技巧和趋势:小基站5 g系统

小基站的作用随着“G”的增加而增加。获取有关最新小基站环境趋势的有用见解以及有关如何克服5克的一些预期射频挑战的实际建议。

2019年小基站市场更新

小基站部署已转向大规模密集化，提高跨多个位置和地址的运营商网络的容量，从而增加消费者和企业移动宽带需求。有效满足所有5克用例所需的小基站部署数目庞大，因此5克使密集化挑战变得更加严峻。

在小基站技术论坛市场更新中，78家全球移动运营商被要求列出其密集化的所有原因。最重要的因素与容量和成本增加有关。

• 40％的运营商认为首要原因是用来支持增强质量体验的密集容量，因为这会影响流失率降低和客户满意度。
• 38％的运营商表示，投资小基站的原因是能够降低总容量成本。

移动网络运营商(MNO)希望支持更高级别的数据使用和客户对高质量体验不断增长的期望。他们必须在服务于多个市场的同时实现盈利。小基站密集化有助于实现此目标，同时将拥有成本保持在可控水平。

根据小基站技术论坛预测，到2025年，小基站部署和升级将达到1025万无线电，其中840万为非住宅部署。企业部署位居首位，达550万台，其次是城市部署。（参见图1）

图1.（数据来源：小基站技术论坛）

2017年至2019年同比增长40％，归因于中国市场的容量密集化。在2020年及以后，由于企业用例（如制造自动化、物联网、航运港等）数量众多，市场将保持20％的稳定增长率。虽然北美的小基站密集化一直很缓慢，但市民频段无线电服务(cbr 3.5 GHz)的部署未来将有望增加。

大多数非住宅室内小基站在支持私营企业活动的企业环境中是面向公众的。室外小基站将为城市、郊区或农村环境中的MNO公共网络提供服务。其中大多数室内小基站由2.4千兆赫及更低频率驱动，而中国市场推动室外小基站的增长。在5克时代，小基站市场增长将在很大程度上与工业和物联网服务有关。

图2.（数据来源：小基站技术论坛）

适用于5克网络的小基站

小基站的目的是通过增强网络容量并扩大覆盖范围，来减轻宏蜂窝的负载。小基站仅限用于密集区域和室内（如体育馆、购物中心等），在这些地方，宏信号穿透能力不足。为此，小基站在用于4 g LTE覆盖范围和容量增强方面一直很受欢迎。如今，随着市场转向5克，将打开一个全新的频谱，在2．6至5千兆赫范围内提供超过100兆赫的连续带宽。这一额外频谱将支持高数据速率和新市场机遇。此外，高阶多输入多输出(MIMO)是标准宏架构，可实现更高的吞吐量和数据速率。在提高5克容量和扩大室内覆盖范围方面，小基站将继续发挥重要的作用。

过去，小基站一直采用2发送／2接收(2 t / r)天线系统配置部署，而通过5克，该架构将扩展至4T/4R以提高吞吐量。这些小基站与使用大规模米姆的5克宏蜂窝连接，从而在32吨/ 32 r和64吨/ 64 r配置中利用原子吸收光谱法（有源天线系统）。这可通过在用户覆盖范围和容量之间实现最佳平衡来最大限度地提高运营商的频谱效率（单位赫兹位数）。

自从4G LTE-A专业版和5克标准发布以来，大规模分布式天线就一直是网络不可或缺的一部分（请参见图3.）。在5克时代，MNO将以比前代更快的速率部署小基站，因为密集化是首要任务。

图3.

如图3.所示，由于大规模米姆和小基站集成，LTE-A网络容量大幅提升。而有了5克，容量进一步增加。波束成形和高级天线阵列架构也有助于减少同基站干扰。这种新的架构设计通过小基站增加带宽，使能量更加集中，减少干扰，并提升容量。

射频前端设计挑战和解决方案

典型小基站包括许可蜂窝和长期演进技术未许可(LTE-U)频段无线电。此外，网络边缘的小基站中也在推动物联网实现- - - - - -用于家庭、企业和汽车通信。

那么，制造商和供应商在开发小基站系统时面临哪些挑战？低资本支出、产品差异化、一流的性能和快速上市时间是制造商面临的一些主要挑战。另外，他们还需要在提升容量而增加频谱和密集化之间做出最重要的权衡决定。图4显示如何使用各种射频前端解决方案应对设计挑战的高级视图。

