不同的设备类别和新兴设备趋势和解决方案工具箱

为了寻求移动回程替代方案，无线服务提供商（WSP）采用了“解决方案工具箱”来满足4G/5G蜂窝基站的回程容量需求。科进解决方案工具箱包括有线和无线传输技术。对于许多回程部署方案，服务提供商认识到无线传输比有线媒体替代方案具有显着优势。然而，无线技术带来了一些独特的设计挑战。克服这些挑战需要专门的RFIC器件，这些器件可以帮助缩小设备尺寸、降低工作功耗、提高动态性能并延长平均故障间隔时间（MTBF）。

介绍

本应用笔记是讨论部署在4G和5G异构网络（HetNets）中的无线移动回程系统的两部分系列文章的第1部分。应用说明介绍了不同的设备类别和新兴设备细分市场趋势。他们还讨论了微波、毫米波和低于 6GHz 无线电在小型蜂窝和宏蜂窝基站中的应用。应用笔记探讨了射频（RF）模拟集成和高性能RF构建模块的作用，重点关注点对点微波系统和宽带卫星系统。

部分 本系列的第 1 部分介绍了移动回程市场的驱动因素、设备 趋势，以及跨 部署的不同回程解决方案的工具箱 蜂窝无线电接入网络。它讨论了设备细分和 设备配置。这部分还介绍了注意事项和选择 帮助指导回程解决方案决策过程的标准。

部分 该系列的第 2 个侧重于点对点微波和宽带卫星 通常用于宏蜂窝和小型蜂窝无线回程的系统 基站。第二部分讨论改善无线电链路的技术 频谱效率和无线电阵容方案。第 2 部分还探讨了角色 射频模拟集成和射频构建模块，以及相关解决方案。

移动回程：传输语音和数据流量

在整个蜂窝网络中，无线服务提供商提供移动回程，以在接入层和核心网络之间传输语音和数据流量（图 1）。有线传输和无线传输是部署在无线接入网络 （RAN） 中的两种类型的移动回程。在HetNet接入层，无线RAN设备包括宏蜂窝基站、小型蜂窝基站和分布式天线系统（DAS）。随着异构网络的出现，移动回程已成为4G LTE-Advanced（LTE-A）和新兴的5G新无线电（5G-NR）等空中接口标准的关键RAN元素。

图1.在新兴的4G/5G HetNet中，移动回程是一个关键的RAN元素。

蜂窝网络已经演变为异构网络，其中 不同类别的小型蜂窝基站和 DAS 安装是 协调与宏站点基站协同工作。HetNet 拓扑可提高蜂窝网络容量和 覆盖范围，支持移动流量的指数级增长。因此，HetNets提供了无处不在的连接，具有出色的性能。 4G/5G 移动用户的体验质量。回程将移动端结合在一起 宽带用户、小基站、DAS、宏蜂窝和核心网络。

无线回程 HetNet 需要 城市环境中的高吞吐量

HetNet无线电接入的出现 产生了对各种有线和无线移动回程解决方案的需求。 小型蜂窝安装包括各种室内和室外非电信 资产站点。示例包括路灯柱、电线杆和其他城市 结构，也称为“街道家具”。这些网站遍布各地 企业园区和公共空间。根据安装方案，每个 小型蜂窝站点对电源、功率预算和 回程传输。与此同时，传统的宏蜂窝基站仍在继续 升级网络容量，进一步推动高吞吐量需求 回程。

鉴于计划中的HetNet的广度和速度 部署，更不用说广泛的安装方案了，这不是 令人惊讶的是，WSP 正在采用“工具箱”方法来满足回程需求。一个 工具箱方法包括不同的有线和无线传输技术 满足各种回程要求。无线技术本身就是一个 这里的重要工具，与有线技术相比具有许多优势。 然而，无线解决方案也带来了独特的设计挑战：需要 频谱高效的无线电链路、低工作功率、小尺寸和 环境强化高可靠性设备。射频模拟集成可以 帮助克服其中一些挑战，如图 2 所示。这里，一个典型的微波收音机 发射器依靠射频模拟集成和射频构建模块解决方案来 缩小尺寸，降低功耗，提高动态性能。

图2.射频模拟集成和高性能构建模块对于微波发射器解决方案至关重要。

以下部分概述了推动移动回程部署的不同回程解决方案和市场力量。它们描述了无线回程领域的设备和技术趋势，并提供了RF模拟集成和RF构建模块如何支持的示例。 点对点微波和宽带卫星回程解决方案工具箱。

