目前以华为Lampsite为主流的有源室分系统将成为5G室内的主流方案

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 massivemimo(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3gpp38.900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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