中興通訊：打破常規(guī)，微波Multi-band方案助力5G承載

  ICCSZ訊 2018年6月14日，3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，意味著5G第一版標(biāo)準(zhǔn)確定，其中5G的典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)的需求已相對(duì)明確，超可靠低時(shí)延通信(uRLLC)和大規(guī)模機(jī)器類通信(mMTC)的主要特性將在3GPP R16版本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

  由ITU-R劃分的5G三類典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景(eMBB/uRLLC/mMTC)覆蓋移動(dòng)通信、超高清視頻、云辦公和游戲、VR/AR、智能穿戴、智能家居、智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛和高可靠應(yīng)用等各類應(yīng)用。據(jù)預(yù)測(cè)，未來5G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將比4G網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)500~1000倍，單站峰值傳輸速率可達(dá)10Gbps，與此同時(shí)5G對(duì)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片、時(shí)鐘同步、可靠性和安全性等也有著更高的要求，因此5G承載網(wǎng)絡(luò)面臨巨大的挑戰(zhàn)。

  微波Multi-Band解決方案聚合常規(guī)頻段微波和高頻段E-Band微波，傳輸容量最高可達(dá)10Gbps，支持高低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)保護(hù)，支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，是針對(duì)5G承載網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)的創(chuàng)新型解決方案。

  高頻段的特性及應(yīng)用

  微波傳輸具有鏈路距離長(zhǎng)、傳輸容量大、抗災(zāi)能力強(qiáng)、部署時(shí)間短等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)絡(luò)，以及水利、電力、石油和政企等專屬網(wǎng)絡(luò)。

  目前常規(guī)頻段(6GHz~42GHz)的頻譜資源已極其匱乏，雖然對(duì)于如何滿足未來網(wǎng)絡(luò)承載需求，業(yè)界提出了很多新的方案，但是受到波道3.5MHz~112MHz限制，常規(guī)頻段微波的傳輸容量依然稍顯不足。按照目前常規(guī)頻段配置為112MHz@1024QAM，一跳微波鏈路的L1傳輸容量也僅能達(dá)到1Gbps左右。60GHz及以上高頻段已成為必須研究的課題。

  頻譜劃分

  通常把低于42GHz的頻譜稱為常規(guī)頻段，把57GHz~66GHz之間的頻譜稱為V-Band，把71GHz~76GHz/81GHz~86GHz之間的頻譜稱為E-Band，業(yè)界對(duì)于W-Band和D-Band還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義。目前W-Band泛指100GHz左右的頻譜，比如從92GHz~115GHz，而D-Band泛指130GHz~175GHz頻率范圍(見圖1)。

  V-Band

  V-Band頻段可選帶寬一般為50MHz~2GHz，該頻段既可以作為FDD解決方案，也可以作為TDD模式來使用。該波段受氧氣吸收的影響非常大，所以傳輸距離大多在300m~800m，可作為街道級(jí)別的傳輸解決方案來使用。當(dāng)V-Band產(chǎn)品作為FDD模式工作時(shí), 大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，為企業(yè)和Small Cell進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)V-Band產(chǎn)品作為TDD模式工作時(shí)，不需要區(qū)分上下行，經(jīng)常作為PtMP解決方案來使用。由于該頻段在大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)均為非授權(quán)頻段，所以在實(shí)際部署中更多為企業(yè)用戶所使用。

  E-Band

  E-Band可選帶寬為62.5MHz~2GHz，大帶寬提高了傳輸容量的同時(shí)也大大降低時(shí)延，當(dāng)配置為2GHz@128QAM時(shí)，E-Band鏈路傳輸容量可達(dá)10Gbps，且鏈路時(shí)延低于20ms。未來兩年E-band將會(huì)通過支持更高調(diào)制、更大帶寬、XPIC和MIMO等技術(shù)來進(jìn)一步提升傳輸容量。E-Band頻段頻率高波束窄，電磁環(huán)境干擾少，使得頻率規(guī)劃非常靈活，更加適合密集城區(qū)的大量部署。

  但是，由于E-Band頻段的波長(zhǎng)很短，所以受到空間損耗和降雨天氣的影響很嚴(yán)重，傳輸距離普遍比較近。E-Band頻段在保障99.999%的鏈路可靠性的要求下，普遍傳輸距離在1km左右。在一些特別干旱的區(qū)域或者可靠性要求較低的鏈路上，可以適當(dāng)延長(zhǎng)傳輸距離到3km。

