Uploaded byAntonio Capone
Linkra: Mobile backhauling: i collegamenti radio a larga banda per le reti radiomobili di nuova generazione
Il documento discute l'evoluzione delle reti mobili e l'importanza del backhauling per la realizzazione di reti 4G e 5G. Viene descritto il ruolo dei ponti radio nel trasporto dell'informazione, delle tecnologie di modulazione e delle architetture di rete. Il crescente traffico dati e la necessità di gestire il QoS richiedono soluzioni innovative come la modulazione adattativa e l'uso di bande di frequenza elevate.
Linkra: Mobile backhauling: i collegamenti radio a larga banda per le reti radiomobili di nuova generazione
- 1. © Linkra s.r.lConfidential
- 3. OUR WORLD ISMOBILE AND CONNECTED HOW do we keep fueling the Network evolution? Make it Effortless for the customer!
- 4. Il mercato deiponti radio Mobile Backhauling collegamenti radio a larga banda per la realizzazione delle reti radiomobili «full IP» di nuova generazione
- 5. La rete 4G:la tipologia di traffico cambia La rete TDM La rete a pacchetto Il traffico è principalmente voce , la struttura si • La rete porta diversi servizi che possono basa sugli E1 ed i servizi sono “real-time” avere qualità differenziata e si basa su La capacità della rete ed il traffico hanno Ethernet relazione lineare • “we are carrying services not capacity” Evoluzione della tipologia di traffico nelle reti mobili Traffic Cost 3G 2G Voice Era Capacity 4G Voice Era Revenue Revenue Cost Data Era Service Aware Data Era Source: Unstrung Insider Source: Alcatel-Lucent 6 Mbit – 8 Mbit 30 Mbit – 100 Mbit + TDM Based – Voice IP Based – Multi Services “Voice Handsets” “Unwired Life” I costi devono seguire l’andamento dei ricavi e 5 non quello della richiesta di banda
- 6. I ponti radionelle reti di telecomunicazione 6
- 7. L’evoluzione … versola rete LTE 7 7
- 8. Il backhaul nellereti mobili Base Station Switching Center Radio Link 8
- 9. Il ponte radio • Il ponte radio è un sistema per il trasporto dell’informazione tra due punti che utilizza lo spazio come mezzo trasmissivo • L’informazione viene trasportata modulando, ovvero variando, ampiezza e/o fase dell’onda portante a radiofrequenza con conseguente “allargamento” dello spettro • Il canale radio è la porzione di spettro che il segnale modulato può occupare • Il canale di andata e quello di ritorno possono essere alla stessa frequenza (TDD) o a frequenze diverse (FDD)
- 10. La frequenza radio(1) La banda di frequenza a disposizione è determinato da: • i parametri fisici del mezzo trasmissivo: l’attenuazione del segnale che varia con la frequenza limita le frequenze praticamente utilizzabili • limiti tecnologici: si possono realizzare industrialmente circuiti fino a 90 GHz
- 11. La frequenza radio(2) • requisiti legati all’applicazione, quali l’elevata direttività e la disponibilità del collegamento: la direttività ed il guadagno delle antenne è funzione della frequenza • normative internazionali che regolano l’utilizzo della risorsa radio (ponti radio, radar, radio diffusione, telefonia mobile, …); • ITU (International Telecommunication Union), definisce a livello mondiale le bande di frequenza utilizzate per i ponti radio e la larghezza dei canali che possono essere usati nelle diverse bande • CEPT (Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications), emette le normative a livello europeo • ETSI (European Telecommunications Standards Institute) definisce, a livello europeo, i parametri di funzionamento base per gli apparati (maschere di emissione, BER, ….) Band 6L GHz 6U GHz 7 GHz 8 GHz 10.5 GHz 11 GHz 13 GHz 15 GHz 17 GHz Frequency 5,925-6,425 6,425-7,125 7,10-7,90 7,90-8,50 10.1-10.7 10.7-11.7 12.7-13.2 14.4-15.4 17.1-17.3 Range (GHz) Band 18 GHz 23 GHz 24 GHz 26 GHz 28 GHz 32 GHz 38 GHz 42 GHz Frequency 17.7-19.7 21,20-23,60 24.0-24.25 25,25-27,50 27,50-29,50 31,80-33,40 36,00-40,50 40,5-43,5 Range (GHz)
- 12. Architettura di unponte radio La struttura generale di un ponte radio comprende: • unità per l’elaborazione del segnale di banda base con le interfacce dati verso la rete (E1, STMn, Ethernet) • modem • unità radio (radiofrequenza) • filtri RF e antenna (o antenne) • unità ausiliarie (alimentazione, controllo, servizi)
- 13. Architettura di unponte radio • Negli apparati da interno o “full InDoor” tutte le unità sono collocate in ambienti condizionati o in shelter e collegate all’antenna tramite una guida d’onda • Negli apparati “split” le unità sono ripartite tra parti da interno (IDU InDoor Unit), normalmente banda base, controllo e talvolta il modem, e parti da esterno (ODU OutDoor Unit) radiofrequenza ed eventualmente modem
- 14. La nuova architettura Lereti di terza generazione hanno evidenziato alcuni aspetti: • Le stazioni base (BS o BTS) sono installate sui tetti degli edifici o alla base di un palo con spazio limitato o nullo a disposizione per il ponte radio all’interno dello shelter • L’installazione è diventata una delle voci di costo principali per gli operatori • la tecnologia ethernet è utilizzata per trasportare tutti i servizi Questi aspetti saranno ancora più evidenti nelle reti di quarta generazione dove il numero e la densità delle BS sarà molto maggiore
- 15. La nuova architettura Glisviluppi tecnologici hanno consentito per i ponti radio di nuova generazione di adottare nuove soluzioni: • architettura “full ODU”, tutte le funzionalità sono implementate nella ODU • una o poche interfacce che trasportano traffico, gestione ed alimentazione tutto insieme (GbE con PoE)
- 16. Il backhaul nellereti 4G La rete di quarta generazione è caratterizza da: • accesso ad internet dal “mobile” equivalente a quello fornito dalla rete fissa • traffico principalmente costituito da dati e video, con Ethernet come tecnologia base utilizzata per tutti i servizi • topologia di rete costituita da microcelle L’introduzione delle reti di quarta generazione richiederà quindi una nuova di trasporto con capacità molto maggiori e gestione del traffico “intelligente”, ottenibili con: • modulazione adattativa e gestione della qualità del servizio (QoS) integrate • incremento dell’efficienza spettrale mediante l’utilizzo di trasmissione su polarità incrociate (XPIC) e tecniche MIMO • utilizzo di nuove bande a frequenza maggiori quali la banda E (70-80 GHz)
- 17. La modulazione adattativa Ilformato di modulazione e codifica viene scelto dal modem in funzione delle condizioni della tratta radio, in modo tale da massimizzare la capacità quando le condizioni sono nominali e limitare il disservizio in presenza di fading o altri disturbi La banda base, al variare della modulazione e quindi della capacità trasportata, elimina o ritarda i pacchetti dei servizi che risentono meno di eventuali perdite o variazioni nel ritardo evitando l’interruzione dei servizi “real-time”
- 18. Trasmissione su polaritàincrocite • La trasmissione su polarizzazione incrociata consente di inviare due segnali sullo stesso canale radio sfruttando la due polarizzazioni ortogonali del campo elettrico, verticale ed orizzontale V Polarization H Polarization • Un blocco del ricevitore dedicato (XPIC Cross Polarization Interference Canceller) cancella dal flusso principale, le eventuali interferenze causate dalla eventuale “depolarizzazione” del segnale che può verificarsi in presenza di pioggia o altri fenomen atmosferici
- 19. MIMO • Le tecnicheMIMO (Multiple In Multiple Out) vengono utilizzate per inviare due segnali sullo stesse canale utilizzando due antenne opportunamente spaziate in modo da avere i segnali scorrelati • Come per l’XPIC, il ricevitore deve cancellare le eventuali interferenze • Il sistema è particolarmente critico perché richiede una precisa sincronizzazione tra le ODU
- 20. La banda E Alcuniaspetti tipici della banda E (71-76 e 81-86 GHz) la rendono una possibile soluzione per il backhaul delle reti 4G: • la banda non è ancora stata utilizzata e ci sono quindi molti canali a disposizione • l’attenuazione di tratta non trascurabile si adatta bene a topologie di rete molto dense, in quanto l’eventualità di avere interferenza co-canale è molto bassa permettendo così un notevole riuso delle frequenze • la normativa in fase di approvazione prevede già in partenza canali molto ampi (250 MHz) che consento il trasporto di capacità superiori al Gbit/s La realizzazione e messa in campo degli apparati presenta comunque alcuni problemi: • le parti a radiofrequenza sono particolarmente critiche, in particolare il rumore di fase degli oscillatori • le frequenze di clock del modem saranno molto maggiori data la larghezza di canale e quindi la frequenza di simbolo • il puntamento delle antenne può presentarsi problematico a causa dell’estrema direzionalità
- 21. Il fattore chiave:le tecnologie Fattore chiave per le nuove soluzioni sono lo sviluppo delle tecnologie a supporto dell’elaborazione numerica dei segnali: • ASIC / FPGA • Convertitori A/D e D/A le tecnologie RF: • AsGa MMIC e l’integrazione delle funzionalità di banda base: • switch ethernet con funzionalità di Carrier Ethernet integrate
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Editor's Notes
- #3 Introduzione sull’intervento generale e sulla mia parte. Io sono GF e mi occupo di Sviluppo Business trovare i mercati e promuovere i prodotti, quindi faccio molte presentazioni ma generalmente con lo scopo di vendere i nostri prodotti, quando il prof Capone mi ha offerto la possibilità di fare questo intervento mi ha detto due cose : Non è uno spot pubblicitario : dubito che tra di voi ci si qualcuno che mi possa comperare qualche migliaio di «tratte» siamo al POLITECNICO e non so voi ma io essendo stato seduto dalla vostra parte, alla parola «politecnico» sono ancora sensibile o meglio vulnerabile «il cosa» mi evoca lo lascio ad ognuno di voi : comunque la ferita non è ancora rimarginata !Al di là delle battute io farò una contestualizzazione dell’argomento di oggi ovvero colloco il «backhauling» nello sviluppo delle reti mobili di telecomunicazione e vado motivare il perché si fa tanta R&D, quale è il business che traina la ricerca industriale.