หน้าแรก ข่าวสาร แนวโน้มอุตสาหกรรม 5G คลื่นมิลลิเมตร มีกำลังส่งเท่าไร?

5G คลื่นมิลลิเมตร มีกำลังส่งเท่าไร?

2021-12-28 511

สิ่งที่การสื่อสารเคลื่อนที่ต้องแก้ไขนั้นไม่ใช่เรื่องอื่นใดนอกจากความครอบคลุมและขีดความสามารถ ในการแก้ปัญหาทั้งสองนี้ 5G จึงเปิดกว้างสำหรับทุกเครือข่ายและใช้แถบความถี่ต่างๆ เพื่อเรียนรู้จากจุดแข็งของกันและกัน
สิ่งที่ Mayfly ต้องการพูดคุยกับคุณในฉบับนี้คือพื้นฐานของการบรรลุทั้งความครอบคลุมและความจุ: การแสดงออกของกำลังส่งของอุปกรณ์ในย่านความถี่ต่างๆ

EIRP ใช้สำหรับวัดกำลังส่งคลื่นมิลลิเมตรใช่หรือไม่?
กำลังส่งนั้นแสดงเป็นหน่วยวัตต์ไม่ใช่หรือ? ทีนี้ลองเชิญผู้เข้าแข่งขันหลายๆ คนมาพูดคุยที่สถานีมาโคร (โดยใช้สถานีมาโครเป็นตัวอย่าง)700Mความถี่ของผมต่ำ และผมถนัดเรื่องการแก้ปัญหาเรื่องความครอบคลุมของสัญญาณ ผมใช้ RRU รุ่น 4T4R ที่มีกำลังส่ง 4x40 = 160 วัตต์!2100Mความถี่ของผมไม่สูงหรือต่ำเกินไป และผมก็ทำได้ดีทั้งในเรื่องความครอบคลุมและความจุ นอกจากนี้ ผมยังใช้ RRU รุ่น 4T4R ที่มีกำลังส่ง 4x60=240 วัตต์ด้วย!
3500Mความถี่ของผมสูงกว่าเล็กน้อย และการครอบคลุมสัญญาณไม่ดีนัก แต่แบนด์วิดท์และความจุสูงมาก! ผมใช้ AAU รุ่น 64T64R ที่มีกำลังส่ง 320 วัตต์!คลื่นมิลลิเมตรชื่อของผมคือ ความถี่สูง แม้ว่าสัญญาณจะอ่อน แต่แบนด์วิดท์มหาศาลและความจุสูงสุดๆ! ผมใช้ AAU รุ่น 4T4R ซึ่งมีเสาอากาศ 768 และ EIRP อยู่ที่ 65dBm!เอ่อ? เพื่อนร่วมชั้นคนใหม่คนนี้ คุณทันสมัยจังเลย กำลังส่งก็คือกำลังส่ง แล้ว EIRP คืออะไรกันแน่? เรายังเข้าใจค่า 65dBm อยู่ งั้นเดี๋ยวผมแปลงเป็นวัตต์ให้ฟังนะ65dBm = 3162เสียง!
ไม่น่าแปลกใจเลยที่ทุกคนบอกว่าสถานีฐาน 5G กินไฟมาก เพราะที่จริงแล้วกำลังส่งของคลื่นมิลลิเมตร AAU นั้นสูงมาก!

คุณใช้ EIRP ไหม?
คลื่นมิลลิเมตร: อย่าแปลกใจไปทุกคน ชื่อเต็มของ EIRP คือ Effective Isotropic Radiated Power หรือเรียกอีกอย่างว่า equivalent isotropic radiated power ทุกคนก็มีตัวชี้วัดนี้เหมือนกัน เพียงแต่ไม่ค่อยได้ใช้กันทั่วไป
ต้องใช้เสาอากาศในการส่งสัญญาณ โดยทั่วไปแล้ว เสาอากาศจะไม่ส่งสัญญาณกระจายไปทั่วอย่างเท่าเทียมกัน แต่จะเน้นพลังงานไปในทิศทางของลำแสงหลักEIRP แสดงถึงความแรงของสัญญาณในทิศทางของลำแสงหลักของเสาอากาศ ซึ่งเทียบเท่ากับกำลังส่งของเสาอากาศแบบจุด
เสาอากาศแบบจุดกำเนิดสัญญาณ คือเสาอากาศในจินตนาการที่มีรูปร่างเป็นจุด ซึ่งกระจายสัญญาณอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอไปทั่วบริเวณ เรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศแบบไอโซโทรปิก

ดังแสดงในรูปด้านล่าง ลูกบอลสีเขียวหมายความว่าเสาอากาศแบบจุดส่งสัญญาณกระจายอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง และเสาตรงกลางหมายความว่าเสาอากาศแบบทิศทางส่งสัญญาณแบบรวมศูนย์ในทิศทางเดียว

จะเห็นได้ว่าด้วยกำลังส่งที่น้อยลง เสาอากาศแบบทิศทางสามารถส่งสัญญาณได้ไกลเท่ากับเสาอากาศแบบจุด ดังนั้น แม้ค่า EIRP จะดูสูง แต่กำลังส่งจริงกลับไม่มากนัก
700M/2100M/3500Mเดี๋ยวก่อน เรากำลังพูดถึงกำลังส่งของ RRU หรือ AAU อยู่ คุณดูเหมือนจะพูดถึงอัตราขยายของเสาอากาศ เราเข้าใจแล้ว หน่วยเป็น dBi แล้วมันเกี่ยวอะไรกับ EIRP ล่ะ?คลื่นมิลลิเมตรลองดูภาพด้านล่างแล้วคุณจะเข้าใจ!

หน่วยของอัตราขยายเสาอากาศ dBi หมายถึงจำนวนเท่าที่สัญญาณจากลำแสงหลักของเสาอากาศนั้นแรงกว่าเสาอากาศแบบจุดที่มีกำลังส่งเท่ากัน แต่ค่านี้เป็นค่าสัมพัทธ์ และหากเสาอากาศไม่ได้เชื่อมต่อกับ RRU ก็จะไม่สามารถส่งสัญญาณได้ และไม่สามารถพูดถึงกำลังส่งของมันได้
เพื่อให้ทราบว่ามีการส่งกำลังเท่าใด คุณต้องคำนึงถึง RRU ด้วย ผลลัพธ์โดยประมาณจะเป็นดังนี้: กำลังส่งของ RRU คือ x dBm และความเข้มข้นของเสาอากาศในทิศทางลำแสงหลักคือ y dBi เมื่อรวมกันแล้ว จะเทียบเท่ากับเสาอากาศแบบจุดที่มีกำลังส่ง x + y dBm!กล่าวคือ,EIRP = RRU กำลังส่ง + อัตราขยายเสาอากาศ.
ตอนนี้ปัญหาชัดเจนมากแล้ว สำหรับ RRU แบบดั้งเดิมนั้นไม่มีเสาอากาศในตัว ดังนั้นจึงสามารถวัดได้เฉพาะกำลังส่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นวัตต์

ตัวอย่างเช่น RRU รุ่น 700M มี 4 พอร์ต และกำลังส่งสูงสุดของแต่ละพอร์ตคือ 40 วัตต์ สมมติว่ากำลังส่งของ RRU นี้คือ 4x40 วัตต์
สำหรับ AAU ความถี่กลาง (2600M หรือ 3500M) แม้ว่าอุปกรณ์จะเป็นการรวมกันของ RRU และเสาอากาศ แต่ก็สามารถถอดเสาอากาศออกได้ และยังสามารถวัดกำลังส่งของอินเทอร์เฟซความถี่วิทยุด้านหลังได้ ดังนั้น การแสดงกำลังส่งเป็นวัตต์จึงไม่ใช่เรื่องผิด และการแยกค่าเกนของเสาอากาศก็ทำได้เช่นกัน

แต่คลื่นมิลลิเมตรนั้นแตกต่างออกไป แถบความถี่สูงและความยาวคลื่นสั้น ดังนั้นขนาดของเสาอากาศจึงเล็กมาก หน่วย AAU สามารถบรรจุเสาอากาศได้ถึง 768 หรือแม้กระทั่ง 1024 ตัว แต่ละเสาอากาศและหน่วยขยายกำลังที่อยู่ด้านหลังนั้นถูกรวมเข้าด้วยกันโดยชิปบีมฟอร์มมิ่งและไม่สามารถแยกออกจากกันได้เลย

