Microwave Backhaul untuk Jaringan Seluler 5G

 

Jaringan seluler 5G, Microwave Backhaul, dan tren masa depan dalam Jaringan Seluler

 

Jaringan Nirkabel Seluler 5G CableFree

Dengan komunikasi seluler 5G tersedia sekitar tahun 2020, industri telah mulai mengembangkan pandangan yang cukup jelas tentang tantangan utama, peluang, dan komponen teknologi utama yang dilibatkannya. 5G akan memperluas kinerja dan kapabilitas jaringan akses nirkabel dalam banyak dimensi, misalnya meningkatkan layanan broadband seluler untuk menyediakan kecepatan data di atas 10 Gbps dengan latensi 1 ms.

Gelombang mikro adalah elemen kunci dari jaringan backhaul saat ini dan akan terus berkembang sebagai bagian dari ekosistem 5G di masa depan. Pilihan dalam 5G adalah menggunakan teknologi akses radio yang sama untuk akses dan tautan backhaul, dengan berbagi dinamis sumber daya spektrum. Hal ini dapat melengkapi backhaul gelombang mikro terutama dalam penyebaran yang sangat padat dengan jumlah node radio kecil yang lebih banyak.

Saat ini, transmisi gelombang mikro mendominasi backhaul seluler, yang menghubungkan sekitar 60 persen dari semua stasiun basis makro. Bahkan ketika jumlah koneksi bertambah, pangsa pasar microwave akan tetap konstan. Pada tahun 2019, ini masih akan mencapai sekitar 50 persen dari semua BTS (makro dan sel kecil luar ruangan (lihat Gambar 3). Ini akan memainkan peran kunci dalam akses mil terakhir dan peran pelengkap bagian agregasi jaringan. Pada saat yang sama, transmisi fiber akan terus meningkatkan pangsa pasar mobile backhaul, dan pada 2019 akan menghubungkan sekitar 40 persen dari semua lokasi. Fiber akan digunakan secara luas di bagian agregasi / metro dari jaringan dan semakin meningkat untuk akses jarak jauh. Juga akan ada perbedaan geografis, dengan daerah perkotaan yang padat penduduk memiliki penetrasi serat yang lebih tinggi daripada daerah pinggiran kota dan pedesaan yang berpenduduk sedikit, di mana gelombang mikro akan berlaku baik untuk sambungan jarak pendek maupun jarak jauh.

Efisiensi spektral
 

Menara Nirkabel Backhaul Seluler 5G CableFree

Efisiensi spektrum (yaitu, mendapatkan lebih banyak bit per Hz) dapat dicapai melalui teknik seperti modulasi tingkat tinggi dan modulasi adaptif, penguatan sistem superior dari solusi yang dirancang dengan baik, dan Input Ganda, Output Ganda (MIMO).

Modulasi

Jumlah maksimum simbol per detik yang ditransmisikan pada pembawa gelombang mikro dibatasi oleh bandwidth saluran. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) meningkatkan kapasitas potensial dengan mengkodekan bit ke setiap simbol. Pindah dari dua bit per simbol (4 QAM) ke 10 bit per simbol (1024 QAM) memberikan peningkatan kapasitas lebih dari lima kali lipat.

Tingkat modulasi tingkat tinggi telah dimungkinkan melalui kemajuan dalam teknologi komponen yang telah mengurangi kebisingan yang ditimbulkan peralatan dan distorsi sinyal. Di masa mendatang akan ada dukungan hingga 4096 QAM (12 bit per simbol), tetapi kami mendekati batas teoretis dan praktis. Modulasi tingkat tinggi berarti peningkatan kepekaan terhadap kebisingan dan distorsi sinyal. Sensitivitas penerima berkurang 3 dB untuk setiap peningkatan langkah dalam modulasi, sedangkan penguatan kapasitas terkait semakin kecil (dalam persentase). Sebagai contoh, penguatan kapasitas adalah 11 persen saat berpindah dari 512 QAM (9 bit per simbol) ke 1024 QAM (10 bit per simbol).

Modulasi adaptif
 

CableFree Microwave Link dipasang di menara telekomunikasi

Meningkatkan modulasi membuat radio lebih sensitif terhadap anomali propagasi seperti hujan dan pemudaran multi jalur. Untuk mempertahankan panjang gelombang mikro, peningkatan sensitivitas dapat dikompensasi dengan daya keluaran yang lebih tinggi dan antena yang lebih besar. Modulasi adaptif adalah solusi yang sangat hemat biaya untuk memaksimalkan throughput dalam semua kondisi propagasi. Dalam praktiknya, modulasi adaptif merupakan prasyarat untuk penerapan dengan modulasi tingkat tinggi yang ekstrem.

