5g的期望是巨大的。然而,5G部署面臨的一個主要挑戰(zhàn)是,可用的次級6GGZ頻譜不支持為交付先進應用程序和同步用戶所需的最佳性能所需的延遲和吞吐量。雖然目前的亞6GGZ5G網絡比現(xiàn)有的4GLTE網絡稍有改進,但在密集的城市環(huán)境和擁擠的活動場地,它們未能實現(xiàn)5G覆蓋率、性能和延遲的承諾。mm波技術可以幫助解決這個問題,但也存在挑戰(zhàn)。本文探討了在處理這些5G部署挑戰(zhàn)時需要考慮的關鍵因素。

細胞技術總是在不斷發(fā)展,以滿足現(xiàn)代日益增長的數(shù)據需求。GSM導致2G允許短信和基本數(shù)據傳輸。3G允許有效的移動互聯(lián)網瀏覽,4G允許用戶更可靠地傳輸視頻,并享受穩(wěn)定的網絡電話。5G承諾更多,比它的前身快100倍,具有更高的帶寬,更低的延遲,更可靠的覆蓋和更大的可用性。

我們對5G的期望更大,特別是在數(shù)據密集型場景中,實時處理是必不可少的。即將推出的5G系統(tǒng)將帶來自主駕駛等創(chuàng)新,其他新出現(xiàn)的使用案例包括車輛對車輛(V2V)通信、智能建筑、城市、遠程醫(yī)療、醫(yī)療機器人(例如用于外科咨詢和培訓)以及虛擬和增強現(xiàn)實解決方案。

物聯(lián)網連接設備的數(shù)量也將增加,特別是在供應鏈監(jiān)測和工業(yè)系統(tǒng)監(jiān)測等領域,在這些領域,關鍵系統(tǒng)的監(jiān)測是最優(yōu)先事項。

然而,考慮到5G的技術要求(和當?shù)氐南拗?,真正5G的早期采用者將包括智能的工廠,倉庫和體育場。

有不同類型的5G網絡

將整個蜂窩網絡基礎設施轉換為5G處理是一項巨大的任務,許多運營商正在利用現(xiàn)有的基礎設施提供他們所謂的"5G",但遠未達到實際5G所承諾的下載速度。

基本上有兩種5G網絡:

· 第一個在中間(3.4-6千兆赫)和低頻波段(不到1千兆赫)上運行。它通常依靠4G基礎設施。4G提供35到50Mbps的下載速度。雖然這些運營商提供的"5G"解決方案的下載速度超過了4G,但遠遠低于5G的預期收益。因此,這些解決方案不太可能說服消費者進行升級。

· 超快毫米波(mm波)提供5g我們都想要的,并在24到40兆赫的高頻帶上操作。以5Gbps的速度,可以在幾秒鐘內下載整個高清電影。

了解每個5G網絡之間的差異和協(xié)同作用對于應對部署挑戰(zhàn)至關重要。從用戶體驗的角度來看,MMWE有最大的潛在好處,但設置它并非沒有復雜性。

Mm波和5g部署挑戰(zhàn)的優(yōu)缺點

現(xiàn)實世界中的mm波網絡速度因距離、信號阻斷器和鄰近5g塔或小電池而大不相同。雖然MMW5G網絡超快,但它們也是非常短的范圍。要接收mm波信號,用戶必須在一個5g塔的一兩個街區(qū)內,沒有視線障礙物。

高頻mm波信號很容易被建筑物、墻壁、窗戶和樹葉堵塞,進一步降低了可用的5g范圍。為了優(yōu)化覆蓋,運營商面臨著安裝大量高密度小型電池的問題,這增加了大規(guī)模部署MM波網絡的成本。

由于其覆蓋面和視線限制,MM波技術更適合密集的城市環(huán)境。由于其范圍的局限性,MMWE對郊區(qū)和農村地區(qū)不是一個實際的選擇,最好的服務條件是易于部署、更負擔得起的4GLTE網絡和6GG5G網絡。廣泛部署MMW5G網絡將需要廣泛的地下安裝光纖電纜。在此之前,運營商將繼續(xù)依靠現(xiàn)有的網絡基礎設施,而市場將過渡到5G。

盡管范圍、信號傳播和洛斯限制是MM波的缺點,但是莫德米這樣的公司開發(fā)的先進技術,如大規(guī)模MIMO(多輸入多輸出)、小型天線陣列、適應性波束形成和智能有源中繼器,可以有效地應對這些挑戰(zhàn)。

智能有源中繼器通過放大MM波信號,擴大室外環(huán)境和建筑內部基于MM波的網絡的范圍和覆蓋面,來解決5G信號的傳播挑戰(zhàn)。主動中繼器的工作方式是提升mm波信號,使他們能夠穿透墻壁和其他阻擋物,并彎曲周圍的建筑,以克服洛斯問題,而不需要龐大的天線設計或昂貴的纖維回程。當部署在建筑物內時,智能轉發(fā)器可以放大微弱的光束信號,可以照亮整個房間,改善終端用戶和應用程序連接的體驗。

