5G毫米波的发射功率是多少?

2021-12-28 517

移动通信需要解决的问题无非就是覆盖范围和容量。为了解决这两个问题,5G面向所有频段开放,并利用不同的频段相互学习、发挥各自的优势。
Mayfly 在本期中想和大家探讨的是实现覆盖范围和容量的基础:不同频段设备的发射功率表现。

   EIRP是用于毫米波发射功率的吗?
传输功率的单位不就是瓦特吗?现在我们邀请几位参赛者到宏站(以宏站为例)发言。700M我的频率较低,但我擅长解决覆盖问题。我使用4T4R RRU,发射功率为4x40=160瓦!2100M我的频率既不高也不低,覆盖范围和容量都很好。我还使用了一个4T4R RRU,发射功率为4x60=240瓦!
3500M我的频率略高,覆盖范围较差,但带宽和容量都很高!我用的是64T64R AAU,发射功率为320瓦!毫米波我的名字叫高频。虽然覆盖范围较弱,但带宽巨大,容量超高!我用的是4T4R AAU,里面装的是768天线,EIRP高达65dBm!嗯?这位新同学,你真时髦。发射功率就是发射功率,EIRP到底是什么鬼?65dBm我们都知道,我来帮你换算成瓦特。65dBm = 3162瓦!
难怪大家都说5G基站耗电量大。原来毫米波AAU的发射功率这么高!

     为什么用EIRP?
毫米波大家别惊讶。EIRP 的全称是有效各向同性辐射功率,也叫等效各向同性辐射功率。你们也有这个指标,只是不常用而已。
必须使用天线来发射信号。通常,天线不会均匀地向四周发射信号,而是将能量集中在主瓣方向。EIRP 表示天线主瓣方向上的信号强度,相当于点源天线的功率。
点源天线是一种假想的点状天线,它可以连续且均匀地向周围传播信号。它也称为各向同性天线。

 
 
 

如下图所示,绿色球表示点源天线向各个方向均匀发射信号,中间的柱状物表示定向天线向一个方向集中发射信号。  

可以看出,定向天线在功率较小的情况下,也能像点源天线一样远距离传输信号。因此,尽管EIRP值看起来很大,但实际发射功率并不大。
700M/2100M/3500M等等,我们讨论的是RRU或AAU的发射功率。你好像在说天线的增益。我们明白这一点,单位是dBi。这和EIRP有什么关系?毫米波看看下面的图片你就明白了!


天线增益的单位是dBi,指的是天线主瓣的信号强度比同等功率的点源天线强多少倍。但这是一个相对值,如果天线没有连接到RRU(射频单元),就无法发射信号,也就无法判断其发射功率的大小。
要了解发射功率,必须考虑 RRU 的影响。结果大致如下:RRU 的发射功率为 x dBm,天线在主瓣方向上的集中度为 y dBi。综合起来,相当于一个点源天线,发射功率为 x + y dBm!也就是说,EIRP = RRU 发射功率 + 天​​线增益
现在问题很明显了。对于传统的RRU来说,它本身没有天线,因此只能通过发射功率来测量,而发射功率通常以瓦特为单位表示。

 

例如,700M RRU 有 4 个端口,每个端口的最大发射功率为 40 瓦。假设该 RRU 的发射功率为 4×40 瓦。
对于中频(2600M 或 3500M)AAU,虽然设备是 RRU 和天线的组合,但天线可以拆卸,仍然可以测量后部射频接口的发射功率。因此,以瓦特为单位表示发射功率没有问题。也可以单独测量天线的增益。

 

但毫米波则不同。它的频带很高,波长很短,因此天线尺寸非常小。一个AAU(天线阵列单元)内部可以容纳768个甚至1024个天线。每个天线及其背后的功率放大器单元都集成在波束成形芯片中,完全无法分离。

因此,毫米波AAU只能测试天线通过空气传播发射的信号强度,当然也只能用EIRP来表示。这种测试方法也理所当然地被称为OTA(空中)测试。

 

   3GPP对基站类型的定义
由于毫米波与其他频段存在差异,3GPP 长期以来定义了一系列代码,以区分不同类型基站功率的表达方式和测试方法。

一眼就能看出,其中的“BS”代表基站,“type”无疑代表类型。因此,这串代码的一般含义是基站类型:1-C、1-H、1-O、2-O。
以下 1 和 2 代表不同的频段。1 代表 FR1,即 Sub6G 频段;2 代表 FR2,即毫米波频段。剩下的就是核心代码的最后一部分,其中 C 代表 Conduct,这意味着传统的 RRU 测试可以通过电缆连接测试发射功率。H 代表 Hybrid,意思是混合的,也就是说,对于中频(2600M 或 3500M)AAU,可以拆下天线,像普通 RRU 一样测试功率,但要测试其他指标,必须安装天线。O代表空中传输(OTA),即毫米波天线评估方法。射频和天线密不可分,所有指标(最重要的指标是EIRP)只能通过空中传播进行测试。

 

最后,让我们回到最初的问题,毫米波 AAU 的发射功率是多少?事实上,毫米波内部功率放大器的发射功率非常小。宏站的AAU一般约为2瓦(33dBm)。加上天线阵列增益、波束成形增益等,外部EIRP(等效全向辐射功率)可达65dBm。
然而,这 2 瓦的功率无法测试,无法从外部反映,也没有显示意义,因此毫米波发射功率仅反映 EIRP。
好了,这个问题就讲到这里,希望对大家有所帮助。