ככל שטכנולוגיית התקשורת האלחוטית מתקדמת, רשתות מילימטר (mmWave) 5G הן בחזית של מתן מהירויות נתונים חסרות תקדים ויכולת.עיצוב מערכות ביצועים גבוהות אלה דורש תכנון קפדני, הבנה עמוקה של השכבה הפיזית, ודבקות בפרקטיקה הטובה ביותר מוכחת כדי למקסם את הביצועים, האמינות, ואת הקיבולת הדרגתית. מאמר זה חוקר את עקרונות הליבה ואסטרטגיות מתקדמות לבניית קיבולת של 5G5G והסתכלות קדימה.

טכנולוגיית ה-MMRWave 5G

תדרי מילימטר-גלי (mmWave) בדרך כלל משתרעים מ-24 GHz עד 100 GHz.להקות אלה גבוהות יותר מאפשרות רוחב פס רחב רציוט - לעתים קרובות 400 MHz ל 800 MHz לערוץ - המתורגמים ישירות ל- Multi-gigabit-per-II% 2.The 3rd Partnership Project (3GPP) תקן כמה מ"מ ו-57 בטווחים ב-15, כולל 242,23.5n2, 2.2, 2.2, 2.

עם זאת, אותות מ"מ וייב מתנהגים באופן מהותי שונה מאשר אותות תת- 6 GHz.הם סובלים מאובדן נתיב גבוה יותר, חסומים בקלות על ידי מבנים, חומצה פולית ואפילו גוף אנושי, ויש להם מוגבלות מוגבלת סביב מכשולים. גשם וקליטת אטמוספרית גם אותות אטמומים, במיוחד מעל 50 GHz. אלה תכונות propagation להפוך את עיצוב רשת מ"מ ו-"חובל באמצעות הנדסה.

למרות האתגרים האלה, מ"מ וייב מציעה הטבות טרנספורמטיביות: יכולת קיצונית, שקיפות נמוכה, ואת היכולת לשרת סביבות עירוניות צפופות, אצטדיוןים, מפעלים, גישה אלחוטית קבועה (FWA) פריסות. המפעילים מ"מ וייב כשכבה קיבולת לצד שכבת כיסוי תת- 6 GHz, באמצעות טכניקות כמו קישוריות כפולה ומיזוג מוביל לספק חוויות משתמשות.

המונחים: mmWave Networks

תכנון מערכת MMOWave 5G דורש תכנון הוליסטי.כל רכיב מרכישת ספקטרום למיקום אנטנה חייב להיות אופטימיזציה. להלן הם הגורמים הקריטיים שיש לטפל בהם.

ספקטרום אללוקו ו-Licensing

השגת רישיונות ספקטרום מספיק היא הבסיס. באזורים רבים, ספקטרום מ"מ וייב נמכר בבלוקים של 100 MHz או יותר. מפעילי צריך לאסוף מספר ספקים כדי להשיג את הפוטנציאל רוחב הפס המלא.לדוגמה, באמצעות שמונה MM נשאים עם aggregation נושאת יכול להניב 800 MHz של רוחב פס יעיל, המאפשרת עלייה של מעל 4 Gbps.

שיתוף ספקטרום ספציפי עם מורדים (למשל, לווייני לוויינים, מכ"ם) דורש גם תיאום. טכניקות ספקטרום דינמי שיתוף (DSS) פחות החלים ב- mmWave בשל כוונון אנטנה, אך תכנון דו-קיום זהיר - כולל אזורי הדרה וניהול כוח - הוא חיוני.

Beamforming וניהול Beam

בניגוד למערכות תת- GHz שמסתמך על אנטנה אטומית או סקטורת, מערכות מ"מ וייב חייבות להשתמש ב-FLT:0dedicated beamformingFLT:1 כדי להתגבר על אובדן נתיב גבוה. אנטנות בשלב - לעתים קרובות עם 64, 128 או 256 אלמנטים - 256 גרם הנעה צר אלקטרונית לעבר ציוד משתמש (UE).

ניהול Beam הוא הליך מוגדר 3GPP הכולל beam סחף, מדידה של קרן, beam נחישות, beam Recovery, ו- beam Recovery.תחנת הבסיס (gNB) ו-UE מעת לעת אותות התייחסות לבחר את זוג beam הטוב ביותר.בתרחישים ניידים מאוד, יש לעקוב אחר קרן חייב להגיב בתוך מילימטרים.FLT:0GPP3GPS 38.2FLT3G3G3G3G3GLT3G3G3,3,3G,3G,3GLT3G3G3, 3.

