微波技术将是5G发展的助推剂

移动数据流量正在飞速增长，目前估计2014年至2020年，移动数据流量将增长40倍。到2025年，网络将把大约500亿设备连接到物联网——从冰箱到工业控制器，智能对象将大量涌现。因此，许多通信服务提供商(CSP)在向5G过渡的过程中，正在重新考虑它们现有的传输网络架构。
 
由于5G不仅仅是使用新频谱的创新无线电技术，它的转变不同于前几代移动通信技术所经历的变化。
 
除了前面提到的极具挑战性的容量考虑之外，5G还引入了一种全新网络架构方法，为有望实现下一个万亿美元增长的行业提供了新的商业模式。显然，这不会仅仅通过在发展中市场销售更多智能手机或提供简单的连接来实现;相反，它建立在新的概念之上，如致密化、网络功能分解(例如，用户和控制平面的分离)、可编程传输、网络切片和端到端自动化和编排，以支持新的服务和业务模型。需要不同网络域、技术、组件和服务的复杂交互。
 
随着5G的部署，移动传输网络就要持续发展以满足这一复杂的新需求，迫使CSP通过回程改造项目来响应，以满足5G无线接入网(RAN)服务供应的需求。有些观察者可能会认为，未来的交通网络完全是关于光纤的。的确，随着CSP利用这项技术的优势，光纤在传输网络中的存在越来越多。然而，光纤并不总是可用的，而且可能过于昂贵。例如，一个光纤存在点离无线接入点只有几百米远时，经营成本(TCO)倾向于微波连接。目前，超过50%的蜂窝基站已经使用了微波， 5G的经济发展都将继续使用现有的4G/LTE网络，特别是由于微波技术能够支持5G具有挑战性的容量和延迟需求。
 
如前所述，5G将使许多新服务成为可能，包括增强的移动宽带、增强现实(AR)和关键任务通信，创造一个前所未有的流量组合，这就需要显著提高性能。例如，吞吐量必须提高10倍(F1链接和单元站点回程接口的吞吐量必须提高10到25 Gbps)，端到端的延迟必须降低到1 ms。为了满足不断增长的5G容量需求，优化频谱并显著提高容量的新微波解决方案已经问世，后续还将推出更多。在处理延迟时，物理学更倾向于微波。传播介质的延迟取决于介质的密度，因此无线连接的延迟从根本上来说要低于相同长度的光缆，而且还必须考虑设备延迟。关键任务应用程序需要高弹性，在地震、火灾或道路维护等重大事件中，无线网络通常比光纤更可靠。在这种情况下，微波连接的恢复时间要快得多。由于所有这些原因，微波传输将成为5G的关键推动者，在CSPs加速其5G推广的过程中发挥重要作用。
 
新架构的诞生
 
5G不仅仅是一项创新的无线电技术，它引入了一种全新网络架构方法，以实现用户所期望的性能改善。例如，CSP传统上处理核心、传输和独立运行，并且倾向于只在部署之后集成不同的基础设施部件。然而，在5G场景中，使用这种方法部署后的集成成本、上市时间和服务质量下降的风险将显著增加。如果没有跨域设计和部署前集成，CSP可能会错过新的5G商业机会。依赖于超可靠低延时通信(URLLC)和极端网络可靠性的非敏感性应用程序只能通过无线电、传输、核心、数据中心和管理系统的无缝、无错误交互来交付。
 
网络切片(参见图1)是下一代服务和业务模型的关键推动者之一。通过网络切片，网络资源(虚拟网络功能和传输网络)由不同的服务共享。网络实际上被分割成几个独立的逻辑资源，同时容纳多个应用程序实现请求。这与共享网络资源的传统设置不同，在传统设置中，主机向一个或多个客户机提供硬件和软件资源。相反，它依赖于软件定义网络(SDN)的概念。然而，这种新的业务模型使得支持SDN的微波网络通过虚拟传输服务提供资源，SDN控制器充当管理程序来分配资源。例如，超低延迟应用程序可以通过将服务分配给E-Band即信道使用载波聚合。不需要低延迟的其他服务可以通过SDN控制器中的负载平衡算法来分配，从而有效地使用载波聚合带宽。

网络切片需要大量的服务自动化和优化。由于网络的复杂性和每个服务所需的生命周期速度不一，这种动态环境无法人为管理。相反，它需要端到端方法来实现服务，这意味着新聚合的网络必须转换到IP来支持它。无论微波和光纤的组合如何，传输网络都必须与基站提供的分布式IP内核和运行功能同步，以满足每个网络片所需的服务水平。复杂的流量工程和提供更短的服务激活周期(从几天或几小时到几分钟)的灵活性结合，在网络自动化水平上做出阶梯式的改变是唯一明智的选择。
 
