小基站的作用隨著“G”的增加而增加。獲取有關(guān)最新小基站環(huán)境趨勢的有用見解以及有關(guān)如何克服 5G 的一些預(yù)期 RF 挑戰(zhàn)的實際建議。

2019 年小基站市場更新

小基站部署已轉(zhuǎn)向大規(guī)模密集化，提高跨多個位置和地址的運營商網(wǎng)絡(luò)的容量，從而增加消費者和企業(yè)移動寬帶需求。有效滿足所有 5G 用例所需的小基站部署數(shù)目龐大，因此 5G 使密集化挑戰(zhàn)變得更加嚴(yán)峻。

回顧該系列其他博文講述的內(nèi)容：

小基站博文第 1 部分

小基站博文第 2 部分

在小基站技術(shù)論壇市場更新中，78 家全球移動運營商被要求列出其密集化的所有原因。最重要的因素與容量和成本增加有關(guān)。

40% 的運營商認(rèn)為首要原因是用來支持增強質(zhì)量體驗的密集容量，因為這會影響流失率降低和客戶滿意度。

38% 的運營商表示，投資小基站的原因是能夠降低總?cè)萘砍杀尽?/p>

移動網(wǎng)絡(luò)運營商 (MNO) 希望支持更高級別的數(shù)據(jù)使用和客戶對高質(zhì)量體驗不斷增長的期望。他們必須在服務(wù)于多個市場的同時實現(xiàn)盈利。小基站密集化有助于實現(xiàn)此目標(biāo)，同時將擁有成本保持在可控水平。

根據(jù)小基站技術(shù)論壇預(yù)測，到 2025 年，小基站部署和升級將達(dá)到 1025 萬無線電，其中 840 萬為非住宅部署。企業(yè)部署位居首位，達(dá) 550 萬臺，其次是城市部署。（參見圖 1）

圖 1.（數(shù)據(jù)來源：小基站技術(shù)論壇）

2017 年至 2019 年同比增長 40%，歸因于中國市場的容量密集化。在 2020 年及以后，由于企業(yè)用例（如制造自動化、物聯(lián)網(wǎng)、航運港等）數(shù)量眾多，市場將保持 20% 的穩(wěn)定增長率。雖然北美的小基站密集化一直很緩慢，但市民頻段無線電服務(wù) (CBRS 3.5 GHz) 的部署未來將有望增加。

大多數(shù)非住宅室內(nèi)小基站在支持私營企業(yè)活動的企業(yè)環(huán)境中是面向公眾的。室外小基站將為城市、郊區(qū)或農(nóng)村環(huán)境中的 MNO 公共網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。其中大多數(shù)室內(nèi)小基站由 2.4 GHz 及更低頻率驅(qū)動，而中國市場推動室外小基站的增長。在 5G 時代，小基站市場增長將在很大程度上與工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)有關(guān)。

圖 2.（數(shù)據(jù)來源：小基站技術(shù)論壇）

適用于 5G 網(wǎng)絡(luò)的小基站

小基站的目的是通過增強網(wǎng)絡(luò)容量并擴大覆蓋范圍，來減輕宏蜂窩的負(fù)載。小基站僅限用于密集區(qū)域和室內(nèi)（如體育館、購物中心等），在這些地方，宏信號穿透能力不足。為此，小基站在用于 4G LTE 覆蓋范圍和容量增強方面一直很受歡迎。如今，隨著市場轉(zhuǎn)向 5G，將打開一個全新的頻譜，在 2.6 至 5 GHz 范圍內(nèi)提供超過 100MHz 的連續(xù)帶寬。這一額外頻譜將支持高數(shù)據(jù)速率和新市場機遇。此外，高階多輸入多輸出 (MIMO) 是標(biāo)準(zhǔn)宏架構(gòu)，可實現(xiàn)更高的吞吐量和數(shù)據(jù)速率。在提高 5G 容量和擴大室內(nèi)覆蓋范圍方面，小基站將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。

過去，小基站一直采用 2 發(fā)送/2 接收 (2T/2R) MIMO 配置部署，而通過 5G，該架構(gòu)將擴展至 4T/4R 以提高吞吐量。這些小基站與使用大規(guī)模 MIMO 的 5G 宏蜂窩連接，從而在 32T/32R 和 64T/64R 配置中利用 AAS（有源天線系統(tǒng)）。這可通過在用戶覆蓋范圍和容量之間實現(xiàn)最佳平衡來最大限度地提高運營商的頻譜效率（單位 Hz 位數(shù)）。

自從 4G LTE-A PRO 和 5G 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來,Massive MIMO 就一直是網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分（請參見圖 3）。 在 5G 時代，MNO 將以比前代更快的速率部署小基站，因為密集化是首要任務(wù)。

圖 3

如圖 3 所示，由于大規(guī)模 MIMO 和小基站集成，LTE-A 網(wǎng)絡(luò)容量大幅提升。而有了 5G，容量進一步增加。波束成形和高級天線陣列架構(gòu)也有助于減少同基站干擾。這種新的架構(gòu)設(shè)計通過小基站增加帶寬，使能量更加集中，減少干擾，并提升容量。

RF 前端設(shè)計挑戰(zhàn)和解決方案

典型小基站包括許可蜂窩和 LTE 未許可 (LTE-U) 頻段無線電。此外，網(wǎng)絡(luò)邊緣的小基站中也在推動物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn) – 用于家庭、企業(yè)和汽車通信。