在整個5G網絡中廣泛使用主動中繼器,使服務提供商能夠以低50%的成本啟動室內、室外和移動增強5GMM波服務。

全美國的。運營商目前正在測試mm波網絡,在選定的主要城市和社區(qū)提供服務。目前,低于6千兆赫5克的網絡比MM波更廣泛,主要運營商向城市地區(qū)的許多客戶推出了較低頻率的5G網絡。

隨著客戶需求預計到2023年將超過6-6千兆赫的容量,多家運營商已經部署了基于MMWE的5G網絡,第1級運營商正在轉用MMWE技術來滿足網絡容量需求。

雖然Mm波網絡的批評者認為,6-6千兆赫網絡的覆蓋率比Mm波網絡好,并需要較少的基站(下一代無線電節(jié)點),但有限的6千兆赫頻譜最終將需要部署更多的全球廣播網絡。在擁擠的城市地區(qū)、運動場、音樂會場地和機場,高帶寬的mm波可以幫助緩解日益嚴重的網絡擁擠。這個部署意味著在一些你對連接沒有期望的地方,你會有一個穩(wěn)定的高速連接。

雖然正在向5G網絡過渡,但在5G取代4GLTE之前,還有很長的路要走。目前,大多數(shù)用戶都在使用4G和有限的亞6千兆赫5G服務,超高速的mm波速度和低延遲的承諾剛剛超過地平線。

釋放5G潛力的三個技術挑戰(zhàn)

為了實現(xiàn)5G的低延遲、高帶寬、更快速度和廣泛覆蓋的宏偉目標,主要運營商和mm波解決方案供應商正在努力克服這些基本挑戰(zhàn):

· 傳統(tǒng)的高頻射頻設計方法和昂貴、體積大、效率低的天線為實現(xiàn)MM波5G網絡的性能目標設置了障礙。

· 大規(guī)模地部署小型電池和繼電器以支持MM波網絡,會增加5G的基礎設施成本。

· MM波頻率會導致更大的傳輸損失造成的距離,信號堵塞,和非線路的條件。

· 需要波束天線和先進的波束管理技術,以實現(xiàn)更長的范圍,增加系統(tǒng)復雜性。

為了加速大規(guī)模部署mm波網絡,運營商和5g設備制造商必須應對這三個技術挑戰(zhàn):

· 單天線在高頻率下的高傳輸損耗:這是一個非常清楚的技術挑戰(zhàn),有一個透徹的分析和明確的解決方案。利用可操縱相控陣列可以通過許多小型天線元件的共相位來建立大的天線孔徑來克服這一挑戰(zhàn)。

· 需要在發(fā)射機和接收機之間設置可追蹤的聯(lián)絡點路徑或強反射路徑:由于缺乏高無線電頻率的折射/衍射,限制了與聯(lián)絡點路徑或強、像鏡像一樣的反射路徑連接的可用性。這是提供MM波連接的一個主要限制,必須在任何地方、任何時候都可以提供。

· 高無線電頻率材料的高透光損失:與低于6千兆赫的無線電信號相比,MM波信號在玻璃、彩色窗戶、磚瓦、木材和石膏板等材料中傳播時,表現(xiàn)出很高的透光損失。即使是傳統(tǒng)的玻璃窗,也能用6分貝減弱MM波信號,而多盤式低E玻璃會造成近40分貝的損失。信號阻塞是一個主要的限制,限制了可利用的MM波,任何地方和任何時候。

第一個挑戰(zhàn)(單一天線的傳播損失)是很好理解的,并通過部署大型相控陣天線成功地減輕了這一挑戰(zhàn)。然而,直到最近,對于視線和透光損失問題還沒有得到廣泛同意或標準化的解決辦法。

主動轉發(fā)器溶液如何工作

智能主動中繼器可以在三種部署情況下緩解聯(lián)絡點的可用性挑戰(zhàn):

缺乏聯(lián)絡點或強反射路徑: 這一部署挑戰(zhàn)包括在GNB(設想下一代基地站)和最終用戶設備(UE)之間沒有視線或強反射路徑的情況?？紤]到高頻率的反射傳播特性,自然/被動反射器需要在源與目標之間創(chuàng)建一個像鏡像一樣的路徑。這種鏡像型路徑需求進一步限制了依賴環(huán)境中的自然反射器關閉MM波鏈接的部署場景。

非常高的透光損失: 這個部署場景涉及由于GNB和UE之間的信號阻塞對象造成的非常高的透光損失。例如,通過彩色玻璃窗的傳輸損失可以高達~40分貝,這是非常困難的補償單跳。

