همه چیز درباره Carrier Aggregation

سلام به دوستان عزیز .  با توضیحاتی درمورد Carrier Aggregation یا تجمع حامل در خدمتتون هستیم.

Carrier Aggregation (CA) یا تجمع حامل یکی از ویژگی های LTE-Advanced است که به اپراتورهای تلفن همراه اجازه می دهد تا دو یا چند حامل LTE را در یک کانال داده ترکیب کنند تا ظرفیت شبکه و نرخ داده را با بهره برداری از تخصیص های طیف پراکنده افزایش دهند.

این فناوری را می توان برای انواع FDD یا TDD LTE با حداکثر پنج حامل ، هر کدام با پهنای باند حداکثر 20 مگاهرتز، که منجر به پهنای باند انتقال کل تا 100 مگاهرتز می شود، اعمال کرد.

گسترش مداوم شبکه های تجاری 5G به طور قابل توجهی تجربه اتصال به شبکه را برای مشترکین تلفن همراه در سراسر جهان بهبود بخشیده است. همانطور که اکوسیستم بالغ می شود، تعداد فزاینده ای از شبکه های پیشرفته 5G مستقل (5G SA) برای ارائه سرعت و تأخیر بسیار کم برای پشتیبانی از برنامه های کاربردی پیشرفته متمرکز خواهد بود.

تجمیع حامل های 5G نقشی حیاتی در تقویت عملکرد قابل توجه وعده داده شده توسط 5G SA ایفا می کند که نشان دهنده نقطه عطف مهمی در تکامل زیرساخت های بی سیم است.

Carrier Aggregation یک عملکرد نرم‌افزاری در شبکه‌های دسترسی رادیویی و دستگاه‌های کاربر است که به اپراتورهای شبکه تلفن همراه  اجازه می‌دهد تا قابلیت‌های سلول‌های رادیویی (radio cells) را در تخصیص فرکانس متمایز ترکیب کنند تا تجربه کاربر نهایی را بهبود بخشند.

Carrier Aggregation ، همچنین یک فناوری کلیدی است که قبلاً در شبکه‌های پیشرفته LTE وجود داشت، تکامل Gigabit-LTE را فعال کرد و به سرعت داده‌های کاربر بیش از 1 گیگابیت در ثانیه دست یافت.

با این حال، در شبکه‌های 5G، Carrier Aggregation تکامل به چند گیگابیتی5G  را امکان‌پذیر می‌کند و سرعت داده‌های کاربر به حدود 4 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر می‌رسد. 5G Carrier Aggregation همچنین می‌تواند دسترسی جغرافیایی را که معمولاً تحت عنوان پوشش نامیده می‌شود، در نرخ داده‌های بالا بهبود بخشد.

انواع Carrier Aggregation

ظرفیت و پوشش

هر لایه فرکانس، که به عنوان یک حامل شناخته می شود، دارای ویژگی های خاصی از نظر پوشش (محدوده اطراف آنتن که سیگنال ها هنوز می توانند دریافت شوند) و ظرفیت (پهنای باند، نرخ داده، توان عملیاتی) دارند.

به بیان ساده، حامل‌هایی که در محدوده فرکانس‌های بالاتر قرار دارند، معمولاً ظرفیت بیشتری را ارائه می‌دهند، در حالی که حامل‌های در محدوده پایین‌تر پوشش گسترده‌تر یا عمیق‌تری را ارائه می‌کنند.

پوشش تحت تأثیر دو مورد قرار می گیرد. اولاً، فرکانس‌های پایین‌تر به طول موج‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند که بهتر منتشر می‌شوند و به عمق بیشتری در داخل خانه می‌رسند. ثانیاً، باندهای فرکانس پایین‌تر معمولاً در حالت FDD (Frequency Division Duplex) استفاده می‌شوند، که در مقایسه با حالت TDD (Time Division Duplex) که تقریباً به طور انحصاری برای تخصیص شبکه موبایل *Cellular*  بالاتر از 2.5 گیگاهرتز استفاده می‌شود، از قدرت سیگنال uplink بالاتری برخوردار است.

فرکانس های باند میانی، به عنوان مثال، باند 3.5 گیگاهرتز (یا n78 در اصطلاح 3GPP)، به عنوان ترکیب خوبی از ظرفیت و پوشش شناخته شده است.

در بیشتر مارکت های سراسر جهان، تنظیم‌کننده‌های ملی مجوزهای طیف را در قالب حامل‌هایی در باندهای فرکانسی اختصاص‌یافته به اپراتورهای شبکه تلفن همراه اعطا کرده‌اند. چندین اپراتور ممکن است به حامل های یک باند خاص دسترسی داشته باشند و می تواند چندین حامل در هر اپراتور در یک باند وجود داشته باشد.

