E-Band满足4G和5G网络需求

爱立信：催化高容量回程解决方案 技术洞察 充分利用高容量回程解决方案： 探索E频段在满足4G和5G网络需求中的作用 爱立信：催化高容量回程解决方案 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70/80GHz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。 100% 80% 60% 40% 20% 0% 2015201720192021202320252027 图1：来源：爱立信微波展望2022 来源：爱立信2022 6-13GHz 15-23GHz 26-42GHz 60GHz E波段W波段D波段 如图1所示，尽管传统波段（6-42GHz）仍然是市场上的主要微波回程解决方案，E波段（70/80GHz）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。 预期 展望未来，正在进行标准化超过100GHz频谱的工作，也称为W波段和D波段。 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。 在上升 在顶峰 滑入低谷 攀登斜坡 进入平台期 高增长采用阶段 开始：>30%的潜力市场 已采用 E波段 技术 触发 峰值通胀预期 谷底幻想破灭 斜率启迪 平台期生产力 5%ofpotential市场 采用 D波段 第二代产品 第三代产品 W波段 V波段 第一代产品 时间 图2：毫米波频段“炒作周期”状态 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。 开放以供部署在考虑中 尚未考虑 未知 图3：来源：爱立信微波展望2023 根据国际电信联盟（ITU-RF.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10GHz，分为多个频道。频道范围从250MHz到2000MHz。 •19信道x250MHz•9信道x500MHz•4信道x1000MHz•2信道x2000MHz E-band无线电台通常支持250、500、750、1000、1500和2000MHz的信道空间，在某些情况下，如图4所示，还包括62.5和125MHz等子频段。 62.5 125 250 500 750 1000 1500 2000 兆赫兹 图4：E波段支持的信道和子带信道。信道越宽CSP从监管机构获得的大小，其容量可以达到的程度就越高。 例如，如果CSP拥有1000MHz的E频段频谱，在256QAM调制下，该无线电可以提供7689Mbps的容量。 光纤与E波段 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。 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。 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： •城乡两地的光纤部署成本•硬件成本 •实施成本 •每年折旧 •基础设施成本 •频谱成本 •年度运营支出 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。 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。 图5：移动回程（MBH）解决方案的成本与距离对比 费用 12345678910111213千米 微波6-42GHz微波光许可E频段光纤自建暗光纤 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70/80GHz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。 交通/站点 红色区域-高容量 •网站占比5% •25%oftotaltrafficvolume 节能且高容量 5-10Gbps（每秒吉比特），适用于终端站点 E波段 E波段 灵活性与效率相结合 2-4Gbps（每秒吉比特）针对端点站点 5-10Gbps的聚合带宽 多频段 多频段 长距离高容量 1-2Gbps端站点 5-10Gbps的聚合带宽 长途 蓝色区域-中等容量 •25%ofsite •总交通量中占比50% 绿色领域-低产能 •网站占比70% •25%oftotaltrafficvolume 网站 5%25%50%100% 图6 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）。 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。 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1Gbps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。 聚合节点 E波段 所有户外解决方案 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。 多频段助推器 1+0 1+0 E波段 光纤替代和保护 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） 。 E-band可以作为光纤链路的替代方案。E-band也可以作为光纤链路保护。 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10Gbps的容量。 无线电 基带酒店 无线电 E波段链路规划 E-band容量 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hundredMbps到多Gbps的容量。 例如，在2000MHz信道空间和128QAM调制下，E频段无线电容量可达10Gbps。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。 E-band链路可用性 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。 打破“五个9”的神话 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。 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。 100 90 80 快乐的用户（%） 70 60 50 40 30 20 10 0 0909999.999.9999.999 可用性，3.2Gbps（%） 放松的后向链路，低负载宽松的后向链，中等负载宽松的回程，高负荷 理想的回程 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 图20）7：爱立信微波展望2020来源：爱立信（20 新的E波段链路关键绩效指标（K拓P展IsE）波段链路的覆盖 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 。 范围和增加其容量 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。 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， 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。 •峰值信息速率（PIR），没有可用性目标，但在规划阶段需要5-19dB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。 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。 E-band无线电支持广泛的调制步骤，通常从半BPSK到1024QAM。单个250MHz的带宽可以提供从68Mbps到2363Mbps的容量范围。 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。 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。 非常宽频段E波段 广泛的频率范围频段18-42GHz 窄频带 6-15GHz波段 高可用性（99.995%）可用性较低 多频段 密集城