移动通信要解决的,无外乎是覆盖和容量。为了解决好这俩难题,5G是海纳百川,用上了各种频段来取长补短。

 

本期蜉蝣君要和大家一起探讨的,正是实现覆盖和容量这两者的基础:不同频段设备发射功率的表达。

 

毫米波的发射功率竟然用EIRP?

发射功率,难道不是用瓦特来表示吗?下面请几位选手宏站发言(以宏站为例)。700M:我的频率低,是解决覆盖的好手,采用4T4R的RRU,发射功率4x40=160瓦!2100M:我的频率不高不低,覆盖和容量都拿手,也采用4T4R的RRU,发射功率4x60=240瓦!

 

3500M:我的频率稍微高了些,覆盖差点但带宽大,容量高!我采用64T64R的AAU,发射功率320瓦!毫米波:我叫高频,覆盖虽弱但带宽超大,容量超高!我采用4T4R的AAU,内含768天线,EIRP为65dBm!嗯?这位新同学,你很是新潮啊,发射功率就是发射功率,用EIRP是什么鬼?65dBm这个值我们还是懂的,给你换算成瓦吧。65dBm = 3162瓦!

 

怪不得大家都要说5G基站费电了,原来毫米波AAU的发射功率这么高!
 

为什么用EIRP?

毫米波:大家莫怪,EIRP的全称是Effective Isotropic Radiated Power,又叫等效全向辐射功率,你们也都是有这个指标的,只是不常用而已。

 

发射信号必然会用到天线,一般的天线并不是向四周均匀发射,而是把能量定向集中在主瓣方向。EIRP,就是表示在天线主瓣方向的信号强度,等效于多大功率的点源天线。

 

点源天线就是一个假想的点状的天线,会把信号源源不断地向四周均匀散播,也叫各向同性天线。

 

 

如下图所示,那个绿色的球,就表示点源天线把信号向各个方向均匀发射,而中间那个柱状物,就表示定向天线发射把信号集中在一个方向发射。

 

 

由此可见,只需较小的功率,定向天线就能把信号发射地跟点源天线一样远。因此,EIRP的值虽然看着大,实际上发射的功率并不大。

 

700M/2100M/3500M:且慢,我们说的是RRU或者AAU的发射功率,你说的好像就是天线的增益啊,这个我们懂,单位是dBi,跟EIRP有什么关系?毫米波:且看下图,你们就明白了!

 

 

天线的增益dBi这个单位,指的是天线主瓣的信号,比同功率的点源天线强多少倍。但这是个相对值,并且天线不接RRU的话,也没法发射信号,多大功率更是无从谈起。

 

要看发射多少功率,就得把RRU考虑进来,结果大概就是这样的:RRU发射功率是 x dBm,天线在主瓣方向的集中度是 y dBi,综合起来相当于 x + y dBm的点源天线!也就是说,EIRP = RRU发射功率 + 天线增益。

 

现在问题已经很清楚了,对于传统RRU来说,它自身又没有接天线,所以只能用发射功率来衡量,习惯上用多少瓦来表示。

 

 

比如前面的,700M RRU有4个端口,每个端口的发射功率最大40瓦,我们就说这个RRU的发射功率是4x40瓦。

 

对于中频(2600M或者3500M)的AAU来说,设备虽然是RRU跟天线合体的,但天线能拆下来,后面的射频接口的发射功率也能测量,因此发射功率用瓦来表示也没毛病,把天线的增益分开说也行。

 

 

但毫米波就不同了,它的频段高波长小,因此天线尺寸非常小,一个AAU内部能塞下768个,甚至1024个天线,每个天线跟背后的功放单元都被波束赋形芯片集成在一起了,完全没法分开。

 

 

因此,毫米波AAU就只能通过空中传播来测试从天线发射出来的信号强度,当然就只能用EIRP来表示了。这种测试方法也顺理成章地叫做OTA(Over The Air)测试。

 


3GPP对基站类型的定义

由于毫米波和其他频段的差异,3GPP早就定义了一串代码,用来区分不同类型基站功率的表达和测试方式。

 

粗略一看,里面的“BS”表示基站,“type”则毫无疑问是类型的意思。因此这串代码大体的含义是基站类型:1-C,1-H,1-O,2-O。

 

后面的1和2则代表不同的频段。1代表FR1,也就是Sub6G频段,2代表FR2,也就是毫米波频段。剩下的就是最后一位的核心代码,其中C代表Conduct,意为传导,也就是传统RRU测试可以通过线缆连接来进行发射功率的测试。H代表Hybrid,意为混合的,也就是中频(2600M或3500M)的AAU既可以把天线拆下来,像普通RRU一样测试功率,也要把天线装上,测试其他指标。O则代表Over the air或者OTA,就是毫米波AAU的方式了,射频和天线密不可分,只能通过空中传播来测试所有指标(最重要的就是EIRP)。

 

 

 

最后,我们再回到最初的问题,毫米波AAU的发射功率到底有多大?其实毫米波内部的功放发射功率很小,宏站AAU一般是2瓦(33dBm)左右,再加天线阵列增益,波束赋形增益等,对外表现的EIRP(等效全向辐射功率)就达到了65dBm。

 

但这个2瓦没法测试,对外无法体现,也没有展示意义,因此毫米波的发射功率只体现EIRP。

 

好了,本期的内容就到这里,希望对大家有所帮助。