QAM-Modulation für Mikrowellenverbindungen

1. Was ist QAM?

Die Modulation ist eine Datenübertragungstechnik, die ein Nachrichtensignal innerhalb eines anderen Trägers mit höherer Frequenz überträgt, indem der Träger so geändert wird, dass er der Nachricht ähnlicher wird. Die Quadraturamplitudenmodulation (QAM) ist eine Modulationsform, bei der zwei Träger - um 90 Grad phasenversetzt - und unterschiedliche Symbolraten (dh übertragene Bits pro Symbol) verwendet werden, um den Durchsatz zu erhöhen. Die Tabelle in diesem Blog-Beitrag (Abbildung 1) beschreibt die verschiedenen allgemeinen Modulationspegel, zugehörigen Bits / Symbole und die Verbesserung der inkrementellen Kapazität über dem nächstniedrigeren Modulationsschritt.

 

Kabelfreie QAM-Modulationstabelle

2. Müssen alle Betreiber, die Mikrowellen-Backhaul verwenden, QAMs höherer Ordnung verwenden?

QAMs höherer Ordnung sind nicht unbedingt ein Muss für alle Netzbetreiber. Modulationen höherer Ordnung bieten jedoch eine Methode, um einen höheren Datendurchsatz zu erzielen, und sind ein nützliches Werkzeug zur Erfüllung der Anforderungen an die LTE-Backhaul-Kapazität.

3. Was ist der Hauptvorteil der Verwendung von QAMs höherer Ordnung mit Mikrowellenradios?
Der Hauptvorteil ist eine höhere Kapazität oder ein höherer Durchsatz. Die Kapazitätsverbesserung nimmt jedoch mit jedem höheren Modulationsschritt ab (dh beim Übergang von 1024 QAM auf 2048 QAM beträgt die Verbesserung nur etwa 10 Prozent!), So dass die tatsächliche Fähigkeit von Modulationen höherer Ordnung allein, das Ziel der Kapazitätserhöhung zu erreichen, sehr begrenzt ist. Andere Techniken werden benötigt.

4. Was sind die Kompromisse zwischen QAMs höherer Ordnung und der HF-Leistung?
Erstens wird mit jeder schrittweisen Erhöhung des QAM die HF-Leistung des Mikrowellenfunkgeräts gemäß dem Verhältnis Träger zu Interferenz (C / I) verschlechtert. Wenn Sie beispielsweise von 1024 QAM auf 2048 QAM wechseln, erhöht sich der C / I-Wert um 5 dB (Abbildung 2). Dies führt dazu, dass die Mikrowellenverbindung eine viel höhere Empfindlichkeit gegenüber Interferenzen aufweist, was es schwieriger macht, Verbindungen zu koordinieren und die Verbindungsdichte zu verringern. Zusammen mit dieser Zunahme des Phasenrauschens werden die Kosten für die Entwurfskomplexität steigen.

Kompromisse bei der kabellosen QAM-Modulation

Durch Erhöhen von 1024 QAM auf 2048 QAM verringert sich die Systemverstärkung von über 80 dB auf knapp über 75 dB (Abbildung 2). Mit viel geringerem Systemgewinn müssen Mikrowellenverbindungen kürzer sein und größere Antennen müssen eingesetzt werden - was die Gesamtbetriebskosten erhöht und zusätzliche Probleme beim Verbindungsdesign und bei der Pfadplanung mit sich bringt.

Alle oben genannten sind das Ergebnis linearer Funktionen: Sie verschlechtern sich in einer Eins-zu-Eins-Beziehung mit der Umstellung auf QAMs höherer Ordnung. In der Zwischenzeit sind die Kapazitätserhöhungen, die aus QAMs höherer Ordnung abgeleitet werden, die Funktion einer Abflachungskurve: Jede schrittweise Erhöhung der QAM führt zu einer verringerten prozentualen Erhöhung der Kapazität im Vergleich zu früheren Erhöhungen der QAM. Die zusätzlichen Kapazitätsvorteile werden verringert, wenn die zusätzlichen Kosten eines höheren C / I und eines geringeren Systemgewinns berücksichtigt werden.

