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第二代E-Band微波:LTE时代的选择

日期: 2018-10-17
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     随着移动宽带的高速发展,网络容量增长迅猛,作为承载网主要回传方式之一的微波网络,面临超大业务容量和站址密集部署的双重挑战。传统频段微波(6-42GHz)频谱资源日趋紧张,带宽容量有限,难以满足G比特级大带宽站点的回传需求,而E-Band微波(80GHz)因其频带资源丰富、传输容量大、频谱使用费低廉以及高频窄波束适应密集部署等优势,逐渐从传统的企业市场应用向运营商级的大带宽业务承载网方向发展。

      E-Band轻松应对大容量回传业务

      E-Band是指频率在80GHz(71-76GHz和81-86GHz)的微波频段,是目前用于商用微波通信的最高频段。根据ITU-R的频谱分配建议(见图1),E-Band可用总频宽高达10GHz,按照ETSI的标准,可分为19对250MHz的子频带,多个子频带可组合使用,具有比常规微波频段更宽的可调制波道间隔,使得E-Band微波通信系统能够传输G比特以上容量的业务。采用高阶调制方式后,E-Band微波可以实现1-5Gbps,甚至10Gbps以上的高容量空口传输。

      E-Band微波天然具有传输大容量业务的能力。以一个GSM/UMTS/LTE共站的站点为例,假设其最大回传业务容量为400Mbps(其中LTE业务300Mbps),正常情况下,常规频段微波(6-42GHz)需占用频谱定义中的最大子频带56MHz,在256QAM调制下才能勉强满足传输带宽需求,这几乎是不采用其它容量增强技术时,常规频段微波能够达到的最大容量。

      而对E-Band微波来说,传输400Mbps业务仅需使用标准定义中的一个250MHz(E-Band最小子频带),在最低调制模式QPSK下即可轻松完成。若采用高调模式(如64QAM)以及2个250MHz的频带(500MHz),E-Band可实现2.5Gbps的超大传输带宽。对于当前实际部署和规划的GSM/UMTS基站,尽管其单站容量一般不超过100Mbps,但在较大的汇聚站点,仍然会面临向核心网汇聚传输Gbps级业务容量的需求,这意味着E-Band同样适用于城域大汇聚节点的无线传输。


图1 ITU-R建议的E-Band频谱划分

      此外,E-Band所在的80GHz高频段具有极窄的波束角,频谱重用的干扰相对较小,适合密集的LTE接入网,在实际频率规划中可以灵活组合1个或多个250MHz粒度的子频带,配合自适应调制(AM)和自适应波道调整(AC)技术,能在城区密集部署回传网络时更灵活有效地规划频谱,方便同一区域内多家运营商同时部署E-Band微波。

      目前,全球已有40多个国家和地区开放了E-Band频段,其中多数国家和地区对E-Band频谱的管理均实行免费或低资费的策略,以鼓励和推动更多的应用,缓解微波频谱资源日趋紧张的问题,尽可能减少和保护运营商在频谱上的投资。

      第二代E-Band面向未来电信级应用

      目前市场上应用的E-Band微波多用于企业级传输场景,在传输容量、频谱效率、网络特性和管理等方面有很多不足之处,具体表现在:只支持低调制模式(BPSK),最大仅1Gbps传输容量,且需占用1GHz频带实现,频谱效率极低;缺乏分组数据特性,L2或L3等功能通过外置交换机或路由器实现;同步特性欠缺,没有或仅能支持同步以太,不支持IEEE 1588v2;缺少完善的网管功能,仅提供最基本的配置和管理;主要应用于企业级市场,无法满足电信网络设备要求的高可靠性;部署数量少,应用面窄,器件和设备成本高昂,无规模交付及维护能力,整体TCO高等。

      随着LTE网络的快速发展,未来单站传输容量需求可持续增长至G比特级,LTE在数据特性、同步、管理等诸多方面也对回传提出了更高要求。显然,以企业级应用为主的第一代E-Band微波产品无法满足LTE对大带宽、高性能和低成本回传的诉求。为此,领先的微波厂商纷纷投入到新一代E-Band产品的开发中,适应未来电信级应用的第二代E-Band微波应运而生。


