E-Band满足4G和5G网络需求

引言 随着移动回程网络中对强大分组容量需求的增加，由于4G和5G无线接入网络（RAN）的增长，需要具有处理大量数据能力的强大高容量回程解决方案。这要求审查传统微波链路的关键性能指标（KPIs）和可用性目标。同时，从财务角度来看，考虑硬件和频谱资源的有效利用也非常重要。虽然微波技术在传输网络中普遍使用，但通信服务提供商（CSPs）现在正转向E波段，这是一个高容量、低许可的微波频谱，工作在70/80 GHz的频段。 E波段因其宽的信道间隔而具有显著优势，有助于实现大量容量。其应用范围包括RAN站点的回程和加强光纤链路。通过利用自适应调制和多频段增强等特性，E波段的范围和效用得到提升，同时保持网络性能标准。此外，E波段技术的集成与可持续性目标和节能目标相一致，从而有助于减少能耗。本篇技术洞察论文深入探讨了E波段技术，重点关注其基本特性、潜在用途以及其在有效增加回程容量以满足4G和5G技术不断增长需求中的关键作用。 微波回程概述 E-band是微波频谱中70/80GHz的部分，用于移动回程。一般来说，微波频谱的范围在5-80GHz之间，其中5-42GHz被称为传统频段，70/80GHz或E-band。 E波段大约15年前被引入微波频谱。E波段技术提供了广泛的信道，使得微波链路能够达到每秒多G比特的容量。这扩展了微波链路的应用范围，使其能够覆盖传统上仅由光纤支持的高容量用例。 E-band 是适用于移动回程、FWA 连接、光纤保护和更多场景的合适解决方案。 大约需要10年的时间来标准化和充分发展E波段技术至今天的水平。这表明，虽然W波段面临着自身的技术挑战，但很可能会更快地达到其全部潜力并进入生产力平台期。根据图2所示，D波段可能需要更长的时间。 如图1所示，尽管传统波段（6-42 GHz）仍然是市场上的主要微波回程解决方案，E波段（70/80 GHz）已经成为成熟的移动回程解决方案，并在全球范围内得到应用。 展望未来，正在进行标准化超过100 GHz频谱的工作，也称为W波段和D波段。 E波段频谱 近年来，E频段频谱在多个市场中得到开放。在许多情况下，该频谱的许可证制度比传统频段更为宽松，这使得通信服务提供商更容易获得频谱。 • 19信道 x 250 MHz •9信道 x 500 MHz • 4信道 x 1000 MHz • 2信道x 2000 MHz 根据国际电信联盟（ITU-R F.2007，附件2），该机构是全球负责无线电频谱管理的机构，E频段频谱为10 GHz，分为多个频道。频道范围从250 MHz到2000MHz。 E-band无线电台通常支持250、500、750、1000、1500和2000 MHz的信道空间，在某些情况下，如图4所示，还包括62.5和125 MHz等子频段。 例如，如果CSP拥有1000 MHz的E频段频谱，在256 QAM调制下，该无线电可以提供7689 Mbps的容量。 光纤是移动回程中常用的一种介质。光纤提供所需的超高容量，用于连接站点，并在称为光纤接入点（PoP）的节点处用于终止微波链路。 • 频谱成本• 实施成本• 每年折旧• 基础设施成本• 年度运营支出 然而，光纤存在一些挑战，如较长的上市时间、较高的总拥有成本（TCO）、建设中的困难以及可用性。这些都是在部署4G或5G的高容量回程网络时需要考虑的关键因素。 微波，另一方面，在许多部署场景中，与光纤相比，能提供更快的上市时间和更好的商业案例，尤其是在E波段。 在图5中所示，E波段通常比传统微波技术更具有成本效益的无线回程解决方案。这部分原因是较宽松的许可法规以及实现相同容量所需的无线电数量较少。 示例：相对于光纤，何时使用E波段 以下业务案例示例说明了何时使用光纤，何时E波段是更好的解决方案。在构建面向东非通信服务提供商（CSP）的业务案例时，考虑了多种因素： E-band在超过1.5公里的链路中提供的总拥有成本（TCO）优于自建光纤，而对于超过3公里的链路，它相对于暗光纤来说是一种更高效的解决方案。 • 城乡两地的光纤部署成本 • 硬件成本 值得注意的是，这一结论是基于单一市场的研，且根据上述提到的因素，在市场之间可能有所不同。 当部署4G/5G回程网络时，总拥有成本和快速上市时间是关键考虑因素。 在哪里使用E频段？ E-band无线电工作在70/80 GHz频段。这个频段可以根据规划参数和性能目标达到几公里的距离。它还提供了一系列的频道，这赋予了它非常高的容量，使其能够高效处理大量数据。因此，E-band技术是城市区域理想的解决方案，在这些区域中，链路通常较短，需要更高的容量用于接入或聚合目的。 如图6所示，E波段仍然是郊区地区的有效微波解决方案——通过采用多频段解决方案。在保持高可用性微波链路上的高优先级流量的情况下，有可能扩展E波段链路的作用范围。 高容量接入4G/5G站点和固定无线接入（FWA）。 例如，当需要E频段进行4G/5G接入回程时，这是所需的回程容量超过1 Gbps的RAN站点时。E频段可以通过其支持的广泛频道范围提供这样的容量。 E-band可以为产生多Gbps高吞吐量的RAN站点提供足够的容量进行回程。 高容量聚合 当在单一地点整合多个站点时，累积容量需要一种能够高效处理聚合流量并将其传输到最近的光纤终端点的微波链路。E波段技术有效地满足了这些容量需求。 最后，将E波段与传统的波段链路结合，创建多波段链路，旨在提供必要的流量保护并扩展E波段的运营覆盖范围。 E-band能够提供光纤级的容量。正如我们在上一节所看到的那样，它在特定距离范围内和其他因素方面，比其他解决方案具有更快的上市时间和更好的总拥有成本（TCO）。 eCPRI 前传 E-band也可以用作微波前传解决方案，以连接无线电单元和集中式无线接入网（C-RAN）站点架构中的基带，在需要连接性的区域。 有限。此外，在光纤连接不可用的地方它很有用。eCPRI配合E波段支持10 Gbps的容量。 E波段链路规划 E-band 容量 在移动回程流量中，由基于数据包的数据构成的比例较大，因此通过增加频谱分配、扩大天线尺寸或对链路距离施加限制来过度配置微波链路的需求降低。进行此类操作将导致总拥有成本（TCO）上升和功耗增加。 根据信道空间和调制方式的组合，E波段电台可以提供从几 hundred Mbps 到多 Gbps 的容量。 例如，在2000 MHz信道空间和128 QAM调制下，E频段无线电容量可达10 Gbps。如果使用同信道双极化（CCDP）和交叉极化干扰消除技术（XPIC），相同的信道容量可以加倍。 打破“五个9”的神话 E-band链路可用性 在爱立信微波展望报告2020*中，对承载数据流量（视频流）的微波链路进行的模拟结果显示，用户体验的断裂点出现在微波链路99.9%的可用性时。 CSPs需要优化E频段固有的大量高容量能力，以实现4G和5G网络的高效回程。这种优化可以通过重新评估微波链路规划所遵循的关键绩效指标（KPIs）来实现，超越传统采用的“五个9”方法（微波链路99.999%的年度可用性）。在当代网络场景中， 在考虑此结果的基础上规划E波段链路将使服务提供商更好地利用其可用的E波段频谱，并为用户提供更高的容量，如图7的大部分所示。 用户体验主要受RAN性能驱动。 差异化可用性实现了高效的成本回程，同时不影响用户体验。 *更多信息：爱立信微波展望：利用微波增强5G 新的E波段链路关键绩效指标（KPIs）拓展E波段链路的覆盖范围和增加其容量 新发布的ETSI集团文档《规划微波和毫米波回传网络的KPI》——由ETSI毫米波传输产业规范组编制——提出了针对采用E频段微波链路的KPI和可用性目标，并考虑了当前回传交通模式。该文档基于爱立信进行的模拟结果，有效地说明了，只要可用性目标高于99.7%的门槛，用户体验不会受损。