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四大创新趋势重塑微波无线电市场

Emmy Johnson, Sky Light Research, Scottsdale, Ariz.

长期以来，微波无线电一直是在塔台和中心局之间传输移动回程流量的关键组件。随着无线网络的发展，微波无线电的发展成为一个关键的推动因素。能效、流量管理和容量阈值方面的进步共同推动着市场向前发展，以满足先进的5G和6G网络的要求。

能源效率：黄金标准

能源效率是移动网络的一个关键指标。根据摩根士丹利的研究，¹生成式人工智能的能源需求每年可能增长70%。根据能源信息署的《国际能源展望》，² 2022年至2050年间，全球能源消耗可能会增加34%。正是这些数据以及日益增长的能源成本，使得能效在移动运营商、企业和政府机构等客户心目中占据重要地位。

通过在产品中集成生成式人工智能，微波无线电在能效方面取得了长足进步。虽然创建生成式人工智能模型最初需要消耗大量能源，但随着时间的推移，节省的能源有望超过开发模型所需的能源。生成式人工智能模型通过优化网络性能、预测维护需求、改善能源流程和提高信号处理能力，能够改变微波无线电的运行和管理。这些技术使运营商能够提高资源利用率、降低运营成本并保持较高的服务质量。特别是深度睡眠模式，代表了节能潜力的飞跃，与提高效率和可持续性的行业目标不谋而合。

深度睡眠模式是微波无线电的一种省电功能，旨在网络需求减少时降低能耗。这种功能在多载波配置（如2+0或4+0配置）中尤其有用，因为在这种配置中，一天24小时都不需要满负荷运行。该系统利用人工智能驱动的流量感知生成算法，监控每个链路的特定流量模式。通过研究过去的趋势和当前的条件，它可以确定启动深度睡眠模式的最佳时机，同时避免网络超载的风险。这种方法确保只有在运行安全的情况下才会暂时关闭非活动载波，从而在不降低服务质量的情况下显著节约能源。与标准运行状态或较轻的省电方法相比，人工智能驱动的深度睡眠模式能更大幅度地降低能耗，是提高网络效率的重要工具。

爱立信的MINI-LINK微波无线电是利用人工智能深度睡眠模式为运营商节省能耗的一个有趣实例。在对一个拥有5000个2+0链路的中型网络进行的案例研究中，爱立信证明，人工智能驱动的深度睡眠功能与多载波链路的流量感知输出功率调节相结合，可在五年内节省20%的能源，而对用户体验或服务可用性的影响几乎可以忽略不计。功耗的大幅降低凸显了人工智能增强型深度睡眠技术的节能潜力，以及其为更加环保的微波网络做出贡献的能力。图1显示了爱立信在流量感知输出功率方面使用无深度睡眠、固定深度睡眠和人工智能驱动的深度睡眠的节能效果。

图1 爱立信不同网络配置下的节能效果。资料来源：Ericsson Microwave Outlook, 2022。

无法测量就无法改进

预测性维护是人工智能产生重大影响的另一个领域，它提供硬件降级警报和高温预警。这样就能对潜在问题进行主动管理，避免昂贵的紧急维修，提高整体网络效率。生成式人工智能模型还可以预测网络流量的增长，使运营商能够主动优化资源分配和能源使用，从而在为未来需求做好准备的同时保持网络的平稳运行。通常情况下，采用一种称为自动根本原因分析(RCA)的技术来帮助监控和改善信号管理。

自动RCA的主要应用之一是检测和缓解天线错位问题。通过频繁收集和分析性能数据（例如每10秒一次），可以高精度地评估链路质量。这样就能检测和诊断信号衰减，在中断发生之前区分无线电干扰、障碍物、降雨或对齐偏移等原因。这些系统可以确定是否有必要立即采取行动，或者问题是否是暂时的。例如，在暴雨期间，系统可以将天气确定为信号下降的可能原因，使操作员能够监控情况，而不是不必要地派遣维护团队。这种有针对性的故障排除和维护方法大大减少了现场访问。通过最大限度地减少现场访问，网络效率得以提高，同时运营成本和能耗也有所降低。结合深度睡眠模式等节能流程和基于人工智能的管理流程，运营商可以提高能源效率、降低成本并减少碳足迹，同时保持高质量的服务。

Ceragon的Insight Tool就是利用人工智能简化网络管理的一个极佳范例。在过去24个月中，Ceragon通过整合人工智能和机器学习重塑了网络管理方法。通过利用人工智能，该平台提供了对网络性能的全面监督，使运营商能够更有效地应对复杂的挑战，更高效地使用网络资源，从而节省时间和金钱。该平台的主要功能包括：关联警报和事件以更快地排除故障；分析链路性能以检测异常情况；预测性地管理流量以在容量问题升级前对其进行预测。此外，该工具的预防性监控功能使运营商能够减少潜在的故障，而远程维护功能则可减少运营支出并提高网络性能。通过解决这些关键问题，Insight Tool等人工智能平台正在成为现代微波网络不可或缺的一部分。这些工具帮助运营商在要求越来越高的环境中实现更高的效率和可靠性。