  E-Band產(chǎn)品目前是業(yè)界應(yīng)用最成熟的高頻段微波設(shè)備，可以為L(zhǎng)TE和5G網(wǎng)絡(luò)提供短距離大容量回傳方案及CPRI接口前傳方案。

  W/D-Band

  W/D-Band目前還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)組織定義，然而可用頻譜資源更加豐富，并且大氣吸收的性質(zhì)其實(shí)并沒有隨著頻譜的提高而迅速惡化，或許這兩個(gè)頻段在未來將成為提供大容量解決方案的主要頻段。

  Multi-Band解決方案特性

  目前，常規(guī)頻段微波傳輸容量略有不足，V-Band微波受氧氣吸收影響其鏈路距離非常有限，W/D-Band標(biāo)準(zhǔn)尚未明確無法正式商用。僅E-Band產(chǎn)品成熟，然而受到空間損耗和降雨天氣的影響很嚴(yán)重，其鏈路距離僅為3km以內(nèi)，限制了其在5G承載網(wǎng)絡(luò)中的部署場(chǎng)景。

  Multi-Band解決方案將常規(guī)頻段和高頻段聚合，通常把常規(guī)頻段微波和E-BAND微波組合應(yīng)用，具有傳輸容量大、可靠性高和成本低等特性，且鏈路距離可達(dá)10km(見圖2)。

  容量大

  E-Band微波傳輸容量極大，Multi-Band解決方案聚合了常規(guī)頻段微波和E-band微波后，Multi-Band傳輸容量最高可達(dá)14Gbps(常規(guī)頻段微波配置為4+0，E-Band微波配置為1+0)，在E-Band微波支持XPIC和MIMO等新功能后Multi-Band傳輸容量還會(huì)有較大提升。

  可靠性高

  由于E-Band的波長(zhǎng)很短，受到空間損耗和降雨天氣的影響嚴(yán)重，距離較長(zhǎng)時(shí)鏈路可用度較低。Multi-Band由于聚合了常規(guī)頻段，且常規(guī)頻段受空間損耗和降雨天氣的影響非常小，則所承載的業(yè)務(wù)可用度非常高，在同樣距離條件下，Multi-band解決方案的可用度高于E-Band微波鏈路。

  Multi-Band解決方案支持常規(guī)頻段微波和E-Band微波之間相互保護(hù)，提升鏈路整體可用度。通常情況下常規(guī)頻段微波承載高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，E-band微波傳輸?shù)蛢?yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，如果常規(guī)頻段微波鏈路中斷，則高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)會(huì)發(fā)生切換由E-Band微波傳輸。反之亦然，如果E-Band微波鏈路中斷，則低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)也會(huì)切換由常規(guī)頻段微波傳輸。

  同時(shí)，當(dāng)發(fā)生鏈路擁塞時(shí)常規(guī)頻段微波和E-Band微波會(huì)根據(jù)QoS策略完成業(yè)務(wù)丟棄。

  成本低

  目前一些主流天線廠家陸續(xù)發(fā)布了Multi-Band天線，集成常規(guī)頻段和E-band的創(chuàng)新型天線，容易安裝、空間占用小、天線負(fù)載小，從而能夠節(jié)省工程費(fèi)用、降低鐵塔空間租用費(fèi)用、延長(zhǎng)鐵塔壽命。

  隨著聚合技術(shù)的逐步成熟，Multi-Band解決方案可以聚合異廠家微波鏈路，利舊現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)微波設(shè)備，降低5G網(wǎng)絡(luò)初期擴(kuò)容成本。另外，常規(guī)頻段的載波聚合功能等功能，以及E-Band功耗低和頻譜費(fèi)用低等特性也降低了Multi-Band解決方案的應(yīng)用成本。

  2018年底3GPP R15還將新增一個(gè)版本，即R15 Late Drop，涉及5G新空口(波形、編碼、參數(shù)集、幀結(jié)構(gòu)、大規(guī)模陣列天線等)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(NSA、SA、DU/CU切分等)，5G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定并初步細(xì)化且對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求逐步清晰，5G承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)指日可待。

  微波Multi-Band解決方案完成了最初的概念驗(yàn)證后又完成多個(gè)運(yùn)營(yíng)商的內(nèi)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果符合預(yù)期，目前該方案已處于試商用階段。在5G時(shí)代，微波產(chǎn)品憑借安裝靈活、部署迅速和成本較低等優(yōu)勢(shì)依然會(huì)大有可為。大容量、高可靠性、低成本的微波Multi-Band解決方案將成為5G承載網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

  作者: 裴宗南 中興通訊