פיזור תאים קטנים והכחשה

הטווח המוגבל של מ"מ וייב - בדרך כלל 200-500 מטרים בחוץ ופחות מקורה - דורש פריסה צפופה של תאים קטנים. Macro תאים לבד לא יכול לספק כיסוי הולם. תאים קטנים, פרוסים על ריהוט רחוב, כותרות מנורות, חזיתות בנייה ותקרה מקורה, יוצרים שכבה צפופה של נקודות גישה.

אסטרטגיות פריסה חשובות כוללות:

  • (ב) ,0) , צומת: 1 (ב) לדרכות וקניונים עירוניים.
  • (FLT:0)Indoor divided אנטנה מבוזרת (DAS)IRLT:1 עם מ"מ ואב חזרות או גישה משולבת / גיבוי (IAB) צמתים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) גישה משולבת ו-BackhaulFLT:1hil: שימוש באותה תדירות מ"מ ו-backhave עבור גישה ו backhaul, צמצום עלויות הפחתת סיבים.

Backhaul and Fronthaul Infrastructure

כל תא קטן מ"מ ואב יכול לספק כמה ג'יגה-בייט לשנייה של יכולת.הגב חייב להתאים את זה.קישורים אופטיים סיביים נשארים תקן הזהב - כל תא דורש לפחות 10 סיבים Gbps בחזרהhaul. עם זאת, שבו סיבים אינם מעשיים, אלחוטיים באמצעות קישורי נקודה לנקודה-to-point-to-point-to-point (למשל, E-band, 70/GHz) יכולים לספק מרחק של מעל 1-3 ק"מ"מ"מ"מ-3-bit.

Fronthaul באדריכלות RAN מרכזי חייב גם לתמוך גבוה דרך לוח וכבדות נמוכה. ממשק רדיו ציבורי משותף (CPRI) על סיבים, או יותר יעיל CPRI (eCPRI) על פני Ethernet, הם אפשרויות טיפוסיות.עבור פריסות מבוזרות, יחידות בסיס משותף עם רדיו יכול למזער דרישות החזית.

ניהול ותיאום

מכיוון שמילימטרי מ"מ וייב הם צרים, הפרעה היא פחות בעיה מאשר ברשתות תת- 6 GHz - אבל זה לא נעדר. Side lobes יכול לגרום להפרעה לתאי השכנות או UEs. coתואמים beamforming, שבו החלפת gNB הקרובה להיות לוחות זמנים של אדים, מפחיתה את ההתערבות של תאים (IC) ומשפרת את IC (IC) הם טכניקות מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ.

בנוסף, (FLT:0 דינמית מצביעה על בחירת סעיף 1 (DPS) יכול לשרת UE מנקודת השידור הטובה ביותר שאינה מנטרת.רשת מקשיבה ודיווחי מדידה UE (RSRP, SINR) לאלגוריתמים לניהול הפרעות.

ניהול חשמל ו-Thermal Management

מערך MIMO מסיבי עם עשרות רשתות רדיו לצרוך כוח משמעותי.InmmWave, לכל אלמנט אנטנה יש את משמרת השלב שלה ולעתים קרובות מגבר כוח.הכוח הכולל של התא יכול לעלות על 500 W. Designers חייב לאזן את תקציב החשמל עם ביצועים. אסטרטגיות כוללות:

  • שימוש ב- GaN (gallium nitride) או SiGe (Silicon Germanium) כוח מגבר עבור יעילות גבוהה יותר.
  • מצבי שינה מעוררים עבור אלמנטים אנטנה לא מנוצלים ודבורים.
  • יישום של beamforming כי להפחית את מספר beams פעיל כאשר התנועה היא נמוכה.
  • באמצעות קירור פסיבי או מערכות מעריצים פעילות עבור המתחם החיצוני.

אופטימיזציה של ניידות ו Handover

רשתות מ"מ וייב חייבות להתמודד עם UEs נעים במהירות של עד 500 קמ"ש (כפי שדרישות 3GPP עבור רכבות מהירות גבוהה) Handover בין beams בתוך תא (intra-gNB) ובין תאים חייב להיות מהיר וחזק.

טופולוגיה רשת עם תאים קטנים חופפים מפחיתה את הצורך של יתרות למרחקים ארוכים.עבור השימוש ב-Vehicular, פריסת מ"מ-Wave לאורך כבישים עם אזורי כיסוי רצופים היא קריטית.

שיטות טובות ביותר עבור אופטימיזציה

מעבר לתכנון הראשוני, אופטימיזציה רציפה נדרשת כדי למקסם את היכולת.הפרקטיקות הטובות ביותר הבאות הוכחו כדי להגביר את היעילות ספקטרלית ואת המשתמש באמצעות ערכת.

Network Densification and Cluster Planning

הכחשת היא היכולת העיקרית של מינוף.הוספת תאים קטנים יותר במקבץ מפחיתה את העומס לתא.עם זאת, גישור ירד מעל נקודה מסוימת בשל התערבות מוגברת ועומס יתר על פני השטח.הנקודה המתוקה תלויה בחלוקת התנועה והסביבה הגופנית.

כלים כמו מודלים להפצת רנטגן וסימולציות מונטה קרלו עוזרים לקבוע מיקום אופטימלי.

המונחים: Spectrum Efficiency

הגדלת מספר רב של מ"מ ו-Ave נושאת לא רק מגדילה את שיעור שיא, אלא גם משפר את היכולת באמצעות מגוון תדרים. 3GPP תומך בגירסת עד 16 ספקים (CC) בשחרור 17, כל עד 400 מ"הרץ בשילוב עם מודולציה מתקדמת (256 QAM, 1024 QAM) ושיעורי קידודים גבוהים (LDPC), יעילות ספקטרום יכולה לעלות על 30 Bps/ ב- .

מפעילי צריך עדיפות ספקטרום לא רציונאלי כדי למקסם את השימוש בהקצאות מפורקות. ספקטרום דינמי שיתוף (DSS) בין LTE ו-NR הוא פחות יעיל ב mmWave בשל רוחב פס ערוצים צר, אבל הפחתת נושא עם שילובי FDD/TDD היא אפשרית.

מערכות MIMO ו- Advanced Antenna Systems

Massive MIMO (multiple-input מרובות- ⁇ ) עם 64 או יותר אלמנטים אנטנה מאפשרים ריבוי מרחבי של UEים מרובים באותו זמן- ⁇ משאבים. at mmWave, beamforming היברידית - שילוב אנלוגי ודיגיטלי beamforming - מפחית מורכבות חומרה תוך עדיין מספק מספר זרמים.

טכניקות מפתח כוללות:

  • (ב) ,0) מרבי-משתמשי-המו (MU-MIMOMO) 1FLT: עד 8 או 16 UEים בו-זמנית לכל תא.
  • (ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"ד: "הציקת קרן" (ב)

צוק עבור יישומים נמוכים-Latency Applications

Multi-access Edge מחשוב (MEC) מקטין את צוואר הבקבוק ואת הגמישות על ידי עיבוד נתונים קרוב ל-UE.In mmWave רשתות, שרתי MEC באתר התא או נקודת הסגירה יכולים להתמודד עם משימות compute-intensive כמו ניתוח וידאו בזמן אמת, מציאות מוגברת ואוטומציה תעשייתית.

חלוקת MEC עם מ"מWave מאפשרת גם זרמי הכנסות חדשים: המפעילים יכולים להציע פרוסות בעלות נמוכה עבור כלי רכב אוטונומיים, ניתוח מרחוק, וגיימינג.שילוב של רוחב פס גבוה וכבדות נמוכה הוא מתווך מפתח עבור 5G.

ניהול תעבורה הסתגלות ו- AI / ML Optimization

תצורה סטטית אינה יכולה להתמודד עם הטבע הדינמי של ערוצי מ"מ ואב - חסימת דבורים, ניידות משתמשים וספיצי תנועה. AI ומודלים למידת מכונה יכולים לחזות דפוסי תנועה, לצפות בכישלונות של דבורים, ולייעל הקצאת משאבים בזמן אמת.

דוגמאות כוללות:

  • (ב) [ה]הסברה: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],]: לימוד של דבורים אופטימליות על בסיס המדידות ההיסטוריות.
  • (ב) ⁇ :0) ערוץ מבוסס רשת המבוסס על רשת estimationFLT ( 1:1): שיפור ה-MIMO מתדרדר תחת ניידות גבוהה.
  • (ב) ויקרא י"ד: "ה' י"א: "ה', ויקרא י"ד:
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גישה משולבת ו-Backhaul (IAB)

IAB, סטנדרטי ב 3GPP לשחרר 16, מאפשר ל- mmWave תאים קטנים להעביר בחזרה תנועה אלחוטית באמצעות תאים אחרים של mmWave.זה מפחית עלויות פריסת סיבים ומזרז את ה-IAB nodes יכול להיות daisy-chained כדי להרחיב כיסוי עמוק יותר לתוך מבנים או מקומות.

היכולת לתכנן IAB חייבת לקחת בחשבון את החלק האחורי של משאבי רדיו.זמן-דומיין ותדירות-דומיין מספרי של בין גישה וקישורים אחוריים חיוני כדי להימנע מעומס.

בדיקה אחרונה ב-Early Monitoring and Drive Testing

מדידה רציפה היא קריטית עבור אופטימיזציה לקיבולת.אופרות צריכות לפרוס מערכות בדיקות נהיגה אוטומטיות ודיווח מבוסס על ציוד המשתמש כדי לאסוף RSRP, RSRQ, SINR, והנתונים באמצעות חישובים.הנתונים האלה מזינים לרשת מאורגנת עצמית (SON) התואמים פרמטרים כגון צורה של קרן, לשדר כוח, וסףי יד.

מנתחים ספציפיים יכולים לזהות התערבות חיצונית משירותי לווייניים קבועים או מכשירים אחרים שאינם מורשים הפועלים באותן להקות.תיאום עם גופי רגולציה כמו FCC (בארה"ב) או מ-ofcom (בבריטניה) נדרשים לפתרון התערבות.

התפלגות החוזרים והחזרים

במקומות פנימיים קשים או אזורי צל, מ"מ והודעות יכול להאריך כיסוי מבלי להוסיף תחנת בסיס מלאה. חזור על הסימון ולקדם את האות דו-כי-כי-ליוני.3GPP לשחרר 17 חוזרים מבוקרים ברשת (NCR) שניתן לנהל על ידי ה-GNB כדי להפחית את ההיקף העצמי ולשפר את היעילות.

תחזית לעתיד: עיצוב מעבר ל-5G

דרישות יכולות רק יגדלו.האבולוציה לקראת 6G - הצפויה בסביבות 2030 - תדחוף תדרים לתוך תת-THz (100–300 GHz) ו-THz (300 GHz–3 THz) טווח. להקות אלה מציעות עשרות GHz של רוחב פס מתמשך, שיאפשרו שיעורי נתונים של 100 Gbps ומעבר לכך, הן מביאות אפילו יותר אובדן נתיב וקליטת אטמוספירת אטמוספירת אטמוספירת אטמוספרית, הדורשות עיצובים חדשים לחלוטין.

משטחים חכמים (RIS)

טכנולוגיית RIS משתמשת metasurfaces כנות כדי לשקף באופן פסיבי ולהוביל מ"מWave ו אותות תת-THz כלפי משתמשים.משטחים אלה יכולים לשפר כיסוי באזורים שאינם קו-of-of-sight (NLOS) ללא הגדלת כוח פעיל.מחקר מתמשך לשלב RIS לתקני 3GPP עבור הודעות עתידיות.FLT:0A 2023 סקר של IEEE על RIS עבור רווחי MWaph ואסטרטגיות של 1.

ממשק אווירי AI-Native Air Interface

רשתות עתידיות יהטמיעו AI ישירות לתוך השכבה הפיזית - ⁇ , מרתיע, יודיע, והקצאת משאבים יטופלו במשותף באמצעות למידת מכונה.זה יאפשר שימוש בספקטרום אולטרה- גמיש והסתגלות כמעט בלתי שפויה לתנאי ערוצים.

תקשורת מלאה

רדיו מלא-דופלקס, אשר משדר ומקבל בו זמנית באותו תדירות, יכול להיות יעילות כפולה ספקטרלית. בעוד מאתגר ב- mmWave עקב דרישות ביטול ההתערבות עצמית, אבות טיפוס מוקדמים להראות תאימות. 3GPP שחרר 19 הוא חקר פעולה דו-משמעית מלאה עבור gNB.

תקשורת טרהארצץ

מעבר ל -100 GHz, הלהקה terahertz מציעה רוחב פס עצום אבל דורש אנטנה כיוון מאוד ו מקלטים נמוכים.מצופה יישומים כוללים מהירות אלחוטית מהירות גבוהה, מרכז נתונים חיבורים, וזרמה אלחוטית של תוכן הולוגרפי.עקרונות העיצוב שנקבעו עבור mmWave - beamforming, תאים קטנים, קצה מחשוב - ישמש כבסיס עבור מערכות THz.

מסקנה

תכנון מערכות מ"מ וייב 5G עבור יכולת דורש גישה רב-מקודש המשלבת טכנולוגיות אנטנה מתקדמות, פריסה צפופה, ניהול משאבים אינטליגנטי, וגיבוי חזק. על ידי הבנת האתגרים הייחודיים של ההתפשטות וליישם את התרגילים הטובים ביותר - החל מניהול קרן לאופטימיזציה המונעת על ידי AI - מפעילי יכולים לפתוח את מלוא הפוטנציאל של מ"מ ו-"מחדש"כתעשייה נעה לכיוון 6G ודר גבוה יותר, אסטרטגיות בסיסיות אלה יישארו רלוונטיות כדי להבטיח את הנתונים המשתנים כדי להבטיח את הגדלים כדי להבטיח את המשתנים באופן קבוע עבור רשתות.