S^2:3.5GHz室内覆盖,2T2R能否成为黑马?
S^2:3.5GHz室内覆盖,2T2R能否成为黑马?
作者: S2小伙伴 来源: S2微沙龙 发布时间: 2019-08-09

    有源小基站成为5G热宠

    5G由于其高工作频段、大传输带宽的特点,带来了无线流量的快速增长,也给运营商进行5G部署带来了挑战。传统无源室分系统的工作频段在800MHz-2.7GHz,在5G高频段下(例如3.5GHz)不能针对其进行平滑升级,同时室外覆盖室内也因为频段问题而遇到瓶颈。由此,尤其是对于3.5GHz频段而言,需要构建基于小基站的有源室分系统用于实现室内5G网络覆盖,在满足室内的高速上网需求的同时为未来升级提供可能,而大量部署5G有源小基站将明显提升网络部署成本,成为运营商需要面对的重要问题。
    对于有源室分小基站,其架构通常为分布式的BBU+交换机+RRU三级架构,按部署场景,可以将BBU部署于建筑物中心机房,交换设备置于各层弱电井,远端单元负责实现用户覆盖。在BBU侧可以通过小区合并和分裂为动态满足不同的场景容量需求。另一方面基于有源小基站有利于实现精准定位、故障监控等无源室分无法处理的新功能。
    目前以华为Lampsite、中兴Qcell、爱立信Dot为代表的有源室分系统成为5G室内主流方案。
4T4R为什么成为3.5GHz标配?
    一直以来,在5G室内小基站产业链里有个基本共识,对于3.5GHz,4T4R是RRU多天线的标配。首先,受限于安装空间,室内 5G 网络无法安装体积较大的 Massive MIMO(64T64R)天线, 只能选择体积较小的 MIMO 天线;而从覆盖角度看,3.5GHz的4T4R可以达到与1.8GHz的LTE同覆盖;从系统容量角度看,4T4R可以使系统容量最大化;而且因为5G终端为2T4R,4T4R的小基站也与其能力相匹配。
    下图为截自华为公司的室内5G网络白皮书的小区边缘速率,结果能够佐证4T4R的有效性。其使用了3GPP 38.900协议定义的室内非视距场景传播模型,考虑一堵室内建筑物墙体损耗、头端发射功率与4G相近:
    当射频头端选择2T2R时,若考虑头端发射功率为250mW,其覆盖和容量都会较4T4R有所降低,但我们如果进一步分析,其指标的降低并非没有应用场景。首先,从容量上来说,可以将室内覆盖场景分为热点高容量以及较低容量场景,对于人流密度较大的交通枢纽、大型酒店可以定义为热点高容量场景,需要高吞吐的网络解决方案进行覆盖,而对于较低容量需求的室内覆盖场景,2T2R也是有应用空间的,同时结合有源小基站的小区分裂能力,可以通过较4T4R更高的小区分裂数达到相同的系统总体峰值速率。    
    从覆盖的角度,2T2R的链路预算结果中可以看到,室内覆盖的瓶颈在于下行数据信道,如下表所示。那么,如果提升小基站发射功率,是可以达到上下行均衡的目的,从而提升覆盖的。
2T2R 500mW的创新性探索
    每通道250mW(24dBm)是目前业界对小基站发射功率的共识,也是3GPP对室内站的功率要求,但究其来源无外乎是室内发射功率对人体的辐射环评影响,如果我们已论证4T4R 250mW没有环评问题,那么总功率一致的2T2R 500mW也不存在这方面的瓶颈。
    接下来看当发射功率提升3dB,链路预算上又发生了什么变化?此时上下行可以实现同覆盖!
意义在哪里?
    那么,为什么要将一个低配的2T2R提出来还要做产业界目前没有的设备创新呢?主要在于成本!5G时代每头端覆盖范围小,需要部署大量RRU,所以RRU的成本会变得很敏感。
    从目前RRU设计架构来讲,由4T4R降配至2T2R(考虑500mW高功率),经初步统计整体成本或可下降30%左右。首先,因处理计算量增大,由2T2R到4T4R将影响FPGA的选型,成本预估将下降20%-30%;其次,在收发信机芯片方面,4T4R需要两片ADI双通道芯片或一片ADI 4通道芯片,成本将差至少20%;RF部分,4T4R将较2T2R成本翻倍;最后是外围电路/结构/生产方面,也会有少许成本降低。当然以上数值预估都是基于芯片非批量采购的基础上的,批量采购的数字会有所不同。
    另外,从前传带宽来看,2T2R较4T4R降低一半容量需求,例如4T4R 100MHz采用Option8切分方式时前传速率约18Gbps,采用1/2压缩,对于10G的POE供电来说已基本到上限了。
难度在哪里?
    那么对于业界已经有的设备形态,例如2T2R 250mW,能否快速实现500mW呢?这就涉及几方面的问题:
    首先,2T2R 250mW在不采用DPD的情况下也可以工作,但当功率推到500mW时就要求DPD算法达到一定精度了;
    其次,在设备初始设计时,需要预留功率提升空间,这里不止包括对PA和滤波器需要更换,对于系统的电源规划设计和热分布设计也有变化,所以会存在在既定设计上不能直接提升功率的问题。    
最后一句
    任何的创新尝试都会经过设备开发、测试验证等迭代环节才能趋于稳定,对于2T2R 500mW,需要对其进行完整的射频测试及覆盖性能测试,来看是否真正能在产业界推广,让我们拭目以待:)

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