不同的設(shè)備類別和新興設(shè)備趨勢和解決方案工具箱

為了尋求移動回程替代方案，無線服務(wù)提供商（WSP）采用了“解決方案工具箱”來滿足4G/5G蜂窩基站的回程容量需求?？七M(jìn)解決方案工具箱包括有線和無線傳輸技術(shù)。對于許多回程部署方案，服務(wù)提供商認(rèn)識到無線傳輸比有線媒體替代方案具有顯著優(yōu)勢。然而，無線技術(shù)帶來了一些獨特的設(shè)計挑戰(zhàn)?？朔@些挑戰(zhàn)需要專門的RFIC器件，這些器件可以幫助縮小設(shè)備尺寸、降低工作功耗、提高動態(tài)性能并延長平均故障間隔時間（MTBF）。

介紹

本應(yīng)用筆記是討論部署在4G和5G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNets）中的無線移動回程系統(tǒng)的兩部分系列文章的第1部分。應(yīng)用說明介紹了不同的設(shè)備類別和新興設(shè)備細(xì)分市場趨勢。他們還討論了微波、毫米波和低于 6GHz 無線電在小型蜂窩和宏蜂窩基站中的應(yīng)用。應(yīng)用筆記探討了射頻（RF）模擬集成和高性能RF構(gòu)建模塊的作用，重點關(guān)注點對點微波系統(tǒng)和寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)。

部分 本系列的第 1 部分介紹了移動回程市場的驅(qū)動因素、設(shè)備 趨勢，以及跨 部署的不同回程解決方案的工具箱 蜂窩無線電接入網(wǎng)絡(luò)。它討論了設(shè)備細(xì)分和 設(shè)備配置。這部分還介紹了注意事項和選擇 幫助指導(dǎo)回程解決方案決策過程的標(biāo)準(zhǔn)。

部分 該系列的第 2 個側(cè)重于點對點微波和寬帶衛(wèi)星 通常用于宏蜂窩和小型蜂窩無線回程的系統(tǒng) 基站。第二部分討論改善無線電鏈路的技術(shù) 頻譜效率和無線電陣容方案。第 2 部分還探討了角色 射頻模擬集成和射頻構(gòu)建模塊，以及相關(guān)解決方案。

移動回程：傳輸語音和數(shù)據(jù)流量

在整個蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，無線服務(wù)提供商提供移動回程，以在接入層和核心網(wǎng)絡(luò)之間傳輸語音和數(shù)據(jù)流量（圖 1）。有線傳輸和無線傳輸是部署在無線接入網(wǎng)絡(luò) （RAN） 中的兩種類型的移動回程。在HetNet接入層，無線RAN設(shè)備包括宏蜂窩基站、小型蜂窩基站和分布式天線系統(tǒng)（DAS）。隨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，移動回程已成為4G LTE-Advanced（LTE-A）和新興的5G新無線電（5G-NR）等空中接口標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵RAN元素。

圖1.在新興的4G/5G HetNet中，移動回程是一個關(guān)鍵的RAN元素。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)演變?yōu)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)，其中 不同類別的小型蜂窩基站和 DAS 安裝是 協(xié)調(diào)與宏站點基站協(xié)同工作。HetNet 拓?fù)淇商岣叻涓C網(wǎng)絡(luò)容量和 覆蓋范圍，支持移動流量的指數(shù)級增長。因此，HetNets提供了無處不在的連接，具有出色的性能。 4G/5G 移動用戶的體驗質(zhì)量。回程將移動端結(jié)合在一起 寬帶用戶、小基站、DAS、宏蜂窩和核心網(wǎng)絡(luò)。

無線回程 HetNet 需要 城市環(huán)境中的高吞吐量

HetNet無線電接入的出現(xiàn) 產(chǎn)生了對各種有線和無線移動回程解決方案的需求。 小型蜂窩安裝包括各種室內(nèi)和室外非電信 資產(chǎn)站點。示例包括路燈柱、電線桿和其他城市 結(jié)構(gòu)，也稱為“街道家具”。這些網(wǎng)站遍布各地 企業(yè)園區(qū)和公共空間。根據(jù)安裝方案，每個 小型蜂窩站點對電源、功率預(yù)算和 回程傳輸。與此同時，傳統(tǒng)的宏蜂窩基站仍在繼續(xù) 升級網(wǎng)絡(luò)容量，進(jìn)一步推動高吞吐量需求 回程。

