5g的期望是巨大的。然而,5G部署面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是,可用的次級(jí)6GGZ頻譜不支持為交付先進(jìn)應(yīng)用程序和同步用戶(hù)所需的最佳性能所需的延遲和吞吐量。雖然目前的亞6GGZ5G網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)有的4GLTE網(wǎng)絡(luò)稍有改進(jìn),但在密集的城市環(huán)境和擁擠的活動(dòng)場(chǎng)地,它們未能實(shí)現(xiàn)5G覆蓋率、性能和延遲的承諾。mm波技術(shù)可以幫助解決這個(gè)問(wèn)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(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。

細(xì)胞技術(shù)總是在不斷發(fā)展,以滿(mǎn)足現(xiàn)代日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。GSM導(dǎo)致2G允許短信和基本數(shù)據(jù)傳輸。3G允許有效的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽,4G允許用戶(hù)更可靠地傳輸視頻,并享受穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)。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(duì)5G的期望更大,特別是在數(shù)據(jù)密集型場(chǎng)景中,實(shí)時(shí)處理是必不可少的。即將推出的5G系統(tǒng)將帶來(lái)自主駕駛等創(chuàng)新,其他新出現(xiàn)的使用案例包括車(chē)輛對(duì)車(chē)輛(V2V)通信、智能建筑、城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、醫(yī)療機(jī)器人(例如用于外科咨詢(xún)和培訓(xùn))以及虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的數(shù)量也將增加,特別是在供應(yīng)鏈監(jiān)測(cè)和工業(yè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域,在這些領(lǐng)域,關(guān)鍵系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)是最優(yōu)先事項(xiàng)。

然而,考慮到5G的技術(shù)要求(和當(dāng)?shù)氐南拗?,真正5G的早期采用者將包括智能的工廠(chǎng),倉(cāng)庫(kù)和體育場(chǎng)。

有不同類(lèi)型的5G網(wǎng)絡(luò)

將整個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)換為5G處理是一項(xiàng)巨大的任務(wù),許多運(yùn)營(yíng)商正在利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施提供他們所謂的"5G",但遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際5G所承諾的下載速度。

基本上有兩種5G網(wǎng)絡(luò):

· 第一個(gè)在中間(3.4-6千兆赫)和低頻波段(不到1千兆赫)上運(yùn)行。它通常依靠4G基礎(chǔ)設(shè)施。4G提供35到50Mbps的下載速度。雖然這些運(yùn)營(yíng)商提供的"5G"解決方案的下載速度超過(guò)了4G,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5G的預(yù)期收益。因此,這些解決方案不太可能說(shuō)服消費(fèi)者進(jìn)行升級(jí)。

· 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(nèi)下載整個(gè)高清電影。

了解每個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)之間的差異和協(xié)同作用對(duì)于應(yīng)對(duì)部署挑戰(zhàn)至關(guān)重要。從用戶(hù)體驗(yàn)的角度來(lái)看,MMWE有最大的潛在好處,但設(shè)置它并非沒(méi)有復(fù)雜性。

Mm波和5g部署挑戰(zhàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)實(shí)世界中的mm波網(wǎng)絡(luò)速度因距離、信號(hào)阻斷器和鄰近5g塔或小電池而大不相同。雖然MMW5G網(wǎng)絡(luò)超快,但它們也是非常短的范圍。要接收mm波信號(hào),用戶(hù)必須在一個(gè)5g塔的一兩個(gè)街區(qū)內(nèi),沒(méi)有視線(xiàn)障礙物。

高頻mm波信號(hào)很容易被建筑物、墻壁、窗戶(hù)和樹(shù)葉堵塞,進(jìn)一步降低了可用的5g范圍。為了優(yōu)化覆蓋,運(yùn)營(yíng)商面臨著安裝大量高密度小型電池的問(wèn)題,這增加了大規(guī)模部署MM波網(wǎng)絡(luò)的成本。

由于其覆蓋面和視線(xiàn)限制,MM波技術(shù)更適合密集的城市環(huán)境。由于其范圍的局限性,MMWE對(duì)郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)不是一個(gè)實(shí)際的選擇,最好的服務(wù)條件是易于部署、更負(fù)擔(dān)得起的4GLTE網(wǎng)絡(luò)和6GG5G網(wǎng)絡(luò)。廣泛部署MMW5G網(wǎng)絡(luò)將需要廣泛的地下安裝光纖電纜。在此之前,運(yùn)營(yíng)商將繼續(xù)依靠現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,而市場(chǎng)將過(guò)渡到5G。