这种规划方法可以在不要求对当前使用的频谱进行任何改变或引入新特性的情况下实现。 在放宽关键绩效指标和可用性目标，以及采用自适应调制和多频段解决方案的条件下，可以增加链路的可用性和容量。此外，新引入的摆动补偿天线也可以作为提高E波段链路可用性的组成部分。 适应性调制 基于分组技术的微波链路采用自适应调制，在正常天气条件下提高调制阶数以传输额外容量。自适应调制是E波段链路规划的关键。 该文件建议了三个新的关键绩效指标（KPIs）。 • 承诺信息速率（CIR），保证4-5个9的可用性， E-band无线电支持广泛的调制步骤，通常从半BPSK到1024 QAM。单个250 MHz的带宽可以提供从68 Mbps到2363 Mbps的容量范围。 •峰值信息速率（PIR），没有可用性目标，但在规划阶段需要5-19 dB的衰落余量以及， • 后传流量可用性（BTA），一项新的关键绩效指标，目标为99.7%至99.9%，将对用户体验无影响。 多频段 在单一微波链路中结合两个不同的频段被称为多频段。 差异化可用性实现了高效的成本回程，同时不影响用户体验。 在图8中，E波段具有最高的峰值容量和较低的可用性，而传统波段则具有较低的峰值容量和较高的可用性。 多频段结合自适应调制，如图9所示，将确保在提高链路容量和其覆盖范围的同时，保护重要流量，允许两个频段具有不同的可用性目标。 多频段链路的效率决定了可用于流量回程的边界链路容量。 摇头补偿天线 主桅倾斜可能是由于风力或太阳能弯曲引起的。当承载E波段链接的主桅倾斜时，尤其是安装在高塔上的0.6米和0.9米天线，E波段的窄波束可能会影响对准的稳定性。 爱立信的一项研究表明，只有极少数E波段链路因天线杆摇摆而对性能产生了影响。然而，对于此类情况仍有一个解决方案。摇摆补偿天线是一种特殊的天线，可以持续适应并减轻摇摆的影响。 它通过分析接收到的信号电平，并使用陀螺仪和加速度计传感器来检测偏移并相应地补偿，以确保连接保持功能正常。 在一次南部欧洲沿海的6.7公里E波段跳跃中进行了摆动补偿场试验。一个带有摆动补偿天线，高度为28米的链路，其交通状况得到了监控。 图10：爱立信微波展望2023 E-band 与电力消耗的降低 微波网络的能源效率，以传输容量每瓦特（W/Mbps）的功耗来衡量，随着时间的推移显著提高。E波段技术的性能提升主要归因于调制方案的增加、频率信道的拓宽以及载波聚合的引入。这些发展导致了每电台传输容量的大幅提升。引入的70/80GHz E波段电台，其频道带宽高达2000 MHz，通过使用更少的电台即可实现相同的容量，如图11所示，这一进展使得这一演变速度提高了五倍。 卡塔尔 在重大体育赛事期间提升产能 肯尼亚 光纤替代与E波段保护和技术演进 结论 在结论中，4G和5G时代对高容量移动回程的需求不断上升，突显了微波技术在移动网络中的重要性，尤其是E频段频谱。E频段，工作在70/80 GHz的频段，由于其具有诸如高达2000 MHz的宽信道间隔等优势特性，成为了一种可行的解决方案，尤其是在与光纤相比的某些场景中，它能够促进高容量和更快的上市时间。通过利用自适应调制和多频段放大器等特性，E频段在多个用例中扩展了其范围和效果，包括高容量4G/5G和固定无线接入（FWA）回程、链路聚合、光纤保护和eCPRI连接。基于分组的流量转型促使通信服务提供商（CSPs）对传统的微波链路规划关键绩效指标（KPIs）进行了评估方式的转变，可能放松可用性目标以提高链路容量，同时确保用户体验保持最佳。无论是独立部署还是与传统频段结合使用，E频段的部署提供了多频段微波链路的多功能性解决方案，标志着移动网络回程能力的令人期待的发展。 莫森·萨拉克比，技术销售经理，中东和非洲地区市场，爱立信 莫森目前负责中东和非洲地区的微波和IP产品销售。作为一名拥有14年电信行业经验的企业和技术领导者，莫森专长于微波系统。他拥有伊斯坦布尔的巴切希尔大学工程管理硕士学位，以及约旦扎