鑒于計劃中的HetNet的廣度和速度 部署，更不用說廣泛的安裝方案了，這不是 令人驚訝的是，WSP 正在采用“工具箱”方法來滿足回程需求。一個 工具箱方法包括不同的有線和無線傳輸技術(shù) 滿足各種回程要求。無線技術(shù)本身就是一個 這里的重要工具，與有線技術(shù)相比具有許多優(yōu)勢。 然而，無線解決方案也帶來了獨特的設(shè)計挑戰(zhàn)：需要 頻譜高效的無線電鏈路、低工作功率、小尺寸和 環(huán)境強(qiáng)化高可靠性設(shè)備。射頻模擬集成可以 幫助克服其中一些挑戰(zhàn)，如圖 2 所示。這里，一個典型的微波收音機(jī) 發(fā)射器依靠射頻模擬集成和射頻構(gòu)建模塊解決方案來 縮小尺寸，降低功耗，提高動態(tài)性能。

圖2.射頻模擬集成和高性能構(gòu)建模塊對于微波發(fā)射器解決方案至關(guān)重要。

以下部分概述了推動移動回程部署的不同回程解決方案和市場力量。它們描述了無線回程領(lǐng)域的設(shè)備和技術(shù)趨勢，并提供了RF模擬集成和RF構(gòu)建模塊如何支持的示例。 點對點微波和寬帶衛(wèi)星回程解決方案工具箱。

用于移動回程的不同類型的設(shè)備

有線和無線回程解決方案利用寬帶 因物理介質(zhì)和訪問方法而異的技術(shù)（圖 3）。銅絲 混合光纖同軸 （HFC） 電纜以及單模和多模光纖 電纜提供了有線回程物理介質(zhì)的示例。交通通道 技術(shù)包括分?jǐn)?shù)T/E載波（T1/E1）、數(shù)字用戶線路（DSL）、 偽線、以太網(wǎng)、波分復(fù)用 （WDM）和千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）。物理的可用性 介質(zhì)、租賃成本和數(shù)據(jù)吞吐量要求都會影響選擇。 有線回程。

圖3.具有宏蜂窩（左）和小型蜂窩基站應(yīng)用（右）的移動回程網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)和接入層。

當(dāng)基站無法訪問時，需要無線回程 到銅、HFC 或光纖傳輸。無線回程在以下情況下也有意義 部署時間至關(guān)重要，或者租賃成本過高時。差不多 全球 70% 的 LTE 基站安裝使用無線回程， 根據(jù)行業(yè)估計［1］。視距微波， 視距毫米波，非視距（NLOS）低于6GHz的微波， 寬帶衛(wèi)星鏈路以及帶內(nèi)或帶外 中繼節(jié)點是提供無線回程傳輸?shù)姆椒ㄖ弧?/p>

是什么推動了無線回程？

移動無線回程細(xì)分市場由四個主要因素驅(qū)動：

移動寬帶流量呈指數(shù)級增長

移動寬帶訂戶快速增長

基站數(shù)量和類型的增加 部署（RAN 密度）

空口峰值數(shù)據(jù)速率演變（圖 4）

移動流量預(yù)計將以復(fù)合年增長率增長 復(fù)合年增長率（復(fù)合年增長率） 60%［2］和寬帶用戶（LTE和HSPA）在 復(fù)合年增長率為27%［3］到 2018 年（從 2013 年開始）。在2018年，這意味著 大約 16 EB/月的移動流量和 60 億寬帶 用戶。未來四年宏蜂窩基站數(shù)量 射頻收發(fā)器出貨量預(yù)計將增長51%［4］和 小型蜂窩基站出貨量預(yù)計復(fù)合年增長率超過43%［5］。 基于這些預(yù)測，我們預(yù)計RAN將顯著致密化和 網(wǎng)絡(luò)容量增加。從3G到LTE-A的演進(jìn)已經(jīng)看到了理論 從 2010 年到 2014 年，峰值下行鏈路數(shù)據(jù)速率增加了 10 倍，并可能延長 未來采用 5G 時吞吐量超過 3Gbps。

圖4.推動無線回程市場的細(xì)分趨勢。圖形數(shù)據(jù)源是思科虛擬網(wǎng)絡(luò)索引報告 ［2］ 和愛立信移動報告。［3］

隨著這四個主要市場驅(qū)動因素的融合，我們看到 對高容量無線回程解決方案的需求快速增長。作為移動 流量、移動用戶、RAN 密度和峰值數(shù)據(jù)速率都有所增加， 然后，基站容量和無線回程容量也必須增加。