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

智能有源中繼器通過(guò)放大MM波信號(hào),擴(kuò)大室外環(huán)境和建筑內(nèi)部基于MM波的網(wǎng)絡(luò)的范圍和覆蓋面,來(lái)解決5G信號(hào)的傳播挑戰(zhàn)。主動(dòng)中繼器的工作方式是提升mm波信號(hào),使他們能夠穿透墻壁和其他阻擋物,并彎曲周?chē)慕ㄖ?以克服洛斯問(wèn)題,而不需要龐大的天線(xiàn)設(shè)計(jì)或昂貴的纖維回程。當(dāng)部署在建筑物內(nèi)時(shí),智能轉(zhuǎn)發(fā)器可以放大微弱的光束信號(hào),可以照亮整個(gè)房間,改善終端用戶(hù)和應(yīng)用程序連接的體驗(yàn)。

在整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用主動(dòng)中繼器,使服務(wù)提供商能夠以低50%的成本啟動(dòng)室內(nèi)、室外和移動(dòng)增強(qiáng)5GMM波服務(wù)。

全美國(guó)的。運(yùn)營(yíng)商目前正在測(cè)試mm波網(wǎng)絡(luò),在選定的主要城市和社區(qū)提供服務(wù)。目前,低于6千兆赫5克的網(wǎng)絡(luò)比MM波更廣泛,主要運(yùn)營(yíng)商向城市地區(qū)的許多客戶(hù)推出了較低頻率的5G網(wǎng)絡(luò)。

隨著客戶(hù)需求預(yù)計(jì)到2023年將超過(guò)6-6千兆赫的容量,多家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)部署了基于MMWE的5G網(wǎng)絡(luò),第1級(jí)運(yùn)營(yíng)商正在轉(zhuǎn)用MMWE技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)容量需求。

雖然Mm波網(wǎng)絡(luò)的批評(píng)者認(rèn)為,6-6千兆赫網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率比Mm波網(wǎng)絡(luò)好,并需要較少的基站(下一代無(wú)線(xiàn)電節(jié)點(diǎn)),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(wǎng)絡(luò)。在擁擠的城市地區(qū)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、音樂(lè)會(huì)場(chǎng)地和機(jī)場(chǎng),高帶寬的mm波可以幫助緩解日益嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁擠。這個(gè)部署意味著在一些你對(duì)連接沒(méi)有期望的地方,你會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的高速連接。

雖然正在向5G網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡,但在5G取代4GLTE之前,還有很長(zhǎng)的路要走。目前,大多數(shù)用戶(hù)都在使用4G和有限的亞6千兆赫5G服務(wù),超高速的mm波速度和低延遲的承諾剛剛超過(guò)地平線(xiàn)。

釋放5G潛力的三個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)

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

· 傳統(tǒng)的高頻射頻設(shè)計(jì)方法和昂貴、體積大、效率低的天線(xiàn)為實(shí)現(xiàn)MM波5G網(wǎng)絡(luò)的性能目標(biāo)設(shè)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(wǎng)絡(luò),會(huì)增加5G的基礎(chǔ)設(shè)施成本。

· MM波頻率會(huì)導(dǎo)致更大的傳輸損失造成的距離,信號(hào)堵塞,和非線(xiàn)路的條件。

· 需要波束天線(xiàn)和先進(jìn)的波束管理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的范圍,增加系統(tǒng)復(fù)雜性。

為了加速大規(guī)模部署mm波網(wǎng)絡(luò),運(yùn)營(yíng)商和5g設(shè)備制造商必須應(yīng)對(duì)這三個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn):

· 單天線(xiàn)在高頻率下的高傳輸損耗:這是一個(gè)非常清楚的技術(shù)挑戰(zhàn),有一個(gè)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(guò)許多小型天線(xiàn)元件的共相位來(lái)建立大的天線(xiàn)孔徑來(lái)克服這一挑戰(zhàn)。

