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5G毫米波的發射功率是多少?

2021-12-28 511

行動通訊需要解決的問題無非是覆蓋範圍和容量。為了解決這兩個問題,5G面向所有頻段開放,並利用不同的頻段相互學習、發揮各自的優勢。
Mayfly 在本期想和大家探討的是實現覆蓋範圍和容量的基礎:不同頻段設備的發射功率表現。

   EIRP是用於毫米波發射功率的嗎?
傳輸功率的單位不就是瓦特嗎?現在我們邀請幾位參賽者到宏站(以宏站為例)發言。700M我的頻率較低,但我擅長解決覆蓋問題。我使用4T4R RRU,發射功率為4x40=160瓦!2100M我的頻率既不高也不低,覆蓋範圍和容量都很好。我還使用了一個4T4R RRU,發射功率為4x60=240瓦!
3500M我的頻率略高,覆蓋範圍較差,但頻寬和容量都很高!我用的是64T64R AAU,發射功率為320瓦!毫米波我的名字叫高頻。雖然覆蓋範圍較弱,但頻寬巨大,容量超高!我用的是4T4R AAU,裡面裝的是768天線,EIRP高達65dBm!嗯?這位新同學,你真時髦。發射功率就是發射功率,EIRP到底是什麼鬼? 65dBm我們都知道,我來幫你換算成瓦特。65dBm = 3162瓦!
難怪大家都說5G基地台耗電量大。原來毫米波AAU的發射功率這麼高!

     為什麼用EIRP?
毫米波大家別驚訝。 EIRP 的全名是有效各向同性輻射功率,也稱為等效各向同性輻射功率。你們也有這個指標,只是不常用而已。
必須使用天線來發射訊號。通常,天線不會均勻地向四周發射訊號,而是將能量集中在主瓣方向。EIRP 表示天線主瓣方向上的訊號強度,相當於點源天線的功率。
點源天線是一種假想的點狀天線,它可以連續且均勻地向周圍傳播訊號。它也稱為各向同性天線。

 
 
 

如下圖所示,綠色球表示點源天線向各個方向均勻發射訊號,中間的柱狀物表示定向天線向一個方向集中發射訊號。  

可以看出,定向天線在功率較小的情況下,也能像點源天線一樣遠距離傳輸訊號。因此,儘管EIRP值看起來很大,但實際發射功率並不大。
700M/2100M/3500M等等,我們討論的是RRU或AAU的發射功率。你好像在說天線的增益。我們明白這一點,單位是dBi。這和EIRP有什麼關係?毫米波看看下面的圖片就明白了!


天線增益的單位是dBi,指的是天線主瓣的訊號強度比同等功率的點源天線強多少倍。但這是一個相對值,如果天線沒有連接到RRU(射頻單元),就無法發射訊號,也無法判斷其發射功率的大小。
要了解發射功率,必須考慮 RRU 的影響。結果大致如下:RRU 的發射功率為 x dBm,天線在主瓣方向的集中度為 y dBi。綜合起來,相當於一個點源天線,發射功率為 x + y dBm!也就是說,EIRP = RRU 發射功率 + 天​​際線增益
現在問題很明顯了。對於傳統的RRU來說,它本身沒有天線,因此只能透過發射功率來測量,而發射功率通常以瓦特為單位表示。

 

例如,700M RRU 有 4 個端口,每個端口的最大發射功率為 40 瓦。假設該 RRU 的發射功率為 4×40 瓦。
對於中頻(2600M 或 3500M)AAU,雖然設備是 RRU 和天線的組合,但天線可以拆卸,仍然可以測量後射頻介面的發射功率。因此,以瓦特為單位表示發射功率沒有問題。也可以單獨測量天線的增益。

 

但毫米波則不同。它的頻帶很高,波長很短,因此天線尺寸非常小。一個AAU(天線陣列單元)內部可以容納768個甚至1024個天線。每個天線及其背後的功率放大器單元都整合在波束成形晶片中,完全無法分離。

因此,毫米波AAU只能測試天線透過空氣傳播所發射的訊號強度,當然也只能用EIRP來表示。這種測試方法也理所當然地被稱為OTA(空中)測試。

 

   3GPP對基地台類型的定義
由於毫米波與其他頻段差異,3GPP 長期以來定義了一系列程式碼,以區分不同類型基地台功率的表達方式和測試方法。

一眼就能看出,其中的「BS」代表基地台,而「type」無疑代表類型。因此,這串程式碼的一般意義是基地台類型:1-C、1-H、1-O、2-O。
以下 1 和 2 代表不同的頻段。 1 代表 FR1,即 Sub6G 頻段;2 代表 FR2,即毫米波頻段。剩下的就是核心程式碼的最後一部分,其中 C 代表 Conduct,這意味著傳統的 RRU 測試可以透過電纜連接測試發射功率。H 代表 Hybrid,意思是混合的,也就是說,對於中頻(2600M 或 3500M)AAU,可以拆下天線,像普通 RRU 一樣測試功率,但要測試其他指標,必須安裝天線。O代表空中傳輸(OTA),即毫米波天線評估方法。射頻和天線密不可分,所有指標(最重要的指標是EIRP)只能透過空中傳播進行測試。

 

最後,讓我們回到最初的問題,毫米波 AAU 的發射功率是多少?事實上,毫米波內部功率放大器的發射功率非常小。宏站的AAU一般約為2瓦(33dBm)。加上天線陣列增益、波束成形增益等,外部EIRP(等效全向輻射功率)可達65dBm。
然而,這 2 瓦的功率無法測試,無法從外部反映,也沒有顯示意義,因此毫米波發射功率僅反映 EIRP。
好了,這個問題就講到這裡,希望對大家有幫助。