無線回程設(shè)備的技術(shù)驅(qū)動因素

用于宏蜂窩和小型蜂窩的無線回程設(shè)備 基站應(yīng)用都有一些常見的技術(shù)驅(qū)動因素：

頻譜高效、高通量無線電 鏈接

低工作功率

外形小巧

高可靠性

可用的射頻頻譜是一種有限而寶貴的資源， 必須有效使用，這使得頻譜高效的無線電鏈路 基本。更重要的是，更多RF頻譜的許可費可能會給 網(wǎng)絡(luò)運營商的總擁有成本。高通量很重要 因為回程容量至少必須與基站容量相匹配 以避免損害網(wǎng)絡(luò)性能。低工作功率是 需要最大限度地減少電能使用，從而降低運營支出 （OPEX）并減少碳排放足跡。工作功率也低 減少散熱，從而提高系統(tǒng)可靠性并允許更小 和更輕的外殼。小尺寸、零占用空間的解決方案是 很重要，因為場地和塔樓租賃成本與占用量成正比 空間。因此，更小的外形尺寸通過降低租賃成本來降低運營成本。最后 高可靠性是實現(xiàn)“四個九”服務(wù)可用性的關(guān)鍵 （即99.99%）或更高，并將維護(hù)成本降至最低。

雖然四個技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動因素是共同的 宏蜂窩和小型蜂窩基站應(yīng)用，每種基站類型和 部署場景需要獨特且最佳的無線回程解決方案。 這就是為什么解決方案工具箱方法可以最好地服務(wù)于每次無線回程的原因 應(yīng)用。

無線回程工具箱內(nèi)部一瞥

HetNet包括四個一般 基站類別：宏小區(qū)、地鐵小區(qū)、微微基站 細(xì)胞和毫微微細(xì)胞。表1對比了基站的類型， 部署方案，以及可能的無線回程解決方案的工具箱。 它表明每個基站類的回程吞吐量必須與 各自的基站容量。進(jìn)一步優(yōu)化的無線回程解決方案 使吞吐量要求與特定部署方案保持一致。這 無線回程方法決定了無線電頻段操作、無線電設(shè)計 規(guī)范和無線電體系結(jié)構(gòu)。

無線回程無線電可在廣泛的許可范圍內(nèi)運行 以及擴(kuò)展到 80GHz 的免許可射頻頻段（圖 5）。無線回程的射頻頻譜 范圍從低于 6GHz 的 NLOS 到 C/Ka/Ku 波段微波 LOS 和 Q/V/E 波段 毫米波洛斯。每個射頻頻段都有頻譜限制，信道帶寬 限制和傳播特性。通道帶寬可能從 NLOS 系統(tǒng)中的 5MHz 至 160MHz;微波LOS系統(tǒng)中從3.5MHz到56MHz; 或在毫米波系統(tǒng)中從 28MHz 到 112MHz 和 250MHz 到 5GHz。每個 這些規(guī)格會影響調(diào)制類型和載波噪聲 比率，這反過來又決定了容量權(quán)衡和鏈路距離。

調(diào)制可能需要與寬通道一起使用的簡單QPSK 帶寬或用于在低層大氣條件下運行 信噪比 （SNR） 信道條件。相反，高階 高達(dá) QAM-2048 的調(diào)制可用于窄帶寬或用于操作 在高信噪比清晰的大氣條件下。數(shù)據(jù)吞吐量范圍為 100Mbps至10Gbps，根據(jù)鏈路容量需求、安裝場景， 信噪比和大氣條件。表 2 總結(jié)了 每種無線回程方法。

圖5.許可和非許可射頻頻段的無線回程頻譜、信道帶寬和調(diào)制。

在選擇最佳無線回程解決方案時，關(guān)鍵因素 決策包括系統(tǒng)性能目標(biāo)和資源可用性。 系統(tǒng)性能取決于所需的容量或數(shù)據(jù)吞吐量， 可接受的延遲、預(yù)期的服務(wù)質(zhì)量、系統(tǒng)可擴(kuò)展性和總量 擁有成本 （TCO）。TCO 包括資本支出和運營支出 （OPEX） 包括能源成本、頻譜許可費和站點獲取成本。 資源可用性包括可用的射頻頻譜、視距 可訪問性、站點限制、主要大氣條件、無線電鏈路 距離和部署時間。表 3 總結(jié)了其中的一些注意事項。

如圖 6 所示的決策樹可以幫助指導(dǎo)回程選擇 過程［6］。

圖6.回傳決策樹。（資料來源：森扎·菲利。［6］）

設(shè)備配置趨勢

無線回程設(shè)備需要四個關(guān)鍵組件： 天線、無線電收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器和接口。天線傳輸和 接收電磁波。無線電收發(fā)器處理射頻載波 基帶之間的頻率轉(zhuǎn)換。調(diào)制解調(diào)器調(diào)制和 解調(diào)無線電信號，接口在 無線電和 TDM/IP 傳輸。四種設(shè)備類型的區(qū)別是 通過無線電、調(diào)制解調(diào)器和接口的分區(qū)進(jìn)行區(qū)分。圖 7 標(biāo)識了 四種不同類型的設(shè)備配置：全室內(nèi)機(jī)（AIU），分體式 安裝單元 （SMU）、全室外單元 （FODU，也稱為全室外單元，或 AODU），并嵌入。

圖7.無線回程設(shè)備配置。

第一代到第四代設(shè)備的演變是 以一個可識別的趨勢為特征：更多的設(shè)備正在向 塔頂，靠近天線。這種趨勢尋求零占地面積設(shè)計 消除了室內(nèi)冷卻成本、室內(nèi)機(jī)柜空間和射頻需求 信號丟失。

對于宏蜂窩基站應(yīng)用，從 室內(nèi)機(jī)到全室外機(jī)可降低功耗，改善信號質(zhì)量，并且 降低運營成本。宏單元受益于 FODU 分區(qū)，因為 波導(dǎo)或同軸電纜被最小化或消除，從而降低射頻功率 輸出并提高接收器輸入靈敏度。FODU減少了室內(nèi)空間 設(shè)備外殼所需;它不需要特殊的加熱和 與室內(nèi)機(jī)相關(guān)的冷卻?？傊?，這些好處的產(chǎn)量較低 運營成本和更好的系統(tǒng)性能。

在小型蜂窩基站應(yīng)用中，采用 嵌入式配置意味著系統(tǒng)可以實現(xiàn)零占用空間 降低設(shè)備成本。小型單元受益于嵌入式分區(qū)，因為 單個單元包含廣域網(wǎng)、WLAN 和無線回程無線電功能?，F(xiàn)在 系統(tǒng)尺寸縮小，安裝簡化。此外，相關(guān)的射頻損耗 無線電和天線連接顯著減少，因為許多 小型蜂窩部署依賴于工作頻率為 60GHz 至 80GHz 的 E/V 頻段回程。

圖 8 描述了一個高級塊 采用高級無線電的以太網(wǎng)供電 （PoE） 的 FODU 示意圖 提高頻譜效率并確保鏈路的通信技術(shù) 可用性。這些技術(shù)包括同通道雙極化 （CCDP） 和 具有熱備用功能的多輸入多輸出 （MIMO） 空間復(fù)用 （HSB） 冗余。從圖中，您可以看到無線電信道密度如何 增加。該圖還強(qiáng)調(diào)了為什么RF模擬集成至關(guān)重要 實現(xiàn)緊湊的尺寸。本應(yīng)用筆記系列的第2部分討論 系統(tǒng)分區(qū)和相關(guān)射頻解決方案。

圖8.具有CCDP，2x2 MIMO和HSB的PoE FODU。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記探討了無線回程應(yīng)用， 設(shè)備趨勢，以及可用于 4G 和新興 5G HetNet 部署的解決方案工具箱。它介紹了所使用的不同無線技術(shù)和無線電頻段 在微波、毫米波、低于 6GHz 和衛(wèi)星回程系統(tǒng)中。它 還解釋了無線回程設(shè)備如何向單一方向發(fā)展 集成單元具有更低的工作功率、更小的尺寸和更好的 無線電性能。實現(xiàn)此功能集的警告是 射頻模擬集成。

本應(yīng)用筆記系列的第2部分重點介紹點對點 微波和寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)通常用于宏蜂窩和 小型蜂窩基站。第二部分討論改進(jìn)技術(shù) 無線電鏈路頻譜效率和無線電陣容方案。第 2 部分還探討了 射頻模擬集成和RFIC構(gòu)建模塊的作用并提出相關(guān) 射頻解決方案。

審核編輯：郭婷