5. Müssen Sie Adaptive Coding and Modulation (ACM) verwenden, wenn Sie QAMs höherer Ordnung verwenden?
ACM sollte implementiert werden, während QAMs höherer Ordnung verwendet werden, um eine geringere Systemverstärkung auszugleichen. Während ACM dazu beiträgt, die Auswirkungen einer schwierigeren Ausbreitung bei Verwendung von Modulationen höherer Ordnung abzuschwächen, kann es nicht helfen, ein erhöhtes C / I auszugleichen.

6. Was gibt CableFree hier ein "Heads-up", wenn andere namhafte Unternehmen die Technologie zu unterstützen scheinen?
CableFree erkennt, dass Modulationen höherer Ordnung kein Allheilmittel sind - ein Allheilmittel. Während jede geringfügige technologische Verbesserung des Durchsatzes hilfreich sein kann, ist ein Fokus auf Technologien, die die Kapazität um Hunderte von Prozentpunkten gegenüber zehn Prozentpunkten steigern, jetzt am kritischsten. CableFree geht davon aus, dass diese Lösungen zur Verbesserung der Kapazität um Hunderte von Prozentpunkten der wichtigste Schritt in die Zukunft sein werden. In diesen Technologien hat CableFree ein „Heads-up“. Zu diesen Techniken gehört die Bereitstellung von mehr Spektrum - insbesondere in Form von Mehrkanal-HF-Bonding-Lösungen (N + 0) -, um eine Kapazitätssteigerung von mindestens 200 Prozent zu erreichen. Diese Technik unterliegt der Frequenzverfügbarkeit, aber mit flexiblen N + 0-Implementierungen (z. B. der Verwendung von Frequenzkanälen in verschiedenen Bändern und verschiedenen Kanalgrößen) können viele Überlastungsprobleme vermieden werden.

Zweitens ist die intelligente Dimensionierung des Backhaul-Netzwerks basierend auf bewährten Regeln, Best Practices und QoS-Funktionen (L2 / L3 Quality of Service) eine weitere Technik, um potenziell sehr große Gewinne bei der Backhaul-Kapazität zu erzielen. Modulationen höherer Ordnung können ein Werkzeug sein, um die erforderlichen Kapazitätserhöhungen im Backhaul-Netzwerk zu erreichen. Ihre inhärenten Nachteile sollten jedoch gut verstanden werden, während anderen Techniken, die aussagekräftigere und quantifizierbarere Vorteile bieten, die größte Aufmerksamkeit gewidmet werden sollte.

7. Müssen Betreiber Mikrowellenfunkgeräte nachrüsten, um einen QAM-Betrieb höherer Ordnung in ihrer vorhandenen Mikrowelleninfrastruktur zu ermöglichen? Oder wird komplett neue Hardware benötigt?
Dies hängt vom Alter und Modell der vorhandenen Funkgeräte ab. Ältere Mikrowellensysteme müssen wahrscheinlich „nachgerüstet“ werden, um 512QAM und höhere Modulationen zu unterstützen. Kürzlich installierte Mikrowellensysteme sollten diese Technologien ohne neue Hardware unterstützen können.

8. Wie wird sich QAM in Zukunft entwickeln? Ist die Einführung von QAMs höherer Ordnung ein unbestimmter Prozess, dessen Ende nicht abzusehen ist?

Die Einführung von QAMs höherer Ordnung ist kein endloser Prozess. Gemäß Abbildung 1 in diesem Blog-Beitrag gilt das Gesetz der sinkenden Rendite: Die prozentuale Verbesserung des Durchsatzes nimmt mit zunehmender Modulationsrate ab. Die Kosten und die Komplexität der Implementierung von QAMs höherer Ordnung sind die daraus resultierenden Vorteile der Kapazitätserhöhung wahrscheinlich nicht wert - jedenfalls nicht nach 1024QAM.

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