ดังนั้น การทดสอบ AAU คลื่นมิลลิเมตรจึงสามารถทดสอบความแรงของสัญญาณที่ปล่อยออกมาจากเสาอากาศผ่านการแพร่กระจายในอากาศเท่านั้น และแน่นอนว่าสามารถแสดงผลได้ด้วยค่า EIRP เท่านั้น วิธีการทดสอบนี้จึงเรียกอีกอย่างว่า การทดสอบ OTA (Over The Air)

คำจำกัดความของประเภทสถานีฐานโดย 3GPP
เนื่องจากความแตกต่างระหว่างคลื่นมิลลิเมตรและย่านความถี่อื่นๆ 3GPP จึงได้กำหนดชุดรหัสเพื่อแยกแยะวิธีการแสดงผลและการทดสอบกำลังส่งของสถานีฐานประเภทต่างๆ มานานแล้ว

เมื่อมองเผินๆ "BS" ที่อยู่ข้างในหมายถึงสถานีฐาน และ "type" ก็หมายถึงประเภทอย่างไม่ต้องสงสัย ดังนั้น ความหมายโดยทั่วไปของรหัสเหล่านี้คือประเภทของสถานีฐาน: 1-C, 1-H, 1-O, 2-O
ตัวเลข 1 และ 2 ต่อไปนี้แสดงถึงย่านความถี่ที่แตกต่างกัน โดย 1 แทน FR1 ซึ่งเป็นย่านความถี่ Sub6G และ 2 แทน FR2 ซึ่งเป็นย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตรสิ่งที่เหลืออยู่คือส่วนสุดท้ายของรหัสหลัก โดยที่ C ย่อมาจาก Conduct ซึ่งหมายความว่าการทดสอบ RRU แบบดั้งเดิมสามารถทดสอบกำลังส่งผ่านการเชื่อมต่อสายเคเบิลได้H ย่อมาจาก Hybrid ซึ่งหมายถึงแบบผสม กล่าวคือ สำหรับ AAU ความถี่กลาง (2600M หรือ 3500M) สามารถถอดเสาอากาศออกและทดสอบกำลังไฟได้เหมือนกับ RRU ทั่วไป และต้องติดตั้งเสาอากาศเพื่อทดสอบตัวชี้วัดอื่นๆO ย่อมาจาก Over the air หรือ OTA ซึ่งเป็นวิธีการ AAU คลื่นมิลลิเมตร คลื่นวิทยุ (RF) และเสาอากาศนั้นแยกจากกันไม่ได้ และตัวชี้วัดทั้งหมด (ที่สำคัญที่สุดคือ EIRP) สามารถทดสอบได้ผ่านการแพร่กระจายคลื่นในอากาศเท่านั้น

สุดท้ายนี้ เรากลับมาที่คำถามเดิมกันอีกครั้ง กำลังส่งของคลื่นมิลลิเมตร AAU มีค่าเท่าไหร่?ในความเป็นจริง กำลังส่งของเครื่องขยายกำลังภายในคลื่นมิลลิเมตรนั้นน้อยมาก โดยทั่วไปแล้ว กำลังส่งเฉลี่ย (AAU) ของสถานีขนาดใหญ่จะอยู่ที่ประมาณ 2 วัตต์ (33 dBm) เมื่อรวมกับอัตราขยายของอาร์เรย์เสาอากาศ อัตราขยายของการสร้างลำแสง ฯลฯ กำลังส่งเทียบเท่าแบบไอโซโทรปิกภายนอก (EIRP) จะสูงถึง 65 dBm
อย่างไรก็ตาม กำลังส่ง 2 วัตต์นี้ไม่สามารถทดสอบได้ ไม่สามารถสะท้อนออกไปภายนอกได้ และไม่มีความสำคัญในการแสดงผล ดังนั้นกำลังส่งคลื่นมิลลิเมตรจึงสะท้อนเฉพาะ EIRP เท่านั้น
โอเค จบเรื่องนี้แล้ว หวังว่าจะเป็นประโยชน์กับทุกคนนะครับ

เสาอากาศภายนอกทำจากวัสดุอะไรบ้าง? และควรเลือกใช้อย่างไร?

เทคโนโลยี 5G สร้างระบบนิเวศทางการศึกษาใหม่และนำมาซึ่งความท้าทายใหม่ๆ - จ้วง หรงเซี่ย