固定無線接入（FWA）作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可為家庭和企業(yè)提供高速、低延遲的寬帶連接。借助Qorvo先進(jìn)的波束成形IC（BFIC），工程師能夠在其FWA解決方案中顯著增強(qiáng)覆蓋范圍，將用戶容量提升三倍，并將部署成本降低70%。本系列文章將探討Qorvo射頻前端和BFIC創(chuàng)新所帶來的技術(shù)進(jìn)步與市場影響——這些創(chuàng)新正在塑造毫米波FWA網(wǎng)絡(luò)的未來。

在我們這個(gè)日益互聯(lián)的世界中，5G已是常態(tài)，6G也已近在眼前；固定無線接入（FWA）已成為緩解頻譜擁塞的關(guān)鍵技術(shù)。通過利用高頻毫米波頻段，F(xiàn)WA能夠提供高速、低延遲的寬帶連接；這對于通過無線連接向家庭提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)這一能力的核心在于相控陣天線，它使FWA系統(tǒng)能夠在毫米波頻段傳輸強(qiáng)大、聚焦的信號(hào)，有效應(yīng)對高頻通信中常見的覆蓋范圍有限和信號(hào)穿透能力弱等挑戰(zhàn)。

盡管毫米波網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在FWA市場上取得了一定進(jìn)展，但仍面臨一些阻礙。毫米波FWA技術(shù)存在的局限性包括信號(hào)覆蓋范圍小，以及對障礙物和環(huán)境條件（如雨水、植被）高度敏感，這使得在某些地區(qū)部署毫米波FWA頗具挑戰(zhàn)性。這些挑戰(zhàn)有時(shí)要求工程師在應(yīng)用部署中做出權(quán)衡，以確保成本效益和效率。

在本文中，我們將探討這些FWA部署挑戰(zhàn)，并提供一些創(chuàng)新解決方案；以及如何利用相同的有源電子掃描陣列（AESA）天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)客戶終端設(shè)備（CPE）的功能。此外，我們還將探討專門針對FWA接入點(diǎn)（AP）和CPE大規(guī)模部署的低成本、可擴(kuò)展設(shè)計(jì)示例。同時(shí)，內(nèi)容還將包括Qorvo的設(shè)計(jì)如何提供特定優(yōu)勢，例如高信號(hào)強(qiáng)度和低信號(hào)噪聲，以進(jìn)一步增強(qiáng)現(xiàn)有的FWA基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1，毫米波射頻（RF）連接應(yīng)用

固定無線接入的市場相關(guān)性

FWA技術(shù)的盈利能力在很大程度上受其部署區(qū)域的住戶密度和地理環(huán)境影響。在住戶密度極高的環(huán)境中，例如市中心城區(qū)，住戶密度超過每平方公里1,600戶，F(xiàn)WA的安裝通常不會(huì)成為優(yōu)先選擇。這是因?yàn)榘ü饫w網(wǎng)絡(luò)和其它寬帶解決方案在內(nèi)的許多無線替代方案已經(jīng)廣泛普及，使得FWA的競爭力降低。

在住戶密度介于每平方公里400至1,600戶之間的密集城區(qū)和城市地區(qū)，F(xiàn)WA有機(jī)會(huì)大展拳腳。這些地區(qū)通常采用無線和固定寬帶解決方案相結(jié)合的方式。然而，F(xiàn)WA可以通過提供高速、低延遲的連接脫穎而出；特別是在傳統(tǒng)有線寬帶基礎(chǔ)設(shè)施有限或部署成本過于高昂的地區(qū)。

住戶密度為每平方公里120至400戶的郊區(qū)是FWA實(shí)現(xiàn)盈利的主要目標(biāo)區(qū)域。在這里，人口密度和基礎(chǔ)設(shè)施成本之間的平衡使FWA成為一個(gè)極具吸引力的選擇。郊區(qū)的部署受益于FWA的可擴(kuò)展性和成本效益，使服務(wù)提供商無需大量物理布線即可提供可靠的互聯(lián)網(wǎng)接入。

在住戶密度低于每平方公里120戶的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，F(xiàn)WA面臨挑戰(zhàn)。為了覆蓋這些人口稀少的區(qū)域，通常需要長距離RF鏈路。雖然FWA可以在這些地區(qū)提供連接，但與城市和郊區(qū)相比，其盈利能力有限，通常作為補(bǔ)充方案，而非主要的互聯(lián)網(wǎng)接入方式。在下表1中，我們總結(jié)了FWA使用效果出色的典型區(qū)域。