Modulasi adaptif memungkinkan gelombang mikro yang ada untuk ditingkatkan dari, misalnya, 114 Mbps menjadi 500 Mbps. Kapasitas yang lebih tinggi datang dengan ketersediaan yang lebih rendah. Misalnya, ketersediaan berkurang dari 99.999 persen (pemadaman tahunan 5 menit) pada 114 Mbps menjadi 99.99 persen dari waktu (pemadaman tahunan 50 menit) pada 238 Mbps. Penguatan sistem Penguatan sistem yang unggul adalah parameter kunci untuk gelombang mikro. Penguatan sistem 6 dB yang lebih tinggi dapat digunakan, misalnya, untuk meningkatkan dua langkah modulasi dengan ketersediaan yang sama, yang menyediakan kapasitas hingga 30 persen lebih banyak. Atau dapat digunakan untuk menambah panjang lompatan atau memperkecil ukuran antena, atau kombinasi semuanya. Kontributor untuk penguatan sistem yang unggul antara lain adalah pengkodean koreksi kesalahan yang efisien, tingkat kebisingan penerima yang rendah, predistorsi digital untuk pengoperasian daya keluaran yang lebih tinggi, dan penguat yang hemat daya, antara lain.

MIMO Beberapa Masukan, Beberapa Keluaran (MIMO)
MIMO adalah teknologi matang yang banyak digunakan untuk meningkatkan efisiensi spektral dalam 3GPP dan akses radio Wi-Fi, di mana ia menawarkan cara yang hemat biaya untuk meningkatkan kapasitas dan throughput jika spektrum yang tersedia terbatas. Secara historis, situasi spektrum untuk aplikasi gelombang mikro lebih santai; pita frekuensi baru telah tersedia dan teknologinya terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan kapasitas. Namun di banyak negara, sumber daya spektrum yang tersisa untuk aplikasi gelombang mikro mulai menipis dan teknologi tambahan diperlukan untuk memenuhi kebutuhan di masa mendatang. Untuk Backhaul Seluler 5G, MIMO pada frekuensi gelombang mikro adalah teknologi baru yang menawarkan cara efektif untuk lebih meningkatkan efisiensi spektrum dan juga kapasitas transportasi yang tersedia.

Tidak seperti sistem MIMO 'konvensional', yang didasarkan pada pantulan di lingkungan, untuk Backhaul Seluler 5G, saluran 'direkayasa' dalam sistem MIMO gelombang mikro titik-ke-titik untuk kinerja optimal. Hal ini dicapai dengan memasang antena dengan pemisahan spasial yang bergantung pada jarak hop dan frekuensi. Pada prinsipnya, throughput dan kapasitas meningkat secara linier dengan jumlah antena (dengan mengorbankan biaya perangkat keras tambahan, tentu saja). Sistem NxM MIMO dibangun menggunakan pemancar N dan penerima M. Secara teoritis tidak ada batasan untuk nilai N dan M, tetapi karena antena harus dipisahkan secara spasial, ada batasan praktis tergantung pada ketinggian menara dan sekitarnya. Untuk alasan ini antena 2x2 adalah jenis sistem MIMO yang paling layak. Antena ini dapat berupa polarisasi tunggal (sistem dua pembawa) atau terpolarisasi ganda (sistem empat pembawa). MIMO akan menjadi alat yang berguna untuk menskalakan kapasitas gelombang mikro lebih lanjut, tetapi masih pada tahap awal di mana, misalnya, status regulasi masih perlu diperjelas di sebagian besar negara, dan model propagasi dan perencanaannya masih perlu ditetapkan. Pemisahan antena juga dapat menjadi tantangan terutama untuk frekuensi yang lebih rendah dan panjang hop yang lebih panjang.

Lebih Banyak Spektrum
Bagian lain dari kotak peralatan kapasitas gelombang mikro untuk 5G Mobile Backhaul melibatkan akses ke lebih banyak spektrum. Di sini pita gelombang milimeter - pita 60 GHz tanpa izin dan pita berlisensi 70/80 GHz - semakin populer sebagai cara untuk mendapatkan akses ke spektrum baru di banyak pasar (lihat bagian Opsi Frekuensi Gelombang Mikro untuk informasi lebih lanjut). Pita-pita ini juga menawarkan saluran frekuensi yang jauh lebih luas, yang memfasilitasi penerapan sistem multi-gigabit yang hemat biaya yang memungkinkan Backhaul Seluler 5G.

Efisiensi throughput
Efisiensi throughput (yaitu, lebih banyak data payload per bit), melibatkan fitur-fitur seperti kompresi header multi-layer dan agregasi / ikatan tautan radio, yang berfokus pada perilaku aliran paket.