不可追蹤的不斷變化的環(huán)境和/或反射器: 理想的情況是,光束跟蹤算法可以跟蹤和適應環(huán)境、反射器和UU中的運動和變化。典型的環(huán)境變化,例如聯(lián)絡點的堵塞或UE方向的改變,可能會證明很難追蹤而不失去連接。然而,需要更多的緩解方法和架構改進,以便為移動和不同環(huán)境提供更強大、更可靠的連接。

主動轉發(fā)器可以在移動設備附近產生寬光束,而不是通過調整指向導航衛(wèi)星和無線電的窄光束來追蹤環(huán)境或反射器的快速變化。一旦這些準固定的寬光束被創(chuàng)建,就沒有必要立即追蹤移動設備的位置或方向的快速變化。

主動中繼器可以設計來減少MM波鏈路的可用性和解決聯(lián)絡點的挑戰(zhàn)。為了最大限度地減少延遲、成本和復雜性,基于"無解調器"架構的轉發(fā)器最大限度地提高了可用的信號強度,并消除了對傳統(tǒng)解調和再調制技術的需求。

通過通過時間槽、頻率和物理空間或范圍啟用多種訪問選項,一個單一的主動轉發(fā)器可以在下列情況下支持幾種類型的最終用戶設備:

靜態(tài)單波束: 轉發(fā)器接收一個覆蓋全頻率信道的流,并通過一個可以覆蓋所有終端用戶設備的狹窄光束再傳輸該流。

多束轉換: 轉發(fā)器光束設置是在時間分配的基礎上打開的。轉發(fā)器接收單個流,并在交換光束上重新傳輸流。每一個時間槽中的光束輪廓與分配給該時間槽的終端用戶設備有關。

同時多光束: 該中繼器可以配置為同時通過覆蓋所有終端用戶設備的多束光束再傳輸全帶寬MM波信號。

通過在中繼器設備中重新配置波束形成的發(fā)動機資源,可以設計出一個主動中繼器來動態(tài)地支持所有三種類型的光束。光束重構可在安裝或操作過程中應用.考慮到這種多接入架構的可重構性和動態(tài)性,一個中繼器可以支持幾種類型的終端用戶設備。

考慮一個主動的轉發(fā)器場景,在這個場景中,四個跳被配置在GNB和鏈中的最后一個中繼器之間。這些跳將GNB和最后一個中繼器之間的距離延長到2公里以上。這是以接近零的延遲時間實現(xiàn)的,因為每個無解調器節(jié)點不需要執(zhí)行去調制/再調制。通過分析MM波信號通過中繼器傳播時,誤差向量級逐漸降低的結果表明,在最后一個中繼器節(jié)點上仍保留著~23分貝的目標信噪比。

中繼器中的光束搜索和精煉的復雜性是可以控制的,因為網絡和中繼器之間的光束配置是靜態(tài)的。一旦對GNB和中繼器之間的光束進行了優(yōu)化和微調(在充電時或在慢速度下周期性地),就只有兩個光束需要動態(tài)優(yōu)化,例如。,中繼器和UE之間的光束。這就產生了一個高效率的光束搜索實現(xiàn),類似于一個GNB和UE之間的直接鏈接。

結論

值得注意的是,對5G的采用還有其他的商業(yè)和最終用戶要求。其中包括對光纖專用數(shù)據中心進行升級,以處理更多的流量、數(shù)據傳輸和存儲需求,以補充5G要求的高速運行。5G兼容設備是另一個考慮因素,無論是移動還是固定局域網,尤其是如果你打算使用5G來確保固定寬帶下降時的業(yè)務連續(xù)性。

5G部署面臨的一個主要挑戰(zhàn)是,可用的子6GGZ頻譜不支持延遲和吞吐量,以提供先進應用程序和同步用戶所需的最佳性能。雖然目前的亞6GGZ5G網絡比現(xiàn)有的4GLTE網絡稍有改進,但在密集的城市環(huán)境和擁擠的活動場地,它們未能實現(xiàn)5G覆蓋率、性能和延遲的承諾。

在24千兆赫至40千兆赫范圍內,基于MM波頻率的5G網絡最有希望實現(xiàn)高帶寬、低延遲5G連接。然而,MM波技術也提出了信號傳播、阻塞和路徑丟失的挑戰(zhàn)。我們以前在衛(wèi)星電視和Wi-Fi領域也遇到過類似的技術挑戰(zhàn);我們利用附加接入點、助推器、中繼器和衛(wèi)星校準等解決方案解決了這些挑戰(zhàn)。

類似地,通過將5G無線電天線和波束形成天線作為一個完整的系統(tǒng),MM波解的性能問題可以得到比以往任何時候都大得多的解決。移動技術供應商正在應對這一挑戰(zhàn),提供第一個MM波射頻前端解決方案、大規(guī)模相控陣天線設計和智能有源中繼器,以實現(xiàn)5G網絡預期的高性能、廣泛覆蓋和高可用性。因此,使服務提供商和行業(yè)伙伴能夠啟動室內、室外和移動增強5GMM波服務,成本降低50%。