表1，典型的FWA使用區(qū)域

分層部署方法

毫米波與中頻段C波段頻率的融合，為應(yīng)對不同環(huán)境（如密集城區(qū)、市區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)）中多樣化的覆蓋和容量需求，提供了一種穩(wěn)健、分層的解決方案。中頻段頻率（即1-6GHz）能夠支持更大的基站站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，在人口密度較低的郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)尤為有效。另一方面，毫米波頻率在提供高容量、低延遲連接方面表現(xiàn)出色，非常適合密集城區(qū)和城區(qū)中家庭對更高數(shù)據(jù)速率的需求。

這種分層策略通過發(fā)揮各頻段的優(yōu)勢，優(yōu)化了頻譜利用率。中頻段頻率確保蜂窩網(wǎng)絡(luò)和用戶端設(shè)備的基礎(chǔ)覆蓋；毫米波則通過聚焦于高密度區(qū)域或靠近基站的地點(diǎn)，為這些區(qū)域帶來補(bǔ)充，從而維持超過1Gbps的服務(wù)質(zhì)量（QoS）水平。如圖2所示，這一策略既支持能夠利用最高調(diào)制與編碼方案（MCS）下全部蜂窩容量的高性能家庭用戶，也惠及從中頻段穩(wěn)健基線覆蓋中受益的低性能家庭用戶（調(diào)制與編碼方案/MCS是衡量客戶端設(shè)備與無線接入點(diǎn)間Wi-Fi連接參數(shù)的指標(biāo)）。

圖2：毫米波FWA覆蓋范圍與服務(wù)質(zhì)量（QoS）對比

毫米波基站的加入顯著提升了中頻段覆蓋區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)容量，確保了即使在流量高峰期也能維持最低的QoS要求。如圖2所示，毫米波與中頻段頻率的分層部署，使得覆蓋范圍內(nèi)的家庭用戶能夠享受到千兆級速度，同時(shí)所有用戶均能保持可靠的QoS。這一策略構(gòu)建了一個(gè)平衡且高效的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，既提供了高性能，又保證了可靠性，滿足了不同覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶的多樣化需求。

波束成形IC的進(jìn)展

近年來，波束成形集成電路（BFIC）的技術(shù)進(jìn)步顯著加速了FWA在家庭中的部署，滿足了日益增長的高速連接需求。然而，與中頻段和sub-6GHz的系統(tǒng)相比，毫米波無線電面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。毫米波頻率傳輸?shù)男盘?hào)在距離上的衰減速度遠(yuǎn)快于sub-6GHz或中頻段信號(hào)。此外，由于半導(dǎo)體固有的物理特性，在毫米波頻率下實(shí)現(xiàn)高功率放大器輸出功率、良好的功率附加效率（PAE）、低噪聲系數(shù)、高接收器靈敏度線性度，以及低直流功耗等關(guān)鍵性能指標(biāo)，難度更大。與經(jīng)過數(shù)十年優(yōu)化、適用于商業(yè)無線應(yīng)用且成熟且成本效益高的sub-6GHz生態(tài)系統(tǒng)不同，毫米波技術(shù)面臨著更高的成本和復(fù)雜性，這使得無線提供商和通信服務(wù)提供商（CSP）在廣泛部署方面面對更大挑戰(zhàn)。不過，對此已有解決方案。

為克服這些挑戰(zhàn)，毫米波系統(tǒng)采用了相控陣天線；這種天線利用多個(gè)振子來引導(dǎo)或收集能量，如圖3所示。通過調(diào)整每個(gè)天線振子上信號(hào)的幅度和相位，相控陣能夠?qū)⒛芰恐赶蛩璺较?，同時(shí)最小化在非所需方向上的能量損失。盡管相控陣天線已在政府市場中使用了五十多年，但這些系統(tǒng)往往依賴于高成本技術(shù)。然而，如今的商用陣列天線已消除了這些高成本障礙。要實(shí)現(xiàn)毫米波通信生態(tài)系統(tǒng)的商業(yè)化，關(guān)鍵在于降低資本支出（CAPEX）和運(yùn)營支出（OPEX），同時(shí)確?？蓴U(kuò)展性并提供高質(zhì)量服務(wù)。BFIC和天線陣列設(shè)計(jì)方面的新技術(shù)進(jìn)展，已解決了這些成本及部署層面的挑戰(zhàn)。

圖3，AESA天線圖案

我們還將在后續(xù)的文章中繼續(xù)探討新型波束成形IC如何應(yīng)對FWA部署中的挑戰(zhàn)，以及Qorvo解決方案的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，如何簡化運(yùn)營商的部署流程，使其能夠在毫米波通信生態(tài)系統(tǒng)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上采用統(tǒng)一的解決方案。