Un modo promettente per realizzare servizi Fixed Wireless a banda ultra larga è quello di implementare reti che sfruttano le bande di frequenza più alte, in particolare nello spettro delle onde millimetriche (mmWave). L’accesso a tali bande di spettro consente ai sistemi FWA di fornire diverse centinaia di Mbps agli abbonati residenziali e aziendali, anche ai margini della cella. Il 5G, che si basa sullo standard 3GPP, è un candidato per la fornitura di FWA a banda ultra larga, ma non è l’unico. Esistono altre tecnologie appositamente progettate che utilizzano lo spettro mmWave e sono in grado di offrire servizi FWA simili con celle più estese ed una rete core meno complessa rispetto al 5G. Le bande di frequenza aggiuntive individuate per l’implementazione delle reti 5G non sono esclusivamente legate al 3GPP.
A seconda del paese e degli organismi di regolamentazione competenti, ci sono casi in cui lo spettro viene allocato sia per l’uso IMT-2020 (5G) che per altre tecnologie wireless fisse. Ciò significa che ci saranno casi di coesistenza tra il 5G ed altre reti FWA proprietarie (incumbent o newcomer). La necessità di far operare allo stesso tempo queste reti è un requisito difficile e può essere soddisfatta solo se l’interferenza è ridotta al minimo.
Sfide delle Reti TDD
Per aumentare la flessibilità e rendere più efficiente l’utilizzo dello spettro, il Time Division Duplex (TDD) sta diventando sempre più comune ed importante per le applicazioni di accesso. Il TDD utilizza la stessa frequenza per ciascuna direzione duplex, con una trama che include diversi periodi di tempo e slot per comunicazioni uplink o downlink. Modificando la durata di questi, le prestazioni della rete possono essere personalizzate per soddisfare le diverse esigenze e contribuire a fornire la migliore esperienza possibile.
Tuttavia, affinché ciò funzioni, tutte le reti TDD, sia 5G che altre soluzioni FWA proprietarie, che operano nella stessa gamma di frequenza ed all’interno della stessa area devono essere sincronizzate. Le stazioni base devono trasmettere negli stessi periodi di tempo e tutti i dispositivi devono trasmettere solo in periodi di tempo dedicati. In caso contrario, si creano interferenze che hanno un impatto notevole sulle prestazioni e sulla copertura.
Fondamenti di Sincronizzazione
La sincronizzazione è una delle funzioni più critiche di un sistema di comunicazione. Specialmente per il Time Division Duplex (TDD), dove sia la trasmissione uplink che downlink sono sulla stessa frequenza, la possibilità di interferenza è molto più significativa.
Il TDD risulta essere un’opzione più attraente dal punto di vista dell’efficienza spettrale perché richiede solo un canale non accoppiato per il funzionamento, il che è vantaggioso considerando la scarsità di risorse di frequenza. Mentre porta efficienza spettrale, il TDD introduce una sfida critica: temporizzazione e sincronizzazione. Ad un sistema TDD vengono imposte severe restrizioni temporali per evitare interferenze poiché sia il downlink (DL) che l’uplink (UL) condividono lo stesso spettro.
Oltre al riferimento comune di clock/timing, le implementazioni TDD devono anche utilizzare una struttura di trama compatibile tra gli operatori incumbent FWA, che utilizzano risorse di spettro specifiche, ed i nuovi arrivati (ad esempio i nuovi operatori 5G). Se questa condizione non è soddisfatta, lo spettro DL (Down Link) potrebbe sovrapporsi sui canali adiacenti. Per lo FDD questo è accettabile, poiché i canali UL (Up Link) e DL sono separati da una banda di guardia. Per il TDD, UL e DL condividono lo stesso canale. Qualsiasi imperfezione spettrale in DL può quindi creare interferenza sul segnale UL dell’operatore adiacente, soprattutto quando le due celle sono ai confini l’una dell’altra.
Il 5G NR utilizza un formato di slot configurabile, che consente la variazione del rapporto di suddivisione (split-ratio) DL/UL a seconda del tipo di traffico/servizi che viene scambiato, tra la stazione base e le UE (User Equipment). Nonostante i vantaggi di uno split ratio configurabile, potrebbe essere ugualmente complicato se due reti, che offrono diversi tipi di servizio, si trovassero l’una accanto all’altra. Potrebbero verificarsi interferenze anche se sono sincronizzate nel tempo, ma i loro formati di slot non essere sincronizzati. I seguenti punti riassumono i criteri di sincronizzazione che devono essere soddisfatti nelle reti TDD, co-locate o adiacenti, ed anche la soluzione che gli operatori devono seguire per non interferire tra loro.
- Riferimento dell’inizio di trama comune per tutte le trasmissioni
Tutti gli operatori devono sincronizzare le proprie trame in aria utilizzando un riferimento di temporizzazione comune tramite impulsi accuratamente cronometrati ricevuti ogni secondo (1PPS) derivati dal GNSS (Global Navigation Satellite System). - Struttura della trama di downlink/uplink comune e sincronizzata tra tutti gli operatori coesistenti
Questo è un requisito più impegnativo poiché gli operatori, che hanno implementato reti non basate su 3GGP, dovranno fare affidamento sulle capacità delle loro apparecchiature per selezionare diversi rapporti di divisione DL/UL, che corrisponderanno esattamente allo split ratio che verrà deciso di volta in volta dai vicini operatori 5G. - Periodicità di trasmissione comune (periodicità del pattern DL/UL)
Questo è un punto delicato che deve essere affrontato dagli operatori e dai fornitori di apparecchiature. 5G NR ha introdotto l’uso della spaziatura variabile delle sotto-portanti OFDM per coprire diversi requisiti di QoS, latenza e range di frequenza. Ciò è ottenuto dalla numerologia scalabile OFDM, che è il numero magico che definisce il numero di slot, nonché la lunghezza dello stesso, nella trama 5G NR. Alla fine la numerologia definisce anche la periodicità di trasmissione (in µs) di uno specifico dispiegamento in campo. Gli operatori FWA esistenti, che devono coesistere con le reti basate su 3GPP, devono regolare la loro trama trasmessa in aria in modo che corrisponda alla periodicità di trasmissione impostata dalla numerologia OFDM applicata dagli operatori 5G.
La Soluzione WiBAS G5
La piattaforma WiBAS G5 PtMP è l’ultima aggiunta all’offerta di prodotti FWA a banda ultra larga di Intracom Telecom. Funziona nella banda di frequenza licenziata nell’area 24,25-29,5 GHz, utilizzando i vantaggi e l’efficienza dello spettro TDD contiguo. Può fornire diverse centinaia di Mbps agli abbonati che si trovano a distanze superiori a 5km dall’hub della stazione base. Allo stesso tempo, gli SLA end-to-end sono garantiti dall’utilizzo di avanzati meccanismi gerarchici di Quality of Service. WiBAS G5 si basa su un MAC e un Physical Layer appositamente progettati, rendendola così flessibile quando si tratta di affrontare le sfide menzionate in questo articolo.
WiBAS G5 può affrontare tutte e tre le principali sfide. Può fornire varie lunghezze di formato di trama, che corrispondono esattamente a tutte le periodicità di trasmissione 5G disponibili, che risultano dalla numerologia concordata tra gli operatori 3GPP a livello nazionale. Inoltre può anche adottare un riferimento comune dell’inizio di trama, utilizzando un modulo GNSS esterno ottenendo, in questo modo, la sincronizzazione della frequenza e della fase tra tutti i siti coesistenti delle stazioni base. Infine, può suddividere la struttura della sua trama in modo tale da poter corrispondere ai vari rapporti di divisione Downlink/Uplink utilizzati dalle implementazioni 5G.
Conclusione
L’uso comune dello spettro di frequenza contiguo nella banda mmWave per le reti di accesso, da parte di diverse tecnologie FWA TDD disponibili, sta creando un’imminente necessità di una coesistenza priva di interferenze in configurazioni co-locate o adiacenti. Poiché il 5G si basa sullo standard 3GPP, tutti gli altri fornitori di apparecchiature proprietarie dovranno soddisfare le sfide poste dalla nuova tecnologia. WIBAS G5 è in grado di affrontare tutti i criteri fondamentali di sincronizzazione per la coesistenza della rete TDD, garantendo agli operatori che scelgono questa soluzione per la loro rete FWA di beneficiare di un’infrastruttura di base più semplice e allo stesso tempo di non causare problemi di interferenza con esistenti o future implementazioni 5G.
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