E頻段 mmWave 5G Microcell Femtocell Picocell μWave

E頻段成5G高速回程新選項　支援最高60Gbps速率(1)

2024-02-20

第五代行動通訊(5G)逐步普及，回程技術成為支援全球5G網路部署的關鍵。本文介紹各種5G網路回程技術，並重點討論E頻段無線射頻鏈路。

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5G已經成為行動通訊技術的主流規格，本文介紹各種5G網路回程技術，重點討論E頻段無線射頻鏈路及其如何支援全球5G網路的持續部署。將對E頻段技術必需的系統要求進行技術分析，之後將結果映射到物理無線電設計中，同時深入瞭解毫米波(mmWave)訊號鏈。

5G網路拓撲

隨著4G長程演進(LTE)技術的成功，全球開始大規模部署5G網路。圖1展示了5G網路的拓撲結構，以協助人們清晰地理解從存取到回程的無線電網路。該拓撲結構描繪了四種場景，每種場景都透過單獨的連接回到核心網路。

手機和5G無線網路等使用者設備(UE)將透過連接到下一代無線存取網路(NG-RAN)中的基地台(gNodeB)存取網路。在圖1中，將gNodeB表示為大型基地台、小型基地台、5G毫米波存取點和中繼器。大型基地台和小型基地台覆蓋410MHz至7.125GHz(FR1)的頻率範圍。5G毫米波解決方案覆蓋24.25~52.6GHz(FR2)的頻率範圍。

大型基地台的覆蓋半徑較大，而小型基地台在數量上比大型基地台多，更容易部署，但覆蓋半徑較小。小型基地台用於處理使用者密集區域的流量，以及在不增加大型基地台的情況下，更高效地擴大網路容量或覆蓋範圍。5G毫米波是最新一代技術，能夠滿足更高網路容量需求，支援新的使用者體驗，例如在體育賽事直播中，球迷可以在行動裝置上觀看重播。

其他相關NG-RAN設備的實例，是可以在FR1和FR2頻段工作，例如大規模MIMO無線電、微型基地台(Microcell)、毫微微型基地台(Femtocell)、超微型基地台(Picocell)等。

回程(也稱回傳)或行動回程是指連接核心網路(Core Network, CN)和無線存取網路(5G中的gNodeB)的傳輸網路。隨著蜂巢式網站密度的增加，由於需要高容量鏈路來連接核心網路，因此行動和固定無線回程顯得愈加重要。《2022年愛立信微波展望》報告顯示，到2025年，城市蜂巢式基地台將需要每站5~20Gbps的回程容量。在圖1中，將無線回程顯示為微波(μWave)和E頻段(mmWave)無線電兩種。E頻段無線電可以與μWave無線電共置，或者以更高資料頻寬方案取代μWave無線電。雖然5G帶來了新的商機，但行動業者由於需要在城市或鄉村地區快速提供高容量、低延遲、可靠、可擴展、成本優化的回程鏈路，而承受著越來越大的壓力。

回傳、中傳、前傳區別

在5G RAN中，基頻單元(BBU)功能分為分布單元(Distributed Unit, DU)、中央單元(Central Unit, CU)。業者選擇如何放置這些設備，取決於可用的前傳介面和鏈路傳輸技術，相較於採用更集中的處理方式，在邊緣以低延遲完成多少處理量比較合適。圖2展示了無線存取網路的架構演進。回傳是每種解決方案的核心部分。

．蜂巢式基地台RAN：傳統配置，射頻單元(RU)和BBU功能位於蜂巢式基地台。單獨的回傳鏈路連接到核心網路。

．集中式RAN(低階拆分)：此模式允許將部分網路集中到邊緣基地台，如此做法可以提供虛擬化優勢(vBBU)。處理能力將下放到邊緣基地台，蜂巢式基地台中只有實體層，因此會降低其複雜性。然而，現在需要前傳鏈路在RU和集中式BBU之間傳輸大量資料。這有時稱之為低階拆分。

．分離式RAN(高階拆分)：RU和DU可以共置於蜂巢式基地台，也可以分開放置。此模式不僅提供虛擬化優勢，還能提升成本效益。CN單獨位於邊緣基地台。此稱為高階拆分：

RU和DU共置於蜂巢式基地台，而CN位於邊緣基地台。表示需要中傳鏈路將遠端CN(邊緣基地台)連接到RU+DU(蜂巢式基地台)。
RU、DU和CN分開放置。

集中式和分離式RAN模型都支援多家供應商的硬體和軟體建置方案，這應該能為網路部署帶來成本效益。設備必須支援交互操作(RU、DU、CU)，允許將不同供應商的解決方案混搭使用，進而提升效率。這是開放式RAN(O-RAN)聯盟的核心精神。設備供應商先前的介面解決方案是專有的，無法與其他供應商的設備實現交互操作。

此外，隨著業者在集中式和分離式RAN配置中部署前傳和中傳鏈路，這些鏈路也不斷發展。如果沒有光纖可用和/或安裝光纖的成本過高，或者光纖並非短期內完成部署的可行方案，那麼可以透過E頻段提供卓越的解決方案。

4G和5G之間有一個根本區別：在5G NR中，傳統的4G核心網路EPC(Evolved Packet Core)在專用硬體上運行，通常位於基地台或蜂巢式塔台附近，因而被拆分。如此各項功能可以在商用成品(COTS)硬體上運行。因此，隨著功能轉移到邊緣，5G的核心網路實際上更加分散(圖3)。核心網路功能現在可以共置於邊緣，使得通訊速度更快，使用者延遲更低。其並支援網路切片，即為特定應用需求創建虛擬網路。例如，一個切片可以提供高速寬頻，而另一個切片可以為物聯網提供機器對機器連接。此外，此種邊緣雲端架構支援邊緣運算。因此，網路可以在靠近邊緣的地方設定小型資料中心，以支援相同內容的影像流傳輸，而不是從中心位置回傳資料。此種5G架構在配置網路存取、硬體、功能和回程方面更高效、更彈性。