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无线通信
2019/12/6 14:22

京信孙善球:5G无线网部署应基于场景,按需配置

C114通信网  水易

C114讯 12月6日消息(水易)近日,由中国通信学会举办的“2019天线射频系统与5G通信专题研讨会”在四川成都召开,京信通信系统(中国)有限公司天馈事业部总经理孙善球发表了“基于效能领先的5G无线覆盖解决方案”的主题演讲。

孙善球表示,全球运营商正面临着营收增长放缓与5G建网成本上升的双重挑战,一方面运营商总体营收增速持续下滑,多数运营商的移动业务收入出现负增长,而5G垂直行业处于探索期,盈利模式还有待挖掘;另一方面,5G设备成本约为4G的2-3倍,5G基站单站功耗3-4KW,运营电费高昂,同时存量基站的电力配套改造费用高、周期长。

据孙善球介绍, 5G无线网络覆盖主要分为广域覆盖、深度覆盖和热点覆盖。广域覆盖是在保证容量的前提下,要求单站覆盖距离越大越好,以减少基站建设数;深度覆盖是针对室外或室内的弱覆盖或盲覆盖区域进行定制化补盲覆盖;热点覆盖主要针对用户密集或容量需求极高的场景,提升系统容量吸收能力。三者概念不同,需求不同,不能混淆,应区别对待。

基于5G无线网不同场景的覆盖需求,结合运营商无线网络部署所面临的双重挑战,孙善球表示,5G无线网络部署思路应该“基于场景,按需配置,兼顾全域覆盖和经济建设”,并进一步给出了“按需配置”的三种具体的分场景部署方案。

紧接着,孙善球对16TR/32TR基站系统进行了全方位的对比分析。首先提出分析的两个基点:当天线口馈入的总功率需求一定时,基站系统覆盖范围由天线增益决定;当天线口馈入的总功率需求相同时,基站系统能耗差别由Radio效率决定。

其次详细介绍了16TR/32TR基站系统配套天线阵列的设计原理,16TR/32TR基站系统配套天线阵列共有8列,每列在垂直方向均有12个辐射单元。16TR每列天线在垂直方向通过机电移相器对每个辐射单元进行独立的连续相位调整,阵列间距设计自由度大,可以在0.55-0.95λ范围内灵活选择,找到增益和副瓣的最佳平衡点,根据过往成功的设计经验,最终辐射单元间距会选择0.85-0.95λ。32TR每列天线在垂直方向首先分为两个子阵A,每个子阵A有6个辐射单元;再进一步将每个子阵A分为两个子阵B,每个子阵B有3个辐射单元;最后对每个子阵B的3个辐射单元预置固定相位差。最终通过对每个子阵B预置固定相位差,再联合机电移相器对子阵B按3倍辐射单元间距调整相位及采用AAU对子阵A按6倍辐射单元间距进行数字移相(数字加权),实现垂直方向上的电下倾角调整和波束扫描。因为电下倾角调整和数字扫描时的阵列间距分别达到了辐射单元间距的3倍和6倍,为平衡增益损失和副瓣干扰电平,辐射单元间距选择了0.68λ。

在基站系统增益和覆盖范围能力方面,16TR天线由于垂直阵列间距设计自由度高,每个辐射单元独立相位调整,可以获得良好的增益和副瓣电平抑制。而32TR由于子阵A间距超过4λ,在AAU给予数字相位移相时,其垂直面方向图的副瓣快速恶化,当扫描范围超过±0.5°时,副瓣电平已经超出指标要求,同时因副瓣过高占据太多能量,导致天线增益快速降低,达到无法使用的程度;为了弥补上述缺陷,在子阵A内联合机电移相器对每个子阵B进行射频移相,因机电移相的子阵B间距仍超过2λ,导致其在电下倾角调整过程中,副瓣电平抑制能力减弱,副瓣电平相比16TR仍高5dB,增益相比16TR低1dB。

在实时波束扫描和电下倾角可调范围能力方面,16TR和32TR在水平方向的波束扫描能力相同。在垂直方向,16TR天线可以支持较大范围内的连续电下倾角调整;而32TR天线只能支持±0.5°范围内的实时多波束数字扫描,超出该范围时,副瓣电平抑制性能已超出网络最低指标要求,最终选择联合机电移相器进行波束的电下倾角调整,因机电移相器调整时延为数秒级或数十秒级,导致其失去了实时3D波束扫描能力,但因其调整相位的子阵间距超过16TR的2倍,电下倾角可调范围受限。可见,32TR在实时3D波束扫描功能上与16TR无本质区别,但电下倾角可调范围反而更小。

在基站系统能耗方面,众所周知,当天线口馈入的总功率需求相同时,基站系统能耗差别由Radio的效率决定,而Radio能耗效率进一步主要取决于功放、射频电路等部分,其中低功率的功放效率低于高功率功放效率,即在Radio同等输出功率下,基站系统的通道数越多,功放的效率越低,Radio的能耗越大,经测算,16TR能耗比32TR下降12%以上,比64TR下降30%以上。

最后,孙善球总结道:16/8/4TR是广域覆盖场景主流配置,64T/32TR是热点场景的增强配置,而且16TR是一般城区广域覆盖场景最佳配置。32TR实时3D波束扫描能力局限在±0.5°范围内,不具有实用价值,当联合机电移相器进行移相时,功能上与16TR无本质区别;16TR容量和水平面多波束能力足以满足广域覆盖场景扫描要求,且相比32TR来说增益提升1.0dB,副瓣电平抑制性能改善5dB,同时能耗降低12%,设备成本降低27%,电下倾角调整范围更大。综上,16TR相比32TR具有明显的性价比优势。

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