那么，制造商和供應(yīng)商在開發(fā)小基站系統(tǒng)時面臨哪些挑戰(zhàn)？低資本支出、產(chǎn)品差異化、一流的性能和快速上市時間是制造商面臨的一些主要挑戰(zhàn)。另外，他們還需要在提升容量而增加頻譜和密集化之間做出最重要的權(quán)衡決定。圖 4 顯示如何使用各種 RF 前端解決方案應(yīng)對設(shè)計挑戰(zhàn)的高級視圖。

Figure 4

頻段數(shù)增加。就像移動設(shè)備越來越復(fù)雜一樣，小基站也必須變得更具多面性。頻段數(shù)也已增加，現(xiàn)在達(dá)到 52 個。頻段也移動至超過 3 GHz，且具有 n77、n78 和 n79 等新的 5G NR 頻段。在小基站中加入額外的頻段以及采用 4T4R MIMO 無線電配置有助于實現(xiàn)載波聚合 (CA) 以進一步提高網(wǎng)絡(luò)容量和數(shù)據(jù)速度。大量 RF 前端元件從一個來源提供多頻段解決方案是最優(yōu)方案。這可以縮短小基站制造商的設(shè)計時間和減少供應(yīng)商認(rèn)證。

更大帶寬要求。如前所述，容量擴展需要更多的頻譜。無線電容量必須增加，才能達(dá)到 5G 的高數(shù)據(jù)速率期望。要滿足 5G 的無線電容量，小基站前端將需要使用寬帶寬放大，因為窄頻段設(shè)備再也不能滿足需要。RF 產(chǎn)品組合同時涵蓋 LTE-A PRO 和 5G 頻段至關(guān)重要，因為它會為小基站制造商提供設(shè)計和最小存貨單位 (SKU) 靈活性。此外，提供更寬的帶寬 RF 元件有助于以更少的分立式元件滿足增加的帶寬要求，從而縮短設(shè)計時間和上市時間。

頻段和標(biāo)準(zhǔn)的共存。運營商必須滿足 4G LTE、5G 和未許可頻段的容量和數(shù)據(jù)速率要求。小基站制造商必須設(shè)計能夠減少所有這些頻段和標(biāo)準(zhǔn)（即 LTE、5G、Wi-Fi 等）之間的干擾的設(shè)備。小基站設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備周圍可能發(fā)生這些干擾。使用 BAW 濾波器是減少干擾的最佳防御措施，這些濾波器尺寸小，可提供陡峭帶緣裙邊，并可滿足高功率要求而不會損壞。

輸出功率在增加。最近，平均 PA 輸出功率電平有提高的趨勢。小基站制造商正在請求更高的 RF PA 輸出功率電平以增加設(shè)計靈活性。這有助于他們將設(shè)計擴展到需要更大覆蓋范圍和容量的不同細(xì)分市場。但是，對于 PA 設(shè)計人員來說，這一要求確實增加了一定程度的復(fù)雜性，他們需要在增加 PA 輸出功率的同時保持較高的線性度和效率。最近，PA 輸出功率要求約增加了 3 dB。增加的功率電平限值也增加了帶外失真的可能性，使得制造商很難滿足頻譜發(fā)射屏蔽要求。尋找提供可滿足這些高功率要求的 PA 產(chǎn)品的 RF 供應(yīng)商有助于縮短設(shè)計時間，并可減少 RF 鏈中的元件。

Figure 5

PA 可最有效地接近飽和。但是，如圖 5 所示，PA 接近飽和可生成帶外失真元件。通過使用一種稱為數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 的設(shè)計方法，PA 可運行到更接近飽和的狀態(tài)，并將帶外失真減至最小。DPD 是一種利用數(shù)字信號處理技術(shù)消除失真的軟件設(shè)計方法。采用該方法可對 PA 進行最優(yōu)設(shè)計，以降低功耗但達(dá)到類似的輸出功率，同時仍保持與線性 PA 一樣的所需頻譜屏蔽要求。這種方法已運用多年，廣泛用于無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用。許多 RF 元件供應(yīng)商既提供 DPD 元件，也提供非 DPD 元件，讓小基站制造商擁有設(shè)計和 SKU 靈活性。

尺寸、重量和功耗(SWaP)需要更高效的設(shè)備。隨著小基站的部署（如在燈柱、城市長椅、井蓋下等），需要更小、效率更高的元件。如上所述，控制失真和保持線性度優(yōu)化有助于獲得更高的輸出功率并實現(xiàn) SWaP。

一般來說，小基站制造商需要 RF PA 具有最小 35% 的功率附加效率 (PAE)，因為該效率可提供低功耗和低運行成本。設(shè)備尺寸取決于最終用戶放置的位置，如公園長椅或標(biāo)桿。要滿足客戶對外形尺寸的期望，RF 元件制造商必須創(chuàng)造更具線性和更高能效的設(shè)備。只有這樣，他們才能滿足尺寸限制、功率輸出和較低功耗的要求。

共同打造未來

小基站演變有諸多驅(qū)動因素，包括 5G 密集化部署。小基站變得越來越多層面，集成更多頻段、帶寬、更高的線性度和效率，幫助 MNO 滿足迫切的投資回報率需求。Qorvo 通過提供 PA、LNA、濾波器、雙信器、開關(guān)和前端模塊的廣泛產(chǎn)品組合，在這一發(fā)展進程中，為小基站供應(yīng)鏈設(shè)計人員和運營商提供支持。有關(guān)小基站產(chǎn)品組合的完整列表，請單擊此處。

下面是 Qorvo RF 前端元件的非詳盡列表以及 FDD 和 TDD 小基站應(yīng)用框圖。

圖 6.小基站 FDD 和 TDD 框圖

Table 1

了解通過小基站解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和效率難題

審核編輯黃昊宇