JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

5G ökar kraven på mikrovågslänkarna

Billiga och pålitliga mikrovågslänkar (backhaul) med hög kapacitet och kort fördröjning. Det är en av förutsättningarna för att de kommande 5G-näten ska bli så bra som utlovats.
– På lång sikt vill man ha mikrovågslänkar som är integrerade med radiobasstationerna, säger Jonas Hansryd.

Han är chef för en grupp som forskar på mikrovågsteknik för länkar på Ericsson Research i Göteborg.

En integration ger en rad uppenbara fördelar som att det blir enklare att installera en allt-i-ett-lösning, priset för en sammanslagen produkt blir rimligen lägre och det är sannolikt att energiförbrukningen går ned.

Lösningen är särskilt attraktiv för 5G där man funderar på helt nya sätt att bygga näten med bland annat mobila basstationer i bilar och bussar. Idag står basstationen där man placerat den, vilket gör det enklare att bestämma hur uppkopplingen till resten av nätet ska ske.

Tre miljoner mikrovågslänkar
Ericsson har tillverkat och sålt över tre miljoner mikrovågslänkar sedan mitten av nittiotalet och har runt en tredjedel av marknaden för backhaul. Det finns också tre miljoner basstations-siter runt om i världen, ungefär varannan är uppkopplad trådlöst med en tillgänglighet på 99,99 till 99,999 procent.

En av de största marknaderna är Indien. Där är marken ofta uppdelad i små bitar, ungefär som i Sverige innan det laga skiftet genomfördes, något som gör det krångligt och dyrt att dra kabel.

Utvecklingen av mikrovågslänkarna sker på Lindholmen i Göteborg, i Budapest (Ungern) och Milano (Italien) medan en stor del av produktionen sker i företagets fabrik i Borås.
En länk med fri sikt på det lägre frekvensområdet runt 6 GHz klarar ett par mil utan problem och under gynnsamma förhållanden upp till sex mil.

En drömlösning är att ansluta basstationerna med fiber men det är inte praktiskt genomförbart annat än för ett fåtal större noder. Istället är det radiolänkar som gäller. Särskilt för de mind­re basstationerna som kommer att placeras ut mycket tätt på platser där det samlas många männi­skor.

I motsats till LTE så använder sig inte dagens punkt-till-punktlänkar av multiplexeringstekniken OFDM med många underbärvågor. Länkarna klarar sig med en bärvåg eftersom allt står stilla och dessutom har de riktade antenner vilket innebär att man inte får problem som dopplerskift eller andra fenomen som kräver skyddande kodning och ökad overhead.

Men kanske får man tänka om ifall man i framtiden vill att en mikrovågslänk ska kunna täcka in flera basstationer samtidigt. En lösning kan vara att bredda antennloben vilket innebär att signalen skulle kunna gå flera vägar samtidigt. För att hantera det kan man behöva införa OFDM eller någon annan teknik för att minska bitfelen. En annan attraktiv lösning är att man använder en antenn med smal och styrbar lob.

– I bägge fallen skulle radioaccess och transport kunna smälta ihop.

Trenden mot en förtätning av nätet med småceller har redan startat med följd att allt fler små basstationer placeras en bit upp från marknivån men klart under taknivån. Vill man koppla upp dessa med en mikrovågslänk så finns det sällan fri sikt till mottagaren.

– Det finns någon sorts myt att man måste använda låga frekvenser när det inte är fri sikt men det stämmer inte alls, säger Jonas Hansryd.

Visserligen dämpas högre frekvenser mer än lägre men hög­re frekvenser innebär samtidigt kortare våglängder och därmed mindre komponenter. För länkar är det framförallt möjligheten att tillverka mindre antenner med smalare lober och därmed högre förstärkning utan att systemet blir särskilt stort.

Kommer man upp lite i frekvens är en förstärkning på uppåt 40 dBi inget problem för en kvadratdecimeterstor antenn. Det motsvarar en antennlob på under två grader. Trots det är injusteringen inte fullt så känslig som man skulle kunna tro.

Men frågan är vad som händer med tillförlitligheten? Ett vanligt krav på en mikrovågslänk är att den inte får vara nere mer än fem minuter under ett år. Samtidigt kommer 5G-näten att ha betydligt fler lager med celler som överlappar varandra vilket gör det möjligt för de mindre basstationerna att hitta alternativa vägar för trafiken uppåt i nätet om en av vägarna bryts.


 Jonas Hansryd
Mycket av utvecklingsarbetet handlar om att höja kapaciteten genom att utnyttja spektrum effektivare. Som en jämförelse kan man gå tillbaka till 2001 då en mikrovågslänk kunde överföra lite drygt 1 bit per sekund och Herz. Idag ligger det på 8,9 bit per sekund och Herz. Det har man klarat av genom att öka antalet tillstånd i QAM-modulationen från 4 i början av 2000-talet till dagens 1024.

Som en jämförelse kan man ta accessdelen av LTE-nätet där spektraleffektiviteten ligger på 2,2 bitar per sekund och Herz. Siffran gäller för mitten av cellen men sjunker till ynka 0,06 i kanten.

Värt att hålla i minnet är att det inte finns fri sikt i accessdelen och att mobilen kan röra sig väldigt snabbt. Plus diverse annat smått och gott som också medför att man inte alls kan ha lika många tillstånd i QAM-modulationen.

I mikrovågslänkar kan man också höja spektraleffektiviteten med polarisationsdiversitet. Tekniken kräver fri sikt mellan sändare och mottagare eftersom polarisationen vrids vid studsar. Genom att använda två ortogonala och linjärpolariserade signaler med samma frekvens går det att dubbla spektraleffektiviteten i en mikrovågslänk.

Polarisationsdiversitet har använts i ett antal år och rent hårdvarumässigt är det en enkel lösning. Man behöver bara behöver lägga till en extra matningspunkt i antennen.

Ser man till resultatet så ökar polarisationsdiversiteten spektraleffektiviteten från 9,9 till 17,8 bitar per sekund och Herz.

Dock är det svårt att komma längre eftersom det inte är praktiskt möjligt att köra med fler polarisationsriktningar än två.

För att komma vidare är det mimo som gäller, att öka antalet antenner både på sändar- och mottagarsidan för att skapa nya kanaler med befintliga frekvensband.

Tekniken visades först av Ericsson på mobilmässan Mobile World Congress i Barcelona år 2011. Det handlade om mimo med två antenner på sändarsidan och två antenner på mottagarsidan.

– När behovet från marknaden kommer kan vi realisera det i en produkt. Det är en nyckelteknik för trådlöst backhaul med extremt hög kapacitet.

Särskilt i de lägre och därmed också smalare frekvensbanden är det en attraktiv teknik.

Med alla tillgängliga knep, inklusive 2 5 2 mimo, polarisation och 1024 QAM landade spektraleffektiviteten på 35 bitar per sekund och Herz.

– Då kan man nå 1 Gbit/s i en 28 MHz-kanal.

Idag ligger de bredaste tillgängliga frekvensbanden för mikrovågslänkar på 112 MHz medan de smalaste bara är 3,5 MHz. Bredare band hittar man högre upp i spektrum. På E-bandet mellan 60 och 90 GHz finns 250 MHz-kanaler som kan läggas ihop så att frekvensbandet blir upp till 1 GHz.

– Med ett band på 1 GHz, spektraleffektiva tekniker på 35 bitar per sekund och Herz är det inom räckhåll att göra en länk som ger 36 Gbit/s, säger Jonas Hansryd.

Två E-band som är tillgängliga och där det redan finns produkter är 71 till 76 GHz respektive 81 till 86 GHz. Det finns även möjliga band på 92 till 95 GHz och från 141 till 147 GHz.

Ericsson har idag mikrovågslänkar upp till 86 GHz.
MER LÄSNING:
 
magasinet

221 stycken elektronik­konsulter

Registrera ditt företag nu!
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik
Anne-Charlotte
Sparrvik
+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)