fwa:详解固定无线接入

定义:

FWA全称是Fixed Wireless Access。即固定无线接入。FWA是一种通过两个固定点之间的无线电链路提供无线连接的方法。换句话说,固定无线是一种为家庭或企业提供无线互联网接入的方式,无需铺设光纤和电缆以提供最后一英里的连接。FWA使网络运营商能够为郊区和农村地区提供超高速宽带,在这些地区铺设光纤或维护光纤线路的成本非常昂贵。
FWA组网
固定无线技术(LTE,WiMAX等)已经存在了相当长的一段时间。然而,提供固定宽带的成本和复杂性不断挑战高速数据服务的推出。虽然WiMAX等技术试图绕过本地环路或防止光纤沟槽,但这些举措在很大程度上失败了 - 主要是因为它们需要全新的覆盖基础设施和昂贵的专有设备。基于4G / LTE技术的FWA也已部署,但是,该技术频谱效率低下,部署成本高昂,并且无法提供与有线宽带连接竞争所需的速度。

所有这些都将随着5G技术而改变。5GFWA采用标准化的3GPP架构和通用移动组件,为住宅用户和企业客户提供超高速宽带服务。5G FWA采用毫米波长的新无线电,可以在所有市场上为固定线路DSL,电缆和光纤提供有竞争力的替代方案。通过这种方式,郊区和农村消费者可以获得支持高清流媒体服务和高速互联网接入所需的带宽。


下一代基于5G的固定无线技术预计将达到几Gbps的数据速率,完全在现有光纤技术的范围内。5G和旧技术之间数据速率的提高很大一部分将来自频谱容量的增加。预计5G固定无线网络将利用毫米波频段(28 GHz,37 GHz,39 GHz等),其中较大的连续频谱块随时可供使用。除了增加频谱外,5G网络的设计还旨在将频谱效率提高几个数量级,与4G前辈相比。大规模MIMO、波束成形和波束跟踪等先进天线技术将成为关键的推动因素。

FWA优势

以前的FWA计划由于他们所采用的技术的专有性质而失败。这导致设备供应商和支持的生态系统不佳,从而减少了竞争选择并提高了价格。相比之下,5G供应商生态系统已经很大并且还在不断增长,增加了标准化用户设备(UE)、商用芯片和移动网络设备,无需修改即可重用于FWA。

无线频谱较低频段的5G固定无线接入可用于快速,廉价地提供有线宽带的替代方案。在毫米波长中,5G FWA可以提供与光纤相当的服务带宽容量水平。这些窄波束还可以在不造成干扰的情况下实现更高密度的用户。虽然毫米波穿透常见建筑材料(包括新型玻璃)的渗透率很低,但带有天线的客户端设备(CPE)可以显着缓解信号衰减。与有线本地环路不同,这些仍然可以由商业或住宅用户轻松自行安装。

FWA提供的不仅仅是增强型移动宽带的途径,它建立在真正的5G核心之上,为需要低延迟同时要求高带宽的全新服务产品奠定了基础。

在全球为5G目的设想的三个主要频段中,中Ghz范围内的频段最适合FWA。3.4-3.8 GHz频段提供卓越的覆盖范围和中等吞吐量,适用于低密度郊区或农村地区。虽然仍然可能需要外部天线,但24.25至27.5GHz范围适用于为更高密度的郊区和城市提供服务。与移动版不同,5G FWA CPE不受空间或功率限制,因此可以在上行链路(UL)上采用多输入多输出(MIMO)天线和波束成形技术,频率与下行链路(DL)不同,从而提高上传吞吐量。

FWA 部署

使用5G新无线电的初始固定无线接入试验采用经典的演进分组核心(EPC)基础设施进行数据传输和控制信息。通常被称为选项3x,支持FWA和其他早期5G部署的新gNodeB(gNB)与现有的4G eNodeB一起以非独立(NSA)方式运行。选项 3 在首次实施 5G FWA 时降低了部署风险和变量。

然而,5G天线分布的粒度,以及通过FWA服务交付的高带宽流应用,将很快需要在接入网络中增加容量,以及更高密度的分布式用户平面聚合点。

LTE控制和用户平面分离(CUPS)技术可以为这些问题提供部分解决方案,但涉及延长主要以硬件为中心的方法来交付数据平面。这是一个昂贵而复杂的主张,也将延长向真正的云原生5G核心的迁移,如行业标准和规范中所述。

相比之下,部署在高度自动化的多接入边缘计算(MEC)云环境中(具有动态扩展和自治网络切片)的5G用户平面功能(UPF)可以真正满足固定无线接入基础设施的先决条件。

有了这个经济高效的数据平面,可以大大简化完整的基于服务的 5GC 控制平面架构 (SBA) 的采用:
5G FWA架构
5G FWA架构,4G与5GC互通

通过消除更新现有无线接入网络(RAN)设备或完全消除4G控制平面的需要,移动管理实体(MME)北行实施的4G / 5G控制平面互通功能(CP-IWF)将完成这种方法,使现有移动LTE用户能够与FWA用户一起利用5G核心基础设施。

FWA面临的主要挑战:

毫米波频段的无线电传输本质上是有损的。它对环境变化(树叶、雪、雨等)也高度敏感。服务提供商必须规划更小的蜂窝尺寸,这将导致每户家庭的基础设施成本增加。波束成形和大规模MIMO技术旨在缓解其中的一些问题;然而,这些技术既复杂又昂贵。
更高的传播损耗还需要客户的家用网关(也称为客户端设备)辐射更高水平的无线电功率,以维持可接受的链路。应开发新技术,以保持足够的射频暴露安全性。
州和地方监管机构必须放宽分区限制,以加快运营商在社区安装无线电装置的能力。较长的分区审批周期可能会进一步削弱商业案例。
政府、服务提供商、设备制造商和半导体供应商都必须在一组全球统一的频谱中围绕一个单一的5G标准进行整合。标准化将实现由多个供应商组成的强大生态系统,帮助降低成本。

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