· 需要在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間設(shè)置可追蹤的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)路徑或強(qiáng)反射路徑:由于缺乏高無(wú)線(xiàn)電頻率的折射/衍射,限制了與聯(lián)絡(luò)點(diǎn)路徑或強(qiáng)、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(gè)主要限制,必須在任何地方、任何時(shí)候都可以提供。

· 高無(wú)線(xiàn)電頻率材料的高透光損失:與低于6千兆赫的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)相比,MM波信號(hào)在玻璃、彩色窗戶(hù)、磚瓦、木材和石膏板等材料中傳播時(shí),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(hào),而多盤(pán)式低E玻璃會(huì)造成近40分貝的損失。信號(hào)阻塞是一個(gè)主要的限制,限制了可利用的MM波,任何地方和任何時(shí)候。

第一個(gè)挑戰(zhàn)(單一天線(xiàn)的傳播損失)是很好理解的,并通過(guò)部署大型相控陣天線(xiàn)成功地減輕了這一挑戰(zhàn)。然而,直到最近,對(duì)于視線(xiàn)和透光損失問(wèn)題還沒(méi)有得到廣泛同意或標(biāo)準(zhǔn)化的解決辦法。

主動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器溶液如何工作

智能主動(dòng)中繼器可以在三種部署情況下緩解聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的可用性挑戰(zhàn):

缺乏聯(lián)絡(luò)點(diǎn)或強(qiáng)反射路徑: 這一部署挑戰(zhàn)包括在GNB(設(shè)想下一代基地站)和最終用戶(hù)設(shè)備(UE)之間沒(méi)有視線(xiàn)或強(qiáng)反射路徑的情況?？紤]到高頻率的反射傳播特性,自然/被動(dòng)反射器需要在源與目標(biāo)之間創(chuàng)建一個(gè)像鏡像一樣的路徑。這種鏡像型路徑需求進(jìn)一步限制了依賴(lài)環(huán)境中的自然反射器關(guān)閉MM波鏈接的部署場(chǎng)景。

非常高的透光損失: 這個(gè)部署場(chǎng)景涉及由于GNB和UE之間的信號(hào)阻塞對(duì)象造成的非常高的透光損失。例如,通過(guò)彩色玻璃窗的傳輸損失可以高達(dá)~40分貝,這是非常困難的補(bǔ)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(yīng)環(huán)境、反射器和UU中的運(yùn)動(dòng)和變化。典型的環(huán)境變化,例如聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的堵塞或UE方向的改變,可能會(huì)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(gòu)改進(jìn),以便為移動(dòng)和不同環(huán)境提供更強(qiáng)大、更可靠的連接。

主動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器可以在移動(dòng)設(shè)備附近產(chǎn)生寬光束,而不是通過(guò)調(diào)整指向?qū)Ш叫l(wèi)星和無(wú)線(xiàn)電的窄光束來(lái)追蹤環(huán)境或反射器的快速變化。一旦這些準(zhǔn)固定的寬光束被創(chuàng)建,就沒(méi)有必要立即追蹤移動(dòng)設(shè)備的位置或方向的快速變化。

主動(dòng)中繼器可以設(shè)計(jì)來(lái)減少M(fèi)M波鏈路的可用性和解決聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的挑戰(zhàn)。為了最大限度地減少延遲、成本和復(fù)雜性,基于"無(wú)解調(diào)器"架構(gòu)的轉(zhuǎn)發(fā)器最大限度地提高了可用的信號(hào)強(qiáng)度,并消除了對(duì)傳統(tǒng)解調(diào)和再調(diào)制技術(shù)的需求。

通過(guò)通過(guò)時(shí)間槽、頻率和物理空間或范圍啟用多種訪(fǎng)問(wèn)選項(xiàng),一個(gè)單一的主動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器可以在下列情況下支持幾種類(lèi)型的最終用戶(hù)設(shè)備:

靜態(tài)單波束: 轉(zhuǎn)發(fā)器接收一個(gè)覆蓋全頻率信道的流,并通過(guò)一個(gè)可以覆蓋所有終端用戶(hù)設(shè)備的狹窄光束再傳輸該流。

多束轉(zhuǎn)換: 轉(zhuǎn)發(fā)器光束設(shè)置是在時(shí)間分配的基礎(chǔ)上打開(kāi)的。轉(zhuǎn)發(fā)器接收單個(gè)流,并在交換光束上重新傳輸流。每一個(gè)時(shí)間槽中的光束輪廓與分配給該時(shí)間槽的終端用戶(hù)設(shè)備有關(guān)。

