小基站助力5G連接

隨著越來越多的用戶選擇無線通信服務，室內和室外的無線網路容量需求都在不斷增長。這種網路密度和密集化將給無線運營商進一步施加壓力，迫使他們滿足不斷增長的語音、視頻和數據頻率帶寬消耗需求。這還迫使那些運營商擴展其蜂窩/無線基礎設施，並且儘可能減少成本增加和對無線客戶服務的中斷影響。因此，許多運營商正在轉而尋求小基站解決方案。

5G無線網路的推出將會滿足更高的容量和數據需求，但這些網路離我們還有幾年時間。因此，繼續使用當前4G無線網路的更實用的方案就是使用小基站，這可作為附加到現有無線網路的微型基站。他們的工作功率水平相對較低，可填充室內和室外無線覆蓋範圍內的任何「空洞」。

無線用戶需求的數量級正在不斷增長，其中一個例子就是，參加在加利福利亞州聖克拉拉市舉辦的美國國家橄欖球聯盟(NFL)2016年超級碗冠軍賽的粉絲僅僅在Verizon無線網路中就消耗了超過7TB數據，這接近於2015年超級碗比賽期間所用數據的3倍。

小基站+DAS解決方案

我們正在使用小基站和分散式天線系統(DAS)(圖1)在5G無線網路中實現更高數據容量，同時提高這些網路中的服務品質(QoS)。但是，由於密集性會干擾並在小基站和宏網路之間帶來移動性交接挑戰，所以需要精心地設計和管理網路。

圖1：我們需要許多技術來優化5G無線網路中的性能，包括分散式天線系統、毫米波技術和小型蜂窩基站。

將移動通信設備從宏蜂窩環境遷移至小基站覆蓋區域時，網路需要採用瞬時轉接配置。小基站相對較低的功率水平可以讓移動設備靠近它們。它們將獲取網路訪問許可權，同時節省電池使用壽命，並且不需要以隨距離下降的傳輸水平與更遠距離的更大蜂窩基站建立無線電通信鏈路。移動設備的用戶也將受益於更高的數據速度、移動性和靈活性，這是因為小基站和DAS解決方案支持多個標準，如3G和4G蜂窩，並且可以LTE Advanced(LTE-A)系統實現載波聚合。

多用戶多路輸入多路輸出(MIMO)方案、波束控制和相控陣等天線技術可幫助提供額外的無線覆蓋範圍，以及多頻段3G和4G系統互操作性。大規模MIMO方法使無線網路運營商可以提高數據速率和網路容量，因為它可以使用基站和用戶設備上的多根天線，在同一頻段傳輸多個空間上相互隔開的數據流。

大規模MIMO基站尋求支持16條至256條通道，要求基站設計師努力在更小的組件尺寸中實現節能高效的熱管理。因此，高效節能半導體技術對這些基站非常有吸引力。

表1：小基站預測。

高度集成的半導體也有助於在相對較小的基站中實現更多通道。把256個發射通道擠進一個基站，需要一個子系統，把功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)和開關封裝到緊湊的模塊中，並使用小尺寸濾波器解決方案。

技術集錦

如表1所示，小基站的輸出功率水平、覆蓋範圍和服務用戶數量各不相同。為了實現最佳性能和功效，小基站中使用的這些子系統必須根據不同的工藝技術組合多個組件。例如，PA可能會提供合適的輸出功率和功效。

濾波器可能會需要第三種技術，尤其是可能出現極端溫度和濕度的操作條件。Qorvo的溫度穩定型體聲波(BAW)LowDrift濾波器提供了一個解決方案，可濾除高功率信號，同時避免干擾相鄰頻段。

表2：適合小基站的功率放大器。

除了無線基礎設施中需要的不同組件，如濾波器、開關和LNA，Qorvo還為小基站開發了一系列高度集成的功率放大器。這些功率放大器不需要線性化，並且具有片上偏置控制功能和溫度補償電路，可進一步簡化小基站的設計。驅動一個20MHz寬的LTE信號時，可提供+24或+27的平均線性輸出功率(見表2)。這些功率放大器還可在低成本表貼(SMT)封裝中集成兩級放大器增益。

例如，TQP9218型是一款0.25W（+24dBm）功率放大器，設計用於工作頻率為1805至1880MHz的小基站。它可在頻率範圍內提供31dB的小信號增益，提供內部阻抗匹配、片上偏置控制電路和溫度補償電路，全都封裝在一個7?7毫米、符合RoHS規範的SMT外殼內(見圖2)。這款功率放大器可實現16%的功率附加效率(PAE)，並且僅從+4.5V直流電源中消耗240mA的靜態電流

圖2：高度集成的TQP9218型號是一款用於小基站的功率放大器。該器件採用低成本的7?7毫米SMT外殼，可節約空間。

簡而言之，要滿足更多語音、視頻和數據帶來的需求，需要擴大無線網路覆蓋範圍。相應的解決方案包括DAS，以及為大型宏蜂窩增加小基站。隨著數百萬的物聯網設備將無線工作頻段淹沒，未來幾年對小基站的需求會水漲船高。

本文來自《電子工程專輯》2018年2月刊，版權所有，謝絕轉載

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