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80GHz频段E-Band微波应用介绍

( 2014/1/6 )

12月4日,工信部正式向中国移动中国电信中国联通颁发TD-LTE制式4G牌照,中国正式迈入4G时代。根据第三方分析机构GSMA intelligence的报告预测,到2017年底,全球将有超过128个国家部署约500张LTE网络。 4G在提供更大的带宽、给人们带来更好的移动互联网体验的同时,也会让运营商移动承载网面临挑战。

随着国内4G牌照的发放,LTE 网络将会快速部署。但LTE基站的覆盖范围小,部署密度远高于GSM基站和3G基站,LTE建设将面临大量的新建站点需求,而部分新建站点光纤资源短缺,国内预计将有20%的新建站点光纤资源缺失,使得LTE基站业务回传和PTN光纤网络成环均面临压力。微波作为移动回传的重要解决方案,能替代或作为光纤的补充,解决光纤短缺问题,实现LTE网络快速部署。但是传统微波频段(6~42GHz)频谱资源紧张,波道间隔小(国内目前最大波道间隔为28MHz),难以满足LTE基站对承载网络的大带宽需求。在这种情况下,业界将眼光投向了能提供超大带宽的E-Band微波。什么是E-Band微波,E-Band微波传输能提供多大带宽,又适用于哪些应用场景呢?

E-Band频段微波介绍

E-Band射频波道配置

2000年,ITU-R和ETSI标准组织进行了高频段71~76GHz和81~86GHz微波的划分,这就是后来我们常说的E-Band。

图1. E-Band射频定义

同时,业界标准机构ITU-R、FCC、CEPT分别对E-Band的射频波道配置做了相关的建议,信道划分以250MHz和1.25GHz为主。 正是有了250MHz甚至更大的波道间隔资源,E-BAND微波单频点能提供更大的带宽,目前业界最大单频点带宽达2.5Gbps,未来甚至能提供10G的空口传输带宽。

图2. ETSI和FCC定义的E-Band射频波道配置

E-Band微波传输距离

微波传输的距离同时受到自由空间损耗、大气损耗和雨衰的影响,接下来我们重点分析下E-Band微波的传输性能:

自由空间损耗:

71GHz~76GHz的自由空间路径损耗大约是130dB,81GHz~86GHz的自由空间损耗是131dB。这个值普遍高于传统频段下的自由空间损耗,这就直接造成E-Band的传输距离要远小于其它传统频段。

大气损耗:

在下面的大气窗口图中可以看到,在71GHz~86GHz这个范围内,大气对E-Band的衰耗是很低的,基本小于0.5dB/km。

图3. 大气衰耗图示

雨衰:

对于10GHz以上的微波,雨衰会直接限制微波传输的距离。对于E-Band微波,在非常严重的情况下,如热带雨林降雨(100毫米/小时),雨衰在30dB/km左右,但这一般只发生在短时间内,而且在网络设计时,可以通过预留余量来适应天气变化。部分厂家还支持自适应调制功能:即可以通过降低调制模式来适应天气的变化,配合QOS配置,保证高优先级业务可以正常通信,从而提升网络可靠性。

E-Band基本不受云雾的的影响。即使是能见度为50米,密度为0.1g/立方米的浓雾,对E-Band也仅能产生0.4dB/km的衰落,基本可以忽略不计。

从实际的测试情况来看,E-BAND微波可以稳定工作在2~3km的传输距离范围内。

E-Band微波的应用场景

相对于传统频段,E-Band频率资源丰富,支持比传统频段更大的带宽,单频点带宽达到了2.5Gbps。

表1   传统频段和E-Band对比

从上面的分析数据来看,E-Band微波非常适合大带宽传输应用场景,满足LTE对回传网络带宽需求,结合中国移动的业务需求,我们可以大致分为以下四种场景。

1. PTN接入层补网成环:

环网能提高承载网络的可靠性和容灾能力,运营商通常对网络成环率都有一定要求,尤其是追求高品质的中国移动。但常常由于各种各样的现实困难,部分站点光纤资源缺失,接入层仍然有相当比例的网络面临成环压力。E-Band微波可以作为光纤替代,配合现网PTN设备进行成环补网(目前接入环的带宽在1Gbps),解决光纤资源缺失导致PTN网络无法成环的问题,为PTN网络提供环网保护能力,提升传输网络可靠性。

2. LTE末端基站接入:

在城市密集地区,单基站(S333配置模式下)带宽需求达900Mbps以上。在1~3Km短距场景下,E-Band微波拥有丰富的频谱资源,可以用来解决传统微波频段资源紧张、传输带宽小的问题,作为末端LTE基站业务接入,解决部分新建站址光纤缺失的问题,实现LTE基站快速部署。

3. 大客户专线:

对于数据业务互联专线、企业链路租赁等1Gbps以上带宽需求的业务,有些大楼因光纤铺设困难,成本高、周期长而无法部署,E-Band微波可作为IP/MPLS路由器或L2交换机之间的光纤替代,解决光纤和部署困难问题。

4. 综合业务接入:

E-Band微波提供2.5G大带宽,可同时轻松承载基站/Wi-Fi、大客户、宽带等多种业务,在光纤缺失,并且有综合业务承载需求的场景下,可以通过E-BAND微波大带宽优势快速部署,从而树立起领先品牌、吸引更多高价值客户。

图4. E-Band微波主要四种应用场景

E-Band频谱目前在全球47个国家已经开放,E-Band 微波已经在欧洲、中东等地区开始规模部署,华为在全球有40个E-band 微波的成功商用。但E-band微波在国内尚处于实验阶段。日前中国移动和华为在北京移动现网建立了全国第一个E-Band试验局,已经完成了E-Band物理链路、业务测试以及可靠性验证,为频谱开放提供详细的实验数据和技术评估。目前该试验局承载了现网LTE业务,和PTN混合组保护环网,提供高质量、大带宽保障。

记者:中国移动通信集团北京公司 虞春鸣  曹子午 王书勋

   来源:C114中国通信网

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