در نتیجه، اپراتورها ممکن است به حامل های پهنای باند کم در باندهای فرکانس پایین دسترسی داشته باشند (به عنوان مثال، پهنای باند کمتر از 10 مگاهرتز در برخی تخصیص های زیر 1 گیگاهرتز). در باندهای فرکانس متوسط ​​تا بالا، مانند n78، تخصیص به احتمال زیاد بزرگتر است و به 100 مگاهرتز یا حتی بیشتر برای هر اپراتور می رسد. برای به دست آوردن بهترین عملکرد 5G از دارایی‌های طیف موجود، تجمیع حامل کلید اصلی است.

در cell edge، Carrier Aggregation مزیت دیگری را برای کاربر به ارمغان می آورد. برای درک این موضوع شخص نیاز به جمع بندی مجدد دارد که پوشش معمولاً توسط uplink محدود می شود، نه با downlink. این بدان معناست که در downlink سلول می تواند به فراتر از uplink برسد.

اما برای یک اتصال پایدار، به هر دو ،یعنی downlink و uplink نیاز است و اینجاست که Carrier Aggregation وارد می‌شود: در حالی که پایداری اتصال را از طریق یک Uplink مشترک در حامل پایین‌تر جمع‌آوری می‌کند ،امکان استفاده از downlink را برای همه سلول‌های انباشته‌شده فراهم می‌کند. مخصوصاً هنگام جمع‌آوری باندهای پایین و میانی، Carrier Aggregation نه تنها نرخ داده‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه دامنه‌ای را که کاربر از آن سود می‌برد نیز افزایش می‌دهد. تبدیل پهنای باند طیف تجمعی همه این تخصیص ها به نرخ داده بالاتر برای کاربران نهایی کلیدی است.

تکامل Carrier Aggregation از +3G HSPA، به LTE-Advanced و 5G SA

Carrier Aggregation یک فناوری جا افتاده در شبکه های تلفن همراه است که اولین بار در تکامل 3G به HSPA+ استفاده شد، در زمانی که اپراتورهای منفرد به پهنای باند 5 مگاهرتز محدود بودند.

زمانی که LTE جایگزین LTE-Advanced شد، Carrier Aggregation یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها بود که نرخ‌های داده را فعال می‌کرد که پتانسیل واقعی اینترنت تلفن همراه را نشان می‌داد. در LTE، حداکثر پهنای باند حامل به 20 مگاهرتز محدود شده است و تجمیع چند حامل 20 مگاهرتز، راه را به سمت Gigabit-LTE هموار می کند.

در 5G، Carrier Aggregation برای فرکانس‌های باند پایین و متوسط ​​زیر 7 گیگاهرتز (محدوده فرکانس 1 یا FR1) و برای فرکانس‌های موج باند میلی‌متری بالای 24 گیگاهرتز (محدوده فرکانس 2 یا FR2) پشتیبانی می‌شود. حداکثر پهنای باند یک حامل 5G مجزا 100 مگاهرتز است. در باندهای پایین، پهنای باند حامل معمولاً توسط تصمیمات نظارتی قبلی که منعکس کننده تقاضاهای نسل های قبلی شبکه در آن نقطه از زمان است، تعیین می شود.

باندهای طیف دقیق در دسترس اپراتورها بسته به مارکت یا منطقه متفاوت است. در بیشتر مارکت ها، با استفاده مجدد از باندهای فرکانسی که در اصل برای 2G، 3G یا 4G استفاده می شد، یا با معرفی باندهای فرکانسی جدید برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای پهنای باند، با افزایش حجم داده های ارائه شده توسط شبکه تلفن همراه، طیف بیشتری برای 5G در دسترس خواهد بود.

تجمع حامل در شبکه های 5G

برای تسریع در عرضه، شبکه‌های تجاری 5G اولیه به زیرساخت LTE در دسترسی رادیویی و شبکه اصلی متکی بودند که به آن 5G غیر مستقل (5G NSA) گفته می‌شود. 5G NSA به اپراتورهای شبکه تلفن همراه اجازه می‌دهد تا پهنای باند در دسترس کاربران نهایی را با همراه کردن حامل‌های 4G و 5G از طریق اتصال دوگانه 4G-5G افزایش دهند. این به کاربران 5G اجازه می‌دهد تا از قابلیت‌های LTE Carrier Aggregation با حداکثر دو حامل 5Gدر کنار حامل‌های LTE بهره ببرند.