同時(shí)多光束: 該中繼器可以配置為同時(shí)通過(guò)覆蓋所有終端用戶(hù)設(shè)備的多束光束再傳輸全帶寬MM波信號(hào)。

通過(guò)在中繼器設(shè)備中重新配置波束形成的發(fā)動(dòng)機(jī)資源,可以設(shè)計(jì)出一個(gè)主動(dòng)中繼器來(lái)動(dòng)態(tài)地支持所有三種類(lèi)型的光束。光束重構(gòu)可在安裝或操作過(guò)程中應(yīng)用.考慮到這種多接入架構(gòu)的可重構(gòu)性和動(dòng)態(tài)性,一個(gè)中繼器可以支持幾種類(lèi)型的終端用戶(hù)設(shè)備。

考慮一個(gè)主動(dòng)的轉(zhuǎn)發(fā)器場(chǎng)景,在這個(gè)場(chǎng)景中,四個(gè)跳被配置在GNB和鏈中的最后一個(gè)中繼器之間。這些跳將GNB和最后一個(gè)中繼器之間的距離延長(zhǎng)到2公里以上。這是以接近零的延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)槊總€(gè)無(wú)解調(diào)器節(jié)點(diǎn)不需要執(zhí)行去調(diào)制/再調(diào)制。通過(guò)分析MM波信號(hào)通過(guò)中繼器傳播時(shí),誤差向量級(jí)逐漸降低的結(jié)果表明,在最后一個(gè)中繼器節(jié)點(diǎn)上仍保留著~23分貝的目標(biāo)信噪比。

中繼器中的光束搜索和精煉的復(fù)雜性是可以控制的,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)和中繼器之間的光束配置是靜態(tài)的。一旦對(duì)GNB和中繼器之間的光束進(jìn)行了優(yōu)化和微調(diào)(在充電時(shí)或在慢速度下周期性地),就只有兩個(gè)光束需要?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化,例如。,中繼器和UE之間的光束。這就產(chǎn)生了一個(gè)高效率的光束搜索實(shí)現(xiàn),類(lèi)似于一個(gè)GNB和UE之間的直接鏈接。

結(jié)論

值得注意的是,對(duì)5G的采用還有其他的商業(yè)和最終用戶(hù)要求。其中包括對(duì)光纖專(zhuān)用數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級(jí),以處理更多的流量、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)需求,以補(bǔ)充5G要求的高速運(yùn)行。5G兼容設(shè)備是另一個(gè)考慮因素,無(wú)論是移動(dòng)還是固定局域網(wǎng),尤其是如果你打算使用5G來(lái)確保固定寬帶下降時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

5G部署面臨的一個(gè)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(jìn)應(yīng)用程序和同步用戶(hù)所需的最佳性能。雖然目前的亞6GGZ5G網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)有的4GLTE網(wǎng)絡(luò)稍有改進(jìn),但在密集的城市環(huán)境和擁擠的活動(dòng)場(chǎng)地,它們未能實(shí)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(nèi),基于MM波頻率的5G網(wǎng)絡(luò)最有希望實(shí)現(xiàn)高帶寬、低延遲5G連接。然而,MM波技術(shù)也提出了信號(hào)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(lǐng)域也遇到過(guò)類(lèi)似的技術(shù)挑戰(zhàn);我們利用附加接入點(diǎn)、助推器、中繼器和衛(wèi)星校準(zhǔn)等解決方案解決了這些挑戰(zhàn)。

類(lèi)似地,通過(guò)將5G無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)和波束形成天線(xiàn)作為一個(gè)完整的系統(tǒng),MM波解的性能問(wèn)題可以得到比以往任何時(shí)候都大得多的解決。移動(dòng)技術(shù)供應(yīng)商正在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),提供第一個(gè)MM波射頻前端解決方案、大規(guī)模相控陣天線(xiàn)設(shè)計(jì)和智能有源中繼器,以實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)期的高性能、廣泛覆蓋和高可用性。因此,使服務(wù)提供商和行業(yè)伙伴能夠啟動(dòng)室內(nèi)、室外和移動(dòng)增強(qiáng)5GMM波服務(wù),成本降低50%。