中興通訊：打破常規，微波Multi-band方案助力5G承載

  ICCSZ訊 2018年6月14日，3GPP R15標準凍結，意味著5G第一版標準確定，其中5G的典型業務場景增強型移動寬帶(eMBB)的需求已相對明確，超可靠低時延通信(uRLLC)和大規模機器類通信(mMTC)的主要特性將在3GPP R16版本進行標準化。

  由ITU-R劃分的5G三類典型業務場景(eMBB/uRLLC/mMTC)覆蓋移動通信、超高清視頻、云辦公和游戲、VR/AR、智能穿戴、智能家居、智慧城市、工業自動化、自動駕駛和高可靠應用等各類應用。據預測，未來5G網絡的移動數據流量將比4G網絡增長500~1000倍，單站峰值傳輸速率可達10Gbps，與此同時5G對于網絡時延、網絡切片、時鐘同步、可靠性和安全性等也有著更高的要求，因此5G承載網絡面臨巨大的挑戰。

  微波Multi-Band解決方案聚合常規頻段微波和高頻段E-Band微波，傳輸容量最高可達10Gbps，支持高低優先級業務保護，支持現有網絡的平滑演進，是針對5G承載網絡挑戰的創新型解決方案。

  高頻段的特性及應用

  微波傳輸具有鏈路距離長、傳輸容量大、抗災能力強、部署時間短等特點，被廣泛應用于運營商承載網絡，以及水利、電力、石油和政企等專屬網絡。

  目前常規頻段(6GHz~42GHz)的頻譜資源已極其匱乏，雖然對于如何滿足未來網絡承載需求，業界提出了很多新的方案，但是受到波道3.5MHz~112MHz限制，常規頻段微波的傳輸容量依然稍顯不足。按照目前常規頻段配置為112MHz@1024QAM，一跳微波鏈路的L1傳輸容量也僅能達到1Gbps左右。60GHz及以上高頻段已成為必須研究的課題。

  頻譜劃分

  通常把低于42GHz的頻譜稱為常規頻段，把57GHz~66GHz之間的頻譜稱為V-Band，把71GHz~76GHz/81GHz~86GHz之間的頻譜稱為E-Band，業界對于W-Band和D-Band還沒有統一的標準定義。目前W-Band泛指100GHz左右的頻譜，比如從92GHz~115GHz，而D-Band泛指130GHz~175GHz頻率范圍(見圖1)。

  V-Band

  V-Band頻段可選帶寬一般為50MHz~2GHz，該頻段既可以作為FDD解決方案，也可以作為TDD模式來使用。該波段受氧氣吸收的影響非常大，所以傳輸距離大多在300m~800m，可作為街道級別的傳輸解決方案來使用。當V-Band產品作為FDD模式工作時, 大多采用點對點方式，為企業和Small Cell進行數據傳輸。當V-Band產品作為TDD模式工作時，不需要區分上下行，經常作為PtMP解決方案來使用。由于該頻段在大多數國家和地區均為非授權頻段，所以在實際部署中更多為企業用戶所使用。

  E-Band

  E-Band可選帶寬為62.5MHz~2GHz，大帶寬提高了傳輸容量的同時也大大降低時延，當配置為2GHz@128QAM時，E-Band鏈路傳輸容量可達10Gbps，且鏈路時延低于20ms。未來兩年E-band將會通過支持更高調制、更大帶寬、XPIC和MIMO等技術來進一步提升傳輸容量。E-Band頻段頻率高波束窄，電磁環境干擾少，使得頻率規劃非常靈活，更加適合密集城區的大量部署。

  但是，由于E-Band頻段的波長很短，所以受到空間損耗和降雨天氣的影響很嚴重，傳輸距離普遍比較近。E-Band頻段在保障99.999%的鏈路可靠性的要求下，普遍傳輸距離在1km左右。在一些特別干旱的區域或者可靠性要求較低的鏈路上，可以適當延長傳輸距離到3km。

  E-Band產品目前是業界應用最成熟的高頻段微波設備，可以為LTE和5G網絡提供短距離大容量回傳方案及CPRI接口前傳方案。

  W/D-Band

  W/D-Band目前還沒有明確的標準組織定義，然而可用頻譜資源更加豐富，并且大氣吸收的性質其實并沒有隨著頻譜的提高而迅速惡化，或許這兩個頻段在未來將成為提供大容量解決方案的主要頻段。

  Multi-Band解決方案特性

  目前，常規頻段微波傳輸容量略有不足，V-Band微波受氧氣吸收影響其鏈路距離非常有限，W/D-Band標準尚未明確無法正式商用。僅E-Band產品成熟，然而受到空間損耗和降雨天氣的影響很嚴重，其鏈路距離僅為3km以內，限制了其在5G承載網絡中的部署場景。

  Multi-Band解決方案將常規頻段和高頻段聚合，通常把常規頻段微波和E-BAND微波組合應用，具有傳輸容量大、可靠性高和成本低等特性，且鏈路距離可達10km(見圖2)。

  容量大

  E-Band微波傳輸容量極大，Multi-Band解決方案聚合了常規頻段微波和E-band微波后，Multi-Band傳輸容量最高可達14Gbps(常規頻段微波配置為4+0，E-Band微波配置為1+0)，在E-Band微波支持XPIC和MIMO等新功能后Multi-Band傳輸容量還會有較大提升。

  可靠性高

  由于E-Band的波長很短，受到空間損耗和降雨天氣的影響嚴重，距離較長時鏈路可用度較低。Multi-Band由于聚合了常規頻段，且常規頻段受空間損耗和降雨天氣的影響非常小，則所承載的業務可用度非常高，在同樣距離條件下，Multi-band解決方案的可用度高于E-Band微波鏈路。

  Multi-Band解決方案支持常規頻段微波和E-Band微波之間相互保護，提升鏈路整體可用度。通常情況下常規頻段微波承載高優先級業務，E-band微波傳輸低優先級業務，如果常規頻段微波鏈路中斷，則高優先級業務會發生切換由E-Band微波傳輸。反之亦然，如果E-Band微波鏈路中斷，則低優先級業務也會切換由常規頻段微波傳輸。

  同時，當發生鏈路擁塞時常規頻段微波和E-Band微波會根據QoS策略完成業務丟棄。

  成本低

  目前一些主流天線廠家陸續發布了Multi-Band天線，集成常規頻段和E-band的創新型天線，容易安裝、空間占用小、天線負載小，從而能夠節省工程費用、降低鐵塔空間租用費用、延長鐵塔壽命。

  隨著聚合技術的逐步成熟，Multi-Band解決方案可以聚合異廠家微波鏈路，利舊現有網絡微波設備，降低5G網絡初期擴容成本。另外，常規頻段的載波聚合功能等功能，以及E-Band功耗低和頻譜費用低等特性也降低了Multi-Band解決方案的應用成本。

  2018年底3GPP R15還將新增一個版本，即R15 Late Drop，涉及5G新空口(波形、編碼、參數集、幀結構、大規模陣列天線等)和網絡架構(NSA、SA、DU/CU切分等)，5G標準已經確定并初步細化且對承載網絡的要求逐步清晰，5G承載網絡建設指日可待。

  微波Multi-Band解決方案完成了最初的概念驗證后又完成多個運營商的內場測試驗證，測試結果符合預期，目前該方案已處于試商用階段。在5G時代，微波產品憑借安裝靈活、部署迅速和成本較低等優勢依然會大有可為。大容量、高可靠性、低成本的微波Multi-Band解決方案將成為5G承載網絡的重要組成部分。

  作者: 裴宗南 中興通訊