用于移动回程的不同类型的设备

有线和无线回程解决方案利用宽带 因物理介质和访问方法而异的技术（图 3）。铜丝 混合光纤同轴 （HFC） 电缆以及单模和多模光纤 电缆提供了有线回程物理介质的示例。交通通道 技术包括分数T/E载波（T1/E1）、数字用户线路（DSL）、 伪线、以太网、波分复用 （WDM）和千兆无源光网络（GPON）。物理的可用性 介质、租赁成本和数据吞吐量要求都会影响选择。 有线回程。

图3.具有宏蜂窝（左）和小型蜂窝基站应用（右）的移动回程网络物理介质和接入层。

当基站无法访问时，需要无线回程 到铜、HFC 或光纤传输。无线回程在以下情况下也有意义 部署时间至关重要，或者租赁成本过高时。差不多 全球 70% 的 LTE 基站安装使用无线回程， 根据行业估计［1］。视距微波， 视距毫米波，非视距（NLOS）低于6GHz的微波， 宽带卫星链路以及带内或带外 中继节点是提供无线回程传输的方法之一。

是什么推动了无线回程？

移动无线回程细分市场由四个主要因素驱动：

移动宽带流量呈指数级增长

移动宽带订户快速增长

基站数量和类型的增加 部署（RAN 密度）

空口峰值数据速率演变（图 4）

移动流量预计将以复合年增长率增长 复合年增长率（复合年增长率） 60%［2］和宽带用户（LTE和HSPA）在 复合年增长率为27%［3］到 2018 年（从 2013 年开始）。在2018年，这意味着 大约 16 EB/月的移动流量和 60 亿宽带 用户。未来四年宏蜂窝基站数量 射频收发器出货量预计将增长51%［4］和 小型蜂窝基站出货量预计复合年增长率超过43%［5］。 基于这些预测，我们预计RAN将显著致密化和 网络容量增加。从3G到LTE-A的演进已经看到了理论 从 2010 年到 2014 年，峰值下行链路数据速率增加了 10 倍，并可能延长 未来采用 5G 时吞吐量超过 3Gbps。

图4.推动无线回程市场的细分趋势。图形数据源是思科虚拟网络索引报告 ［2］ 和爱立信移动报告。［3］

随着这四个主要市场驱动因素的融合，我们看到 对高容量无线回程解决方案的需求快速增长。作为移动 流量、移动用户、RAN 密度和峰值数据速率都有所增加， 然后，基站容量和无线回程容量也必须增加。

无线回程设备的技术驱动因素

用于宏蜂窝和小型蜂窝的无线回程设备 基站应用都有一些常见的技术驱动因素：

频谱高效、高通量无线电 链接

低工作功率

外形小巧

高可靠性

可用的射频频谱是一种有限而宝贵的资源， 必须有效使用，这使得频谱高效的无线电链路 基本。更重要的是，更多RF频谱的许可费可能会给 网络运营商的总拥有成本。高通量很重要 因为回程容量至少必须与基站容量相匹配 以避免损害网络性能。低工作功率是 需要最大限度地减少电能使用，从而降低运营支出 （OPEX）并减少碳排放足迹。工作功率也低 减少散热，从而提高系统可靠性并允许更小 和更轻的外壳。小尺寸、零占用空间的解决方案是 很重要，因为场地和塔楼租赁成本与占用量成正比 空间。因此，更小的外形尺寸通过降低租赁成本来降低运营成本。最后 高可靠性是实现“四个九”服务可用性的关键 （即99.99%）或更高，并将维护成本降至最低。

虽然四个技术创新驱动因素是共同的 宏蜂窝和小型蜂窝基站应用，每种基站类型和 部署场景需要独特且最佳的无线回程解决方案。 这就是为什么解决方案工具箱方法可以最好地服务于每次无线回程的原因 应用。

无线回程工具箱内部一瞥

HetNet包括四个一般 基站类别：宏小区、地铁小区、微微基站 细胞和毫微微细胞。表1对比了基站的类型， 部署方案，以及可能的无线回程解决方案的工具箱。 它表明每个基站类的回程吞吐量必须与 各自的基站容量。进一步优化的无线回程解决方案 使吞吐量要求与特定部署方案保持一致。这 无线回程方法决定了无线电频段操作、无线电设计 规范和无线电体系结构。

无线回程无线电可在广泛的许可范围内运行 以及扩展到 80GHz 的免许可射频频段（图 5）。无线回程的射频频谱 范围从低于 6GHz 的 NLOS 到 C/Ka/Ku 波段微波 LOS 和 Q/V/E 波段 毫米波洛斯。每个射频频段都有频谱限制，信道带宽 限制和传播特性。通道带宽可能从 NLOS 系统中的 5MHz 至 160MHz;微波LOS系统中从3.5MHz到56MHz; 或在毫米波系统中从 28MHz 到 112MHz 和 250MHz 到 5GHz。每个 这些规格会影响调制类型和载波噪声 比率，这反过来又决定了容量权衡和链路距离。

