5G 밀리미터파의 전송 전력은 얼마입니까?

2021-12-28 511

이동통신이 해결해야 할 가장 중요한 과제는 바로 커버리지와 용량 확보입니다. 이 두 가지 문제를 해결하기 위해 5G는 모든 통신망에 개방되어 있으며, 다양한 주파수 대역을 활용하여 각 대역의 강점을 활용합니다.
이번 호에서 메이플라이가 여러분과 논의하고자 하는 것은 커버리지와 용량 모두를 달성하는 기반, 즉 다양한 주파수 대역에서 장비의 송신 전력을 표현하는 방법입니다.

EIRP는 밀리미터파 송신 전력에 사용되나요?
송전 출력은 와트로 표시되는 것 아닌가요? 자, 이제 매크로 스테이션(매크로 스테이션을 예로 들자면)에서 몇몇 참가자들을 초청해서 이야기를 나눠보도록 하겠습니다.700M제 주파수는 낮고 커버리지 문제를 해결하는 데 능숙합니다. 송신 출력 4x40=160와트의 4T4R RRU를 사용합니다!2100M제 주파수는 높지도 낮지도 않고, 커버리지와 용량 모두 우수합니다. 또한 송신 출력 4x60=240와트의 4T4R RRU를 사용합니다!
3500M제 주파수는 약간 높아서 커버리지는 좋지 않지만, 대역폭과 용량은 높습니다! 저는 송신 출력 320와트의 64T64R AAU를 사용합니다!밀리미터 파제 이름은 고주파입니다. 커버리지는 약하지만 대역폭이 엄청나게 넓고 용량도 엄청납니다! 저는 768 안테나가 내장된 4T4R AAU를 사용하고, EIRP는 65dBm입니다!음? 이 새 반 친구, 굉장히 트렌디하구나. 송신 전력은 송신 전력일 뿐이야. EIRP가 대체 뭐야? 우린 아직 65dBm 값은 알아듣는데, 내가 와트로 환산해 줄게.65dBm = 3162개！
5G 기지국이 전력을 많이 소모한다는 말이 괜히 나온 게 아니었군요. 밀리미터파 AAU의 전송 전력이 워낙 높았나 봅니다!

EIRP를 사용하는 이유는 무엇입니까?
밀리미터 파여러분, 놀라지 마세요. EIRP의 정식 명칭은 유효 등방성 복사 전력(Effective Isotropic Radiated Power)이며, 등가 등방성 복사 전력이라고도 합니다. 여러분도 이 지표를 알고 계시겠지만, 흔히 사용되지는 않습니다.
신호를 전송하려면 안테나를 사용해야 합니다. 일반적으로 안테나는 에너지를 사방으로 고르게 전송하는 것이 아니라, 주엽 방향으로 에너지를 집중시킵니다.EIRP는 안테나의 주엽 방향의 신호 강도를 나타내며, 이는 점 음원 안테나의 출력과 같습니다.
점 음원 안테나는 신호를 연속적이고 고르게 퍼뜨리는 가상의 점 모양 안테나입니다. 등방성 안테나라고도 합니다.

아래 그림에서 녹색 구는 점 음원 안테나가 모든 방향으로 신호를 고르게 전송함을 의미하고, 가운데 막대는 지향성 안테나가 한 방향으로 신호를 집중적으로 전송함을 의미합니다.

지향성 안테나는 더 적은 전력으로도 점 음원 안테나만큼 멀리 신호를 전송할 수 있음을 알 수 있습니다. 따라서 EIRP 값이 커 보이더라도 실제 방출 전력은 크지 않습니다.
700M/2100M/3500M잠깐만요, 우리는 RRU나 AAU의 송신 전력에 대해 이야기하고 있는 겁니다. 당신은 안테나 이득에 대해 이야기하는 것 같네요. 네, 이해했습니다. 단위는 dBi입니다. 그런데 그게 EIRP와 무슨 관련이 있나요?밀리미터 파아래 그림을 보시면 이해하실 수 있을 거예요!

