liên quan đến việc mật độ các mạng mà không cần thêm các kênh tần số thông qua các tính năng giảm thiểu nhiễu như ăng-ten hiệu suất siêu cao (SHP) và điều khiển công suất phát tự động (ATPC). Ăng-ten SHP triệt nhiễu hiệu quả thông qua các mẫu bức xạ sidelobe rất thấp, đáp ứng tiêu chuẩn ETSI lớp 4. ATPC cho phép tự động giảm công suất phát trong các điều kiện lan truyền thuận lợi (tức là hầu hết thời gian), giảm nhiễu trong mạng một cách hiệu quả. Việc sử dụng các tính năng này làm giảm số lượng kênh tần số cần thiết trong mạng và có thể cung cấp thêm tới 70% tổng dung lượng mạng cho mỗi kênh. Sự can thiệp do sai lệch hoặc triển khai dày đặc đang hạn chế việc xây dựng backhaul trong nhiều mạng. Lập kế hoạch mạng cẩn thận, ăng-ten tiên tiến, xử lý tín hiệu và sử dụng các tính năng ATPC ở cấp độ mạng sẽ giảm tác động do nhiễu.

Nhìn về tương lai, 5G và hơn thế nữa
 

Công nghệ không dây di động 5G miễn phí

Trong những năm tới, các công cụ dung lượng vi ba cho Mạng di động 5G sẽ được phát triển và nâng cao, đồng thời được sử dụng kết hợp cho phép dung lượng từ 10 Gbps trở lên. Tổng chi phí sở hữu sẽ được tối ưu hóa cho các cấu hình dung lượng cao phổ biến, chẳng hạn như các giải pháp đa sóng mang.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn