5g的期望是巨大的。然而,5G部署面临的一个主要挑战是,可用的次级6GGZ频谱不支持为交付先进应用程序和同步用户所需的最佳性能所需的延迟和吞吐量。虽然目前的亚6GGZ5G网络比现有的4GLTE网络稍有改进,但在密集的城市环境和拥挤的活动场地,它们未能实现5G覆盖率、性能和延迟的承诺。mm波技术可以帮助解决这个问题,但也存在挑战。本文探讨了在处理这些5G部署挑战时需要考虑的关键因素。
细胞技术总是在不断发展,以满足现代日益增长的数据需求。GSM导致2G允许短信和基本数据传输。3G允许有效的移动互联网浏览,4G允许用户更可靠地传输视频,并享受稳定的网络电话。5G承诺更多,比它的前身快100倍,具有更高的带宽,更低的延迟,更可靠的覆盖和更大的可用性。
我们对5G的期望更大,特别是在数据密集型场景中,实时处理是必不可少的。即将推出的5G系统将带来自主驾驶等创新,其他新出现的使用案例包括车辆对车辆(V2V)通信、智能建筑、城市、远程医疗、医疗机器人(例如用于外科咨询和培训)以及虚拟和增强现实解决方案。
物联网连接设备的数量也将增加,特别是在供应链监测和工业系统监测等领域,在这些领域,关键系统的监测是最优先事项。
然而,考虑到5G的技术要求(和当地的限制),真正5G的早期采用者将包括智能的工厂,仓库和体育场。
有不同类型的5G网络
将整个蜂窝网络基础设施转换为5G处理是一项巨大的任务,许多运营商正在利用现有的基础设施提供他们所谓的"5G",但远未达到实际5G所承诺的下载速度。
基本上有两种5G网络:
· 第一个在中间(3.4-6千兆赫)和低频波段(不到1千兆赫)上运行。它通常依靠4G基础设施。4G提供35到50Mbps的下载速度。虽然这些运营商提供的"5G"解决方案的下载速度超过了4G,但远远低于5G的预期收益。因此,这些解决方案不太可能说服消费者进行升级。
· 超快毫米波(mm波)提供5g我们都想要的,并在24到40兆赫的高频带上操作。以5Gbps的速度,可以在几秒钟内下载整个高清电影。
了解每个5G网络之间的差异和协同作用对于应对部署挑战至关重要。从用户体验的角度来看,MMWE有最大的潜在好处,但设置它并非没有复杂性。
Mm波和5g部署挑战的优缺点
现实世界中的mm波网络速度因距离、信号阻断器和邻近5g塔或小电池而大不相同。虽然MMW5G网络超快,但它们也是非常短的范围。要接收mm波信号,用户必须在一个5g塔的一两个街区内,没有视线障碍物。
高频mm波信号很容易被建筑物、墙壁、窗户和树叶堵塞,进一步降低了可用的5g范围。为了优化覆盖,运营商面临着安装大量高密度小型电池的问题,这增加了大规模部署MM波网络的成本。
由于其覆盖面和视线限制,MM波技术更适合密集的城市环境。由于其范围的局限性,MMWE对郊区和农村地区不是一个实际的选择,最好的服务条件是易于部署、更负担得起的4GLTE网络和6GG5G网络。广泛部署MMW5G网络将需要广泛的地下安装光纤电缆。在此之前,运营商将继续依靠现有的网络基础设施,而市场将过渡到5G。
尽管范围、信号传播和洛斯限制是MM波的缺点,但是莫德米这样的公司开发的先进技术,如大规模MIMO(多输入多输出)、小型天线阵列、适应性波束形成和智能有源中继器,可以有效地应对这些挑战。
智能有源中继器通过放大MM波信号,扩大室外环境和建筑内部基于MM波的网络的范围和覆盖面,来解决5G信号的传播挑战。主动中继器的工作方式是提升mm波信号,使他们能够穿透墙壁和其他阻挡物,并弯曲周围的建筑,以克服洛斯问题,而不需要庞大的天线设计或昂贵的纤维回程。当部署在建筑物内时,智能转发器可以放大微弱的光束信号,可以照亮整个房间,改善终端用户和应用程序连接的体验。
在整个5G网络中广泛使用主动中继器,使服务提供商能够以低50%的成本启动室内、室外和移动增强5GMM波服务。
全美国的。运营商目前正在测试mm波网络,在选定的主要城市和社区提供服务。目前,低于6千兆赫5克的网络比MM波更广泛,主要运营商向城市地区的许多客户推出了较低频率的5G网络。
随着客户需求预计到2023年将超过6-6千兆赫的容量,多家运营商已经部署了基于MMWE的5G网络,第1级运营商正在转用MMWE技术来满足网络容量需求。
虽然Mm波网络的批评者认为,6-6千兆赫网络的覆盖率比Mm波网络好,并需要较少的基站(下一代无线电节点),但有限的6千兆赫频谱最终将需要部署更多的全球广播网络。在拥挤的城市地区、运动场、音乐会场地和机场,高带宽的mm波可以帮助缓解日益严重的网络拥挤。这个部署意味着在一些你对连接没有期望的地方,你会有一个稳定的高速连接。
虽然正在向5G网络过渡,但在5G取代4GLTE之前,还有很长的路要走。目前,大多数用户都在使用4G和有限的亚6千兆赫5G服务,超高速的mm波速度和低延迟的承诺刚刚超过地平线。
释放5G潜力的三个技术挑战
为了实现5G的低延迟、高带宽、更快速度和广泛覆盖的宏伟目标,主要运营商和mm波解决方案供应商正在努力克服这些基本挑战:
· 传统的高频射频设计方法和昂贵、体积大、效率低的天线为实现MM波5G网络的性能目标设置了障碍。
· 大规模地部署小型电池和继电器以支持MM波网络,会增加5G的基础设施成本。
· MM波频率会导致更大的传输损失造成的距离,信号堵塞,和非线路的条件。
· 需要波束天线和先进的波束管理技术,以实现更长的范围,增加系统复杂性。
为了加速大规模部署mm波网络,运营商和5g设备制造商必须应对这三个技术挑战:
· 单天线在高频率下的高传输损耗:这是一个非常清楚的技术挑战,有一个透彻的分析和明确的解决方案。利用可操纵相控阵列可以通过许多小型天线元件的共相位来建立大的天线孔径来克服这一挑战。
· 需要在发射机和接收机之间设置可追踪的联络点路径或强反射路径:由于缺乏高无线电频率的折射/衍射,限制了与联络点路径或强、像镜像一样的反射路径连接的可用性。这是提供MM波连接的一个主要限制,必须在任何地方、任何时候都可以提供。
· 高无线电频率材料的高透光损失:与低于6千兆赫的无线电信号相比,MM波信号在玻璃、彩色窗户、砖瓦、木材和石膏板等材料中传播时,表现出很高的透光损失。即使是传统的玻璃窗,也能用6分贝减弱MM波信号,而多盘式低E玻璃会造成近40分贝的损失。信号阻塞是一个主要的限制,限制了可利用的MM波,任何地方和任何时候。
第一个挑战(单一天线的传播损失)是很好理解的,并通过部署大型相控阵天线成功地减轻了这一挑战。然而,直到最近,对于视线和透光损失问题还没有得到广泛同意或标准化的解决办法。
主动转发器溶液如何工作
智能主动中继器可以在三种部署情况下缓解联络点的可用性挑战:
缺乏联络点或强反射路径: 这一部署挑战包括在GNB(设想下一代基地站)和最终用户设备(UE)之间没有视线或强反射路径的情况。考虑到高频率的反射传播特性,自然/被动反射器需要在源与目标之间创建一个像镜像一样的路径。这种镜像型路径需求进一步限制了依赖环境中的自然反射器关闭MM波链接的部署场景。
非常高的透光损失: 这个部署场景涉及由于GNB和UE之间的信号阻塞对象造成的非常高的透光损失。例如,通过彩色玻璃窗的传输损失可以高达~40分贝,这是非常困难的补偿单跳。
不可追踪的不断变化的环境和/或反射器: 理想的情况是,光束跟踪算法可以跟踪和适应环境、反射器和UU中的运动和变化。典型的环境变化,例如联络点的堵塞或UE方向的改变,可能会证明很难追踪而不失去连接。然而,需要更多的缓解方法和架构改进,以便为移动和不同环境提供更强大、更可靠的连接。
主动转发器可以在移动设备附近产生宽光束,而不是通过调整指向导航卫星和无线电的窄光束来追踪环境或反射器的快速变化。一旦这些准固定的宽光束被创建,就没有必要立即追踪移动设备的位置或方向的快速变化。
主动中继器可以设计来减少MM波链路的可用性和解决联络点的挑战。为了最大限度地减少延迟、成本和复杂性,基于"无解调器"架构的转发器最大限度地提高了可用的信号强度,并消除了对传统解调和再调制技术的需求。
通过通过时间槽、频率和物理空间或范围启用多种访问选项,一个单一的主动转发器可以在下列情况下支持几种类型的最终用户设备:
静态单波束: 转发器接收一个覆盖全频率信道的流,并通过一个可以覆盖所有终端用户设备的狭窄光束再传输该流。
多束转换: 转发器光束设置是在时间分配的基础上打开的。转发器接收单个流,并在交换光束上重新传输流。每一个时间槽中的光束轮廓与分配给该时间槽的终端用户设备有关。
同时多光束: 该中继器可以配置为同时通过覆盖所有终端用户设备的多束光束再传输全带宽MM波信号。
通过在中继器设备中重新配置波束形成的发动机资源,可以设计出一个主动中继器来动态地支持所有三种类型的光束。光束重构可在安装或操作过程中应用.考虑到这种多接入架构的可重构性和动态性,一个中继器可以支持几种类型的终端用户设备。
考虑一个主动的转发器场景,在这个场景中,四个跳被配置在GNB和链中的最后一个中继器之间。这些跳将GNB和最后一个中继器之间的距离延长到2公里以上。这是以接近零的延迟时间实现的,因为每个无解调器节点不需要执行去调制/再调制。通过分析MM波信号通过中继器传播时,误差向量级逐渐降低的结果表明,在最后一个中继器节点上仍保留着~23分贝的目标信噪比。
中继器中的光束搜索和精炼的复杂性是可以控制的,因为网络和中继器之间的光束配置是静态的。一旦对GNB和中继器之间的光束进行了优化和微调(在充电时或在慢速度下周期性地),就只有两个光束需要动态优化,例如。
中继器和UE之间的光束。这就产生了一个高效率的光束搜索实现,类似于一个GNB和UE之间的直接链接。
结论
值得注意的是,对5G的采用还有其他的商业和最终用户要求。其中包括对光纤专用数据中心进行升级,以处理更多的流量、数据传输和存储需求,以补充5G要求的高速运行。5G兼容设备是另一个考虑因素,无论是移动还是固定局域网,尤其是如果你打算使用5G来确保固定宽带下降时的业务连续性。
5G部署面临的一个主要挑战是,可用的子6GGZ频谱不支持延迟和吞吐量,以提供先进应用程序和同步用户所需的最佳性能。虽然目前的亚6GGZ5G网络比现有的4GLTE网络稍有改进,但在密集的城市环境和拥挤的活动场地,它们未能实现5G覆盖率、性能和延迟的承诺。
在24千兆赫至40千兆赫范围内,基于MM波频率的5G网络最有希望实现高带宽、低延迟5G连接。然而,MM波技术也提出了信号传播、阻塞和路径丢失的挑战。我们以前在卫星电视和Wi-Fi领域也遇到过类似的技术挑战;我们利用附加接入点、助推器、中继器和卫星校准等解决方案解决了这些挑战。
类似地,通过将5G无线电天线和波束形成天线作为一个完整的系统,MM波解的性能问题可以得到比以往任何时候都大得多的解决。移动技术供应商正在应对这一挑战,提供第一个MM波射频前端解决方案、大规模相控阵天线设计和智能有源中继器,以实现5G网络预期的高性能、广泛覆盖和高可用性。因此,使服务提供商和行业伙伴能够启动室内、室外和移动增强5GMM波服务,成本降低50%。