تعداد ترکیب‌های مشخص شده باند 5G SA Carrier Aggregation با هر بازبینی فصلی مشخصات 3GPP در حال افزایش است و گزینه‌های بیشتری را برای دستیابی به نرخ داده 5G چند گیگابیتی امکان‌پذیر می‌سازد. این مشخصات برای اطمینان از قابلیت همکاری بین تجهیزات کاربر مانند تلفن های هوشمند و شبکه ها مهم هستند. بین سال‌های 2021 تا 2022، تمرکز مشخصات Carrier Aggregation در 5G SA در FR1 از حامل‌های دو جزء به حامل‌های سه و چهار جزء تغییر یافت. از آنجایی که تعداد باندهای فرکانس 5G از LTE-A فراتر می رود، ترکیبات احتمالی باندهای Carrier Aggregation بسیار گسترش می یابد و گزینه های استقرار و انعطاف پذیری بیشتری را برای اپراتورهای شبکه تلفن همراه در بازارهای مختلف ارائه می دهد.

مزایای کلیدی  5G Carrier Aggregation

• بهبودی سرعت و توان انتقال داده

5G Carrier Aggregation عملکرد شبکه را برای برآورده کردن الزامات برنامه‌های کاربردی نیازمند داده، مانند سرویس‌های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی، برای موارد استفاده صنعتی و مصرف‌کننده افزایش می‌دهد.

• پوشش سلولی بیشتر

از آنجایی که اپراتورها به دنبال به حداکثر رساندن استفاده از داده های طیف موجود خود در باندهای مختلف FDD و TDD هستند، تجمع حامل کلید دستیابی به محدوده پوشش گسترده است . به این دلیل که به کاهش نیاز به استقرار سایت های سلولی جدید کمک می کند و باعث صرفه جویی در هزینه برای اپراتورها می شود. همچنین تجربه کاربر تلفن همراه را با سطح ثابت خدمات در سراسر شبکه بهبود می بخشد.

• افزایش بهره وری انرژی

در سال 2019، صنعت موبایل تعهدی مهم برای تغییر این بخش و رسیدن به انتشار خالص کربن صفر تا سال 2050 انجام داد. نشان داده شده است که تجمیع حامل ها باعث کاهش سطح کلی مصرف برق و در عین حال افزایش توان و حفظ سطوح خدمات بالا می شود. این نشان می دهد که این فناوری می تواند به کاهش مصرف کلی انرژی و ردپای کربن صنعت موبایل کمک کند. پوشش بهبودیافته همچنین می‌تواند به عمر باتری بیشتر دستگاه‌ها کمک کند و به شارژ کمتری نیاز دارند.

• ROI بیشتر

بر اساس داده های GSA، کل مبلغ جمع آوری شده در سال 2021 از مزایده ها و واگذاری های طیف به حداقل 140.1 میلیارد دلار رسیده است. طیف رادیویی یک منبع محدود و بسیار ارزشمند است که نشان دهنده بار مالی قابل توجهی برای اکثر اپراتور های تلفن همراه است. بنابراین، با افزایش روزافزون تقاضا برای پهنای باند، استفاده از این طیف به کارآمدترین روش به یک اولویت عملیاتی تبدیل می‌شود. 5G CA یکی از مؤثرترین روش‌ها را برای اپراتور های تلفن همراه نشان می‌دهد تا با به حداکثر رساندن بازده طیفی، بیشترین بهره را از هزینه‌های خود ببرند.

نتیجه گیری

با تسریع در راه اندازی شبکه های 5G SA، تجمیع حامل 5G قرار است سهم قابل توجهی در ارائه خدمات نسل بعدی و تجربه کاربری استثنایی داشته باشد. با سرعت‌های توان عملیاتی که قبلاً فقط در شبکه‌های نوری امکان‌پذیر بوده است ، یعنی بیش از 4 گیگابیت در ثانیه downlink و بیش از 2 گیگابیت در ثانیه uplink ، این یک پیشرفت قابل توجه در عملکرد دنیای واقعی است.

همانطور که این فناوری بالغ می شود و دستگاه ها قادر به مدیریت تعداد فزاینده ای از حامل های قطعه می شوند، عملکرد بیشتر به نفع اپراتورهای شبکه و کاربران 5G افزایش می یابد.

امیدواریم از این توضیحات لذت برده باشید . در آینده با توضیحات دیگر درباره موضوعات مختلف شبکه ، در خدمت شما خواهیم بود.