图4

频段数增加。就像移动设备越来越复杂一样，小基站也必须变得更具多面性。频段数也已增加，现在达到52个。频段也移动至超过3 GHz，且具有n77、n78和n79等新的5 g NR频段。在小基站中加入额外的频段以及采用4 t4r米姆无线电配置有助于实现载波聚合(CA)以进一步提高网络容量和数据速度。大量射频前端元件从一个来源提供多频段解决方案是最优方案。这可以缩短小基站制造商的设计时间和减少供应商认证。

更大带宽要求。如前所述，容量扩展需要更多的频谱。无线电容量必须增加，才能达到5克的高数据速率期望。要满足5克的无线电容量，小基站前端将需要使用宽带宽放大，因为窄频段设备再也不能满足需要。射频产品组合同时涵盖LTE-A职业和5克频段至关重要，因为它会为小基站制造商提供设计和最小存货单位(SKU)灵活性。此外，提供更宽的带宽射频元件有助于以更少的分立式元件满足增加的带宽要求，从而缩短设计时间和上市时间。

频段和标准的共存。运营商必须满足4 g LTE、5克和未许可频段的容量和数据速率要求。小基站制造商必须设计能够减少所有这些频段和标准（即长期演进技术、5克、无线网络等）之间的干扰的设备。小基站设备内部和设备周围可能发生这些干扰。使用BAW滤波器是减少干扰的最佳防御措施，这些滤波器尺寸小，可提供陡峭带缘裙边，并可满足高功率要求而不会损坏。

输出功率在增加。最近，平均巴勒斯坦权力机构输出功率电平有提高的趋势。小基站制造商正在请求更高的射频功率放大器输出功率电平以增加设计灵活性。这有助于他们将设计扩展到需要更大覆盖范围和容量的不同细分市场。但是，对于巴勒斯坦权力机构设计人员来说，这一要求确实增加了一定程度的复杂性，他们需要在增加巴勒斯坦权力机构输出功率的同时保持较高的线性度和效率。最近，巴勒斯坦权力机构输出功率要求约增加了3分贝。增加的功率电平限值也增加了带外失真的可能性，使得制造商很难满足频谱发射屏蔽要求。寻找提供可满足这些高功率要求的巴勒斯坦权力机构产品的射频供应商有助于缩短设计时间，并可减少射频链中的元件。

图5

巴勒斯坦权力机构可最有效地接近饱和。但是，如图5所示，巴勒斯坦权力机构接近饱和可生成带外失真元件。通过使用一种称为数字预失真(DPD)的设计方法，巴勒斯坦权力机构可运行到更接近饱和的状态，并将带外失真减至最小。DPD是一种利用数字信号处理技术消除失真的软件设计方法。采用该方法可对巴勒斯坦权力机构进行最优设计，以降低功耗但达到类似的输出功率，同时仍保持与线性巴勒斯坦权力机构一样的所需频谱屏蔽要求。这种方法已运用多年，广泛用于无线基础设施应用。许多射频元件供应商既提供DPD元件，也提供非DPD元件，让小基站制造商拥有设计和SKU灵活性。

尺寸、重量和功耗(交换)需要更高效的设备。随着小基站的部署（如在灯柱、城市长椅、井盖下等），需要更小、效率更高的元件。如上所述，控制失真和保持线性度优化有助于获得更高的输出功率并实现交换。

一般来说，小基站制造商需要射频功率放大器具有最小35％的功率附加效率(PAE)，因为该效率可提供低功耗和低运行成本。设备尺寸取决于最终用户放置的位置，如公园长椅或标杆。要满足客户对外形尺寸的期望，射频元件制造商必须创造更具线性和更高能效的设备。只有这样，他们才能满足尺寸限制、功率输出和较低功耗的要求。

共同打造未来

小基站演变有诸多驱动因素，包括5克密集化部署。小基站变得越来越多层面，集成更多频段、带宽、更高的线性度和效率，帮助MNO满足迫切的投资回报率需求。Qorvo通过提供巴勒斯坦权力机构、采用多次、滤波器、双信器、开关和前端模块的广泛产品组合，在这一发展进程中，为小基站供应链设计人员和运营商提供支持。有关小基站产品组合的完整列表，请单击此处。

下面是Qorvo射频前端元件的非详尽列表以及FDD和TDD小基站应用框图。

图6.小基站FDD和TDD框图

表1

了解通过小基站解决网络拥塞和效率难题

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