但所有这些加起来会变得更加复杂。例如，虚拟运行功能将分布在多个平台上，并通过新的互连接口集成。一些功能将转移到云端，集中起来优化成本和性能，而另一些功能将更接近最终用户，以更好地满足严格的低延迟需求。这种灵活而复杂的网络将需要更高的自动化水平，以允许端到端的细粒度满足分配给每个服务或网络片的不同服务水平协议。每个切片将有效地成为一个自动化和可编程的传输管道，可以动态地适应不断变化的需求。
 
网络物理边缘的致密化意味着需要连接更多的站点，这对传输具有重要的影响。例如，在典型的部署中，宏单元可能是覆盖区域内小单元的共享站（pooling site）。高用户密度(>150,000订阅者/km2)意味着使用不同连接技术的基站站点之间的连接性增强，因此，致密化需要拓扑结构向网状或部分网状结构转变。
 
适用于所有场景的微波解决方案
 
从高流量的热点地区到乡村, 每一个5G网络场景都有强有力的理由支持微波解决方案(见图2)。例如，在人口非常密集的城市地区，如广场、机场和体育场，5G网络将使用mmWave无线接入层(如26,28或39GHz)部署。这需要非常大的容量回程(≥10 Gbps)，传输链路长度小于1公里。在密集的城市环境中部署的另一个考虑因素是视觉影响，它具有极小形式因素的微波解决方案将与RAN设备集成。在郊区，典型的链路距离从7公里到10公里不等，接入层将基于低于6 GHz的频率，连接要求不会那么极端，但仍然需要5到10 Gbps的容量。这与农村环境形成了对比，农村地区的地理覆盖范围更大，接入网使用的频率低于1ghz。在这里，传输网络的回程必须高达2 Gbps，链路长度通常超过10公里。

除了针对所有场景的解决方案之外，CSP还必须处理它们的端到端服务功能，包括除了传输之外的访问和管理考虑。微波组合必须完全集成到网络和服务实现的端到端远景中。

为了满足5G对更大容量的要求，已经有了新的微波解决方案来优化频谱的使用。在同一链路上使用多个波段进行载波聚合，使得更强大、更高效的功率放大器使用更宽的信道，mmWave频谱的可用性将满足未来网络解决方案的关键要求。例如，在今天用于RAN回程(6至42 GHz)的频段中，由于在2X112mHz频率信道中采用4096-QAM调制，一些供应商已经提供了单盒容量为2.5 Gbps的收发器。
 
除此之外,当前的E-Band解决方案随时准备满足城市环境下的5G的初始波需要的10 Gbps运输能力和20µs的延迟。利用传统的微波频带在6ghz和42ghz之间进行频带绑定，可以实现更长的距离，同时为最有价值的业务保持高可用性。通过有效的载体聚合，可实现10—20 Gbps的双向容量。
 
电信行业正在考虑未来5G网络传输部分的频段在100GHz以上。而W-Band(92至114.25 GHz)和D-Band (130至174.8 GHz)会成为热门选项。虽然W-Band被认为是E-Band的一种的扩展，因为这两种波段有相似的传播行为，但D-Band的特性使设备设计有了创新的方法。此外，极小的形状因素有助于在几平方厘米下无线电和天线的整合。在传输和访问产品之间会支持新的网络拓扑结构，如点对多点和结合波束控制的网格连接。
 
5G网络的转型将对已经部署在3G和4G早期阶段的微波解决方案之中，它可能超过任何其他的传输技术。大量安装的微波基地将会地被新的微波解决方案所取代——在某些情况下光纤也会作为5G设计因素。CSP的目标是优化回程网络升级期间的预算，最小化TCO演进资产。最新的微波设计是高度紧凑的，通常会带有集成天线和其他组件，使他们能够用于广泛的用例。新的微波室外单元也支持多频系统和载波聚合，有助于降低TCO（经营成本）。
 
现在和未来的解决方案
 
在选择最佳前进方式时，公司必须考虑资本支出和运营支出，在回程网络升级过程中寻找合适的解决方案和工具，以优化预算。最佳解决方案结合了端到端组合，包括跨域云原生实用程序，并支持跨分布式云基础设施快速部署虚拟化功能。这将简化服务规模，缩短投放市场的时间，并通过无线电、核心网络和运输网络提高成本效率。
 
寻求数字化转型的公司也需要一种解决方案，通过融合前端、中程和回程，在同一个网络中服务于各种用例，来应对5G传输的挑战。
 
每一个CSP都将遵循一条通往5G的独特路径，但每一个都要应对不断发展的传输网络。目前，传输层必须处理许多技术，包括遗留技术和演进技术，并且很快需要flex来满足更极端的需求(参见图4)。它将帮助CSP利用现有的投资，同时继续构建5G所需的新功能。