以低延迟实现容量最大化

除了更有效地利用资源，提高容量也是所有运营商最关心的问题。先进的5G和6G网络使用大量数据，这就需要大量容量。对于运营商来说，能够扩展现有资源以满足客户需求是至关重要的。有几种方法可以提高容量：增加信道大小、采用更高的调制方案（高达16K-QAM）、增加另一个载波或采用多频段技术。

多频段技术正成为运营商最大限度地提高链路距离和容量的一种更常见的方式。多频段技术将高容量频率（如E频段）与低频段相结合，可显著提高容量。这种方法充分利用了两个频段的优势，扩大了传统微波链路的覆盖范围并提高了容量。

Aviat Networks的WTM 4800系列产品是高效多频段技术的典范。通过利用E频段的容量，与一个或多个微波通道并行，Aviat可以将10+Gbps链路扩展到10公里以上。4800系列之所以引人注目，是因为它提供了多种选择，包括单盒E波段供应商无关多波段配置、单盒多波段配置和扩展距离多波段配置。扩展距离多频段配置是一种独特的选择，它由两个独立的盒子组成，四个频道共用一根天线。一个盒子包含两个E波段信道，另一个盒子包含两个微波信道，所有信道通过共享天线无缝集成。其他功能还包括集成的L1-LA流量汇聚、无需室内单元和优化的低功耗。通过在单个设备中部署结合多个频段的无线电，运营商可以提高链路容量、可靠性和距离，而无需额外的天线或设备。图2显示了Aviat 4800系列中这些选项的链路距离。

图2 Aviat 4800各选项的链路距离。资料来源：Aviat Networks。

尽管Aviat在多频段配置方面取得了成功，特别是在美国的农村地区，但欧洲和中东地区使用多频段E波段已经有一段时间了。为了在多频段配置中充分利用资源，ETSI一直在研究新的回程关键性能指标，即回程流量可用性(BTA)。BTA考虑了运营商的RAN流量统计，以最大限度地减少链路的过度设计，确保在不影响最终用户体验的情况下提高效率。多频段和BTA只是另一个例子，说明分层创新流程如何将网络效率提升到另一个水平，同时大幅降低回程成本。

D波段：超大容量的另一种选择

通过接入更高的频率，运营商可以传输更大的容量。与多频段一样，传统微波频段通过利用80GHz范围内的E频段来增加容量。D波段是另一个频段，通过使用130至157GHz这一更高频率范围内的广泛频谱，可提供更大的容量。

虽然D波段技术相对较新，但该技术的进步表明，它有能力超越20Gbps。在实现这一目标的同时，还能保持功率、延迟和效率等重要指标。紧凑型高增益天线等创新技术有助于使这些系统更加适应城市小型基站网络，而宽信道带宽则可实现更快、更高效的数据传输，从而提高部署的灵活性。

目前只有少数D波段试验，诺基亚在法国的试验是首批现场试验之一，也是唯一使用频分双工（FDD）的试验。与传统的时分双工（TDD）传输相比，诺基亚通过使用FDD，在单个信道上同时进行传输和接收，有效地将容量提高了一倍，同时保持了较低的延迟。诺基亚报告说，利用D频段FDD，他们能够实现10+10Gbps的容量，即利用单个2GHz信道实现上行和下行各10Gbps的容量。此外，通过利用全部信道带宽而无需单独频率，他们还能将频谱效率提高100%。由于无需在传输和接收模式之间切换，能源效率也得到了提高，比TDD系统提高了100%。此外，由于简化了设计，需要的组件更少，采用了更精简的部署方式，并针对各种应用采用了标准化方法，因此硬件成本最多可降低50%。这种接入更高频率的创新技术以及其他微波技术的进步，解决了无线回程和前传技术中的容量和延迟技术障碍，从而实现了高效的5G-A和6G网络。

Sky Light Research预计D波段的商用出货要到2027年以后，而大量出货则不会早于2029年。目前，传统微波无线电占出货量的大部分，而E波段无线电正在推动增长。图3显示了Sky Light对传统微波与E波段无线电发展趋势的最新预测。

图3 微波无线电预测和细分。资料来源：Sky Light Research。

通过现在投资D波段技术，业界正在为下一代网络奠定基础。此外，D波段无线电还为在光纤安装困难的地方建立大容量无线链路提供了切实可行的解决方案。这将为现有网络基础设施提供宝贵的补充。

小结

微波无线电正在稳步发展，以满足先进移动网络日益增长的需求，重点是提高能效、容量和可靠性。人工智能驱动的深度睡眠模式、预测性维护、多频段配置和新兴的D频段等创新技术正在重塑运营商对无线回程的看法。这些发展不仅降低了成本和能耗，还提高了网络性能，使运营商能够处理5G的海量数据需求，并为6G奠定基础。虽然传统的微波无线电仍然是网络基础设施的重要组成部分，但E波段和D波段等技术正在逐步突破无线回程的极限，为更高效、可扩展的网络铺平道路。

参考资料

1.        www.morganstanley.com/ideas/sustainability-industry-trends-energy-transition-AI。

2.         www.instituteforenergyresearch.org/international-issues/eia-expects-global-energy-consumption-to-increase-through-2050。