      2012年10月,华为率先发布了业界首个第二代E-Band微波产品,该产品在传输容量、分组特性、同步、网络管理和降低TCO等各方面的性能均比第一代E-Band有了质 的提升。

      超大传输容量和极高频谱效率

      第二代E-Band支持64QAM高调技术,在不采用以太帧头压缩等容量增强技术的情况下,使用一个250MHz子频带即可实现1.2Gbps的传输容量。若组合采用2个250MHz子频带,E-Band微波单链路传输容量可达2.5Gbps(采用以太帧头压缩技术时,1个250MHz即可实现2.5Gbps传输容量),完全能够满足未来G比特级基站对超大容量业务的回传需求。相比第一代E-Band需占用1GHz频段才能实现G比特级别的传输,第二代E-Band的频谱利用率显然大大提升。

      先进的容量增强技术

      为最大限度减少天气、环境变化对微波链路的影响,第二代E-Band微波采用了自适应调制和自适应波道调整技术来进一步增强链路的容量和可靠性,支持从QPSK到64QAM,多达6级的随天气变化自适应的调制级别,以及250MHz和500MHz调制频带的动态调整,能够提供从数百Mbps到2.5Gbps的精细弹性大带宽管道,提升了站点规划部署的灵活性。

      另一个提高运营商无线分组业务传输效率的重要技术是以太帧头压缩技术(也称“带宽加速器”)。 第二代E-Band支持深度的以太帧头压缩,能够在微波空口链路对以太分组中的二层以太帧头(L2 Ethernet)和三层IP报文头(UDP/IP/IPv4/IPv6)进行压缩后传输,帧头占比较大的短包分组(≤128Bytes)传输效率可明显提升50%-60%。由于LTE业务常含有较大比例的短包分组,以太帧头压缩技术的应用能够显著提升E-Band微波在传输LTE分组业务时的吞吐量。

      完善的时钟同步机制

      时钟同步是微波承载网部署时需要考虑的一个重要环节,第一代E-Band微波仅支持同步以太技术以提供频率同步功能,无法满足LTE业务承载所需的相位同步需求。第二代E-Band微波从电信级应用的需求出发,支持各种场景下的同步以太和全模式IEEE 1588v2(BC/OC/TC)部署,还采取了带外同步传输等机制来确保分组网络中同步信息的精准传送。

      丰富的以太数据及网络管理特性

      第二代E-Band具备丰富的网络和管理特性:设备/链路/网络级的保护机制;全面的L2以太特性;深层次的端到端QoS和SLA支持,特别是L2 OAM能够及时完成复杂网络中的各类故障排查和定位;支持MPLS-TP以提供可靠的端到端分组业务传送和管理。

      显著降低TCO

      除了E-Band频段本身具有较低的频谱使用费外,第二代E-Band产品还采用电信级的产品设计,从而提供高可靠性;高频谱效率和带宽能够极大降低单位比特传输成本和功耗;全室外型设备结构紧凑,多GE口易于扩展;独特USB口配置利于快速开局和备份,多功能(业务/供电/网管)一线连接免上塔维护;使用与光网/路由器/微波端到端统一的网管平台……这些特性都能显著降低运营商的TCO。

      第二代E-Band微波可应用于大带宽汇聚链路及光网补环、宏站回传和高密度Small Cell微站接入等场景,能够很好地适应运营商建设高质量超大带宽回传网络的需求,日益受到全球运营商的青睐,沃达丰、法国电信、德国电信、西班牙电信、挪威电信、俄罗斯MegaFon等领先的跨国运营商已纷纷启动了第二代E-Band的商用进程。根据Dell’Oro公司的预测,未来5年以E-Band为主的超大容量微波市场将会有高达26%的年均持续增长。E-Band产品和技术本身也在不断发展中,结合更高调和MIMO等大容量无线传输技术,未来E-Band传输带宽有望达到5-10Gbps,使微波真正成为“光纤级”容量的可靠传输平台。


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