行動通訊要解決的,無外乎是覆蓋和容量。為了解決好這倆難題,5G是海納百川,用上了各種頻段來取長補短。
本期蜉蝣君要和大家一起探討的,不是覆蓋,也不是容量,而是實現這兩者的基礎:不同頻段裝置發射功率的表達。
毫米波的發射功率竟然用EIRP?
發射功率,難道不是用瓦特來表示嗎?下面請幾位選手發言。
700M:我的頻率低,是解決覆蓋的好手,採用4T4R的RRU,發射功率4x40=160瓦!
2100M:我的頻率不高不低,覆蓋和容量都拿手,也採用4T4R的RRU,發射功率4x60=240瓦!
3500M:我的頻率稍微高了些,覆蓋差點但頻寬大,容量高!我採用64T64R的AAU,發射功率320瓦!
毫米波:我叫高頻,覆蓋雖弱但頻寬超大,容量超高!我採用4T4R的AAU,內含768天線,EIRP為65dBm!
嗯?這位新同學,你很是新潮啊,發射功率就是發射功率,用EIRP是什麼鬼?65dBm這個值我們還是懂的,給你換算成瓦吧。
65dBm = 3162瓦!
怪不得大家都要說5G基站費電了,原來毫米波AAU的發射功率這麼高!
為什麼用EIRP?
毫米波:大家莫怪,EIRP的全稱是Effective Isotropic Radiated Power,又叫等效全向輻射功率,你們也都是有這個指標的,只是不常用而已。
發射訊號必然會用到天線,天線並不是向四周均勻發射,而是把能量定向集中在主瓣方向。EIRP,就是表示在天線主瓣方向的訊號強度,等效於多大功率的點源天線。
點源天線就是一個點狀的天線,會把訊號源源不斷地向四周均勻散播,也叫各向同性天線。
如上圖所示,那個綠色的球,就表示點源天線把訊號向各個方向均勻發射,而中間那個柱狀物,就表示定向天線發射把訊號集中在一個方向發射。
由此可見,只需較小的功率,定向天線就能把訊號發射地跟點源天線一樣遠。因此,EIRP的值雖然看著大,實際上發射的功率並不大。
700M/2100M/3500M:且慢,我們說的是RRU或者AAU的發射功率,你說的內容好像就是天線的增益啊,這個我們懂,單位是dBi,跟EIRP有什麼關係?
毫米波:且看下圖,你們就明白了!
天線的增益dBi這個單位,指的是天線主瓣的訊號,比同功率的點源天線強多少倍。但這是個相對值,並且天線不接RRU的話,也沒法發射訊號,多大功率更是無從談起。
要看發射多少功率,就得把RRU考慮進來,結果大概就是這樣的:RRU發射功率是 x dBm,天線在主瓣方向的集中度是 y dBi,綜合起來相當於 x + y dBm的點源天線!
也就是說,EIRP = RRU發射功率 + 天線增益。
現在問題已經很清楚了,對於傳統RRU來說,它自身又沒有接天線,所以只能用發射功率來衡量,習慣上用多少瓦來表示。
比如前面的,700M RRU有4個埠,每個埠的發射功率最大40瓦,我們就說這個RRU的發射功率是4x40瓦。
對於中頻(2600M或者3500M)的AAU來說,裝置雖然是RRU跟天線合體的,但天線能拆下來,後面的射頻介面的發射功率也能測量,因此發射功率用瓦來表示也沒毛病。
但毫米波就不同了,它的頻段高波長小,因此天線尺寸非常小,一個AAU內部能塞下768個,甚至1024個天線,每個天線跟背後的功放單元都被波束賦形晶片整合在一起了,完全沒法分開。
因此,毫米波AAU就只能透過空中傳播來測試從天線發射出來的訊號強度,當然就只能用EIRP來表示了。這種測試方法也順理成章地叫做OTA(Over The Air)測試。
3GPP對基站型別的定義
由於毫米波和其他頻段的差異,3GPP早就定義了一串程式碼,用來區分不同型別基站功率的表達和測試方式。
粗略一看,裡面的“BS”表示基站,“type”則毫無疑問是型別的意思。因此這串程式碼大體的含義是基站型別:1-C,1-H,1-O,2-O。
後面的1和2則代表不同的頻段。1代表FR1,也就是Sub6G頻段,2代表FR2,也就是毫米波頻段。
剩下的就是最後一位的核心程式碼,其中C代表Conduct,意為傳導,也就是傳統RRU測試可以透過線纜連線來進行發射功率的測試。
H代表Hybrid,意為混合的,也就是中頻(2600M或3500M)的AAU既可以把天線拆下來,像普通RRU一樣測試功率,也要把天線裝上,測試其他指標。
O則代表Over the air或者OTA,就是毫米波AAU的方式了,射頻和天線密不可分,只能透過空中傳播來測試所有指標(最重要的就是EIRP)。
最後,我們再回到最初的問題,毫米波AAU的發射功率到底有多大?
其實毫米波內部的功放發射功率很小,一般是2瓦(33dBm)左右,再加天線陣列增益,波束賦形增益等,對外表現的EIRP(等效全向輻射功率)就達到了65dBm。
但這個2瓦沒法測試,對外無法體現,也沒有展示意義,因此毫米波的發射功率只體現EIRP。