안테나 이득의 단위인 dBi는 동일한 출력의 점 소스 안테나에 비해 해당 안테나의 주엽 신호가 몇 배 더 강한지를 나타냅니다. 하지만 이는 상대적인 값이며, 안테나가 RRU에 연결되지 않으면 신호를 전송할 수 없으므로 해당 안테나의 출력에 대해 논하는 것은 불가능합니다.
전송되는 전력량을 확인하려면 RRU를 고려해야 합니다. 결과는 대략 다음과 같습니다. RRU의 송신 전력은 x dBm이고, 주엽 방향으로의 안테나 집중도는 y dBi입니다. 이 둘을 합치면 x + y dBm의 점 음원 안테나와 같습니다!즉 말하자면,EIRP = RRU 전송 전력 + 안테나 이득.
이제 문제는 매우 명확해졌습니다. 기존 RRU는 자체 안테나가 없기 때문에 송신 전력으로만 측정할 수 있으며, 이 전력은 일반적으로 와트로 표시됩니다.

예를 들어, 700M RRU는 4개의 포트를 가지고 있으며, 각 포트의 최대 송신 전력은 40와트입니다. 따라서 이 RRU의 송신 전력은 4x40와트라고 할 수 있습니다.
중주파수(2600m 또는 3500m) 대역의 AAU는 RRU와 안테나가 결합된 형태이지만, 안테나를 분리하여 후면 무선 주파수 인터페이스의 송신 전력을 측정할 수 있습니다. 따라서 송신 전력을 와트(W) 단위로 표현하는 데 아무런 문제가 없으며, 안테나 이득을 별도로 표시하는 것도 가능합니다.

하지만 밀리미터파는 다릅니다. 주파수 대역이 높고 파장이 짧기 때문에 안테나 크기가 매우 작습니다. AAU(Adaptive Antenna Unit)에는 768개 또는 1024개의 안테나를 탑재할 수 있습니다. 각 안테나와 그 뒤에 있는 전력 증폭기는 빔포밍 칩에 통합되어 있어 분리할 수 없습니다.

따라서 밀리미터파 AAU는 안테나에서 공기 전파를 통해 방출되는 신호 강도만 측정할 수 있으며, 이는 당연히 EIRP로만 표현됩니다. 이러한 측정 방식을 OTA(Over The Air) 테스트라고도 합니다.

3GPP의 기지국 유형 정의
밀리미터파와 다른 주파수 대역 간의 차이로 인해 3GPP는 다양한 유형의 기지국 전력 표현 및 테스트 방법을 구분하기 위해 오랫동안 일련의 규정을 정의해 왔습니다.

언뜻 보기에 "BS"는 기지국을 의미하고, "type"은 당연히 유형을 의미합니다. 따라서 이 코드열의 일반적인 의미는 기지국 유형입니다: 1-C, 1-H, 1-O, 2-O.
아래 1과 2는 서로 다른 주파수 대역을 나타냅니다. 1은 FR1, 즉 Sub6G 주파수 대역을 나타내고, 2는 FR2, 즉 밀리미터파 주파수 대역을 나타냅니다.남은 것은 핵심 코드의 마지막 부분인데, 여기서 C는 Conduct(전도도)를 의미하며, 이는 기존 RRU 테스트를 통해 케이블 연결을 통한 전송 전력을 테스트할 수 있음을 뜻합니다.H는 하이브리드를 의미하며, 이는 혼합형을 뜻합니다. 즉, 중간 주파수(2600M 또는 3500M) AAU의 경우 안테나를 제거하고 일반 RRU처럼 전력을 테스트할 수 있으며, 다른 지표를 테스트하려면 안테나를 설치해야 합니다.O는 Over the air(OTA)의 약자로, 밀리미터파를 사용하는 AAU 방식입니다. RF와 안테나는 분리할 수 없으며, 모든 지표(가장 중요한 것은 EIRP)는 공중 전파를 통해서만 측정할 수 있습니다.

자, 이제 원래 질문으로 돌아가서, 밀리미터파 AAU의 송신 전력은 얼마일까요?실제로 밀리미터파 내부 전력 증폭기의 송신 전력은 매우 작습니다. 매크로 스테이션의 AAU(안테나 어레이 이득)는 일반적으로 약 2와트(33dBm)입니다. 여기에 안테나 어레이 이득, 빔포밍 이득 등을 더하면 외부 EIRP(등가 등방성 복사 전력)는 65dBm에 도달합니다.
하지만 이 2와트는 측정할 수 없고, 외부로 반사될 수도 없으며, 표시상의 의미도 없으므로 밀리미터파 송신 전력은 EIRP만을 반영합니다.
네, 이번 문제는 여기까지입니다. 모두에게 도움이 되었기를 바랍니다.

외부 안테나에는 어떤 재료가 사용되나요? 어떻게 선택해야 할까요?

5G 기술은 새로운 교육 생태계를 조성하고 새로운 과제를 제시합니다 - 장룽샤