调制可能需要与宽通道一起使用的简单QPSK 带宽或用于在低层大气条件下运行 信噪比 （SNR） 信道条件。相反，高阶 高达 QAM-2048 的调制可用于窄带宽或用于操作 在高信噪比清晰的大气条件下。数据吞吐量范围为 100Mbps至10Gbps，根据链路容量需求、安装场景， 信噪比和大气条件。表 2 总结了 每种无线回程方法。

图5.许可和非许可射频频段的无线回程频谱、信道带宽和调制。

在选择最佳无线回程解决方案时，关键因素 决策包括系统性能目标和资源可用性。 系统性能取决于所需的容量或数据吞吐量， 可接受的延迟、预期的服务质量、系统可扩展性和总量 拥有成本 （TCO）。TCO 包括资本支出和运营支出 （OPEX） 包括能源成本、频谱许可费和站点获取成本。 资源可用性包括可用的射频频谱、视距 可访问性、站点限制、主要大气条件、无线电链路 距离和部署时间。表 3 总结了其中的一些注意事项。

如图 6 所示的决策树可以帮助指导回程选择 过程［6］。

图6.回传决策树。（资料来源：森扎·菲利。［6］）

设备配置趋势

无线回程设备需要四个关键组件： 天线、无线电收发器、调制解调器和接口。天线传输和 接收电磁波。无线电收发器处理射频载波 基带之间的频率转换。调制解调器调制和 解调无线电信号，接口在 无线电和 TDM/IP 传输。四种设备类型的区别是 通过无线电、调制解调器和接口的分区进行区分。图 7 标识了 四种不同类型的设备配置：全室内机（AIU），分体式 安装单元 （SMU）、全室外单元 （FODU，也称为全室外单元，或 AODU），并嵌入。

图7.无线回程设备配置。

第一代到第四代设备的演变是 以一个可识别的趋势为特征：更多的设备正在向 塔顶，靠近天线。这种趋势寻求零占地面积设计 消除了室内冷却成本、室内机柜空间和射频需求 信号丢失。

对于宏蜂窝基站应用，从 室内机到全室外机可降低功耗，改善信号质量，并且 降低运营成本。宏单元受益于 FODU 分区，因为 波导或同轴电缆被最小化或消除，从而降低射频功率 输出并提高接收器输入灵敏度。FODU减少了室内空间 设备外壳所需;它不需要特殊的加热和 与室内机相关的冷却。总之，这些好处的产量较低 运营成本和更好的系统性能。

在小型蜂窝基站应用中，采用 嵌入式配置意味着系统可以实现零占用空间 降低设备成本。小型单元受益于嵌入式分区，因为 单个单元包含广域网、WLAN 和无线回程无线电功能。现在 系统尺寸缩小，安装简化。此外，相关的射频损耗 无线电和天线连接显着减少，因为许多 小型蜂窝部署依赖于工作频率为 60GHz 至 80GHz 的 E/V 频段回程。

图 8 描述了一个高级块 采用高级无线电的以太网供电 （PoE） 的 FODU 示意图 提高频谱效率并确保链路的通信技术 可用性。这些技术包括同通道双极化 （CCDP） 和 具有热备用功能的多输入多输出 （MIMO） 空间复用 （HSB） 冗余。从图中，您可以看到无线电信道密度如何 增加。该图还强调了为什么RF模拟集成至关重要 实现紧凑的尺寸。本应用笔记系列的第2部分讨论 系统分区和相关射频解决方案。

图8.具有CCDP，2x2 MIMO和HSB的PoE FODU。

结论

本应用笔记探讨了无线回程应用， 设备趋势，以及可用于 4G 和新兴 5G HetNet 部署的解决方案工具箱。它介绍了所使用的不同无线技术和无线电频段 在微波、毫米波、低于 6GHz 和卫星回程系统中。它 还解释了无线回程设备如何向单一方向发展 集成单元具有更低的工作功率、更小的尺寸和更好的 无线电性能。实现此功能集的警告是 射频模拟集成。

本应用笔记系列的第2部分重点介绍点对点 微波和宽带卫星系统通常用于宏蜂窝和 小型蜂窝基站。第二部分讨论改进技术 无线电链路频谱效率和无线电阵容方案。第 2 部分还探讨了 射频模拟集成和RFIC构建模块的作用并提出相关 射频解决方案。

审核编辑：郭婷