Kompresi header multi-layer
Kompresi header multi-layer menghilangkan informasi yang tidak perlu dari header frame data dan melepaskan kapasitas untuk tujuan lalu lintas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Pada kompresi, setiap header unik diganti dengan identitas unik di sisi transmisi, sebuah proses yang dibalik di sisi penerima. Kompresi header memberikan keuntungan pemanfaatan yang relatif lebih tinggi untuk paket dengan ukuran bingkai yang lebih kecil, karena header mereka terdiri dari bagian yang relatif lebih besar dari ukuran bingkai total. Ini berarti kapasitas ekstra yang dihasilkan bervariasi dengan jumlah header dan ukuran frame, tetapi biasanya gain 5–10 persen dengan Ethernet, IPv4 dan WCDMA, dengan ukuran frame rata-rata 400–600 byte, dan gain 15–20 persen dengan Ethernet, MPLS, IPv6 dan LTE dengan ukuran bingkai rata-rata yang sama.

Angka-angka ini mengasumsikan bahwa kompresi yang diterapkan dapat mendukung jumlah total header unik yang dikirimkan. Selain itu, kompresi header harus kuat dan sangat mudah digunakan, misalnya menawarkan pembelajaran mandiri, konfigurasi minimal, dan indikator kinerja yang komprehensif.

Agregasi Tautan Radio (RLA, Ikatan)
Ikatan tautan radio dalam gelombang mikro mirip dengan agregasi operator di LTE dan merupakan alat penting untuk mendukung pertumbuhan lalu lintas yang berkelanjutan, karena bagian yang lebih tinggi dari lompatan gelombang mikro digunakan dengan beberapa operator, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 8. Kedua teknik menggabungkan beberapa operator radio menjadi satu virtual, sehingga meningkatkan kapasitas puncak serta meningkatkan throughput efektif melalui perolehan multiplexing statistik. Efisiensi hampir 100 persen tercapai, karena setiap paket data dapat menggunakan total kapasitas puncak teragregasi dengan hanya sedikit pengurangan untuk overhead protokol, tidak tergantung pada pola lalu lintas. Radio link bonding dirancang untuk memberikan kinerja yang unggul untuk solusi transportasi gelombang mikro tertentu yang bersangkutan. Misalnya, ini dapat mendukung perilaku independen setiap pembawa radio yang menggunakan modulasi adaptif, serta degradasi yang anggun jika terjadi kegagalan satu atau lebih operator (perlindungan N + 0).

Sama seperti agregasi operator, ikatan tautan radio akan terus dikembangkan untuk mendukung kapasitas yang lebih tinggi dan kombinasi operator yang lebih fleksibel, misalnya melalui dukungan untuk agregasi lebih banyak operator, operator dengan bandwidth berbeda, dan operator di pita frekuensi berbeda.

Optimasi jaringan
Bagian selanjutnya dari kotak alat kapasitas adalah pengoptimalan jaringan. Ini melibatkan pemadatan jaringan tanpa memerlukan saluran frekuensi tambahan melalui fitur mitigasi gangguan seperti antena kinerja super tinggi (SHP) dan kontrol daya transmisi otomatis (ATPC). Antena SHP secara efektif menekan interferensi melalui pola radiasi sidelobe yang sangat rendah, memenuhi ETSI kelas 4. ATPC memungkinkan daya pancar dikurangi secara otomatis selama kondisi propagasi yang menguntungkan (yaitu, sebagian besar waktu), secara efektif mengurangi interferensi dalam jaringan. Menggunakan fitur-fitur ini mengurangi jumlah saluran frekuensi yang dibutuhkan dalam jaringan dan dapat menghasilkan total kapasitas jaringan hingga 70 persen lebih per saluran. Gangguan karena misalignment atau penyebaran yang padat membatasi pembangunan backhaul di banyak jaringan. Perencanaan jaringan yang cermat, antena tingkat lanjut, pemrosesan sinyal, dan penggunaan fitur ATPC di tingkat jaringan akan mengurangi dampak interferensi.

Melihat ke masa depan, 5G dan Sesudahnya
 

Teknologi Nirkabel Seluler 5G CableFree

Selama beberapa tahun mendatang, alat berkapasitas gelombang mikro untuk Jaringan Seluler 5G akan berkembang dan ditingkatkan, dan digunakan dalam kombinasi yang memungkinkan kapasitas 10 Gbps dan seterusnya. Total biaya kepemilikan akan dioptimalkan untuk konfigurasi berkapasitas tinggi yang umum, seperti solusi multi-operator.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan