小基站的作用隨著“G”的增加而增加。獲取有關最新小基站環境趨勢的有用見解以及有關如何克服 5G 的一些預期 RF 挑戰的實際建議。

2019 年小基站市場更新

小基站部署已轉向大規模密集化，提高跨多個位置和地址的運營商網絡的容量，從而增加消費者和企業移動寬帶需求。有效滿足所有 5G 用例所需的小基站部署數目龐大，因此 5G 使密集化挑戰變得更加嚴峻。

回顧該系列其他博文講述的內容：

小基站博文第 1 部分

小基站博文第 2 部分

在小基站技術論壇市場更新中，78 家全球移動運營商被要求列出其密集化的所有原因。最重要的因素與容量和成本增加有關。

40% 的運營商認為首要原因是用來支持增強質量體驗的密集容量，因為這會影響流失率降低和客戶滿意度。

38% 的運營商表示，投資小基站的原因是能夠降低總容量成本。

移動網絡運營商 (MNO) 希望支持更高級別的數據使用和客戶對高質量體驗不斷增長的期望。他們必須在服務于多個市場的同時實現盈利。小基站密集化有助于實現此目標，同時將擁有成本保持在可控水平。

根據小基站技術論壇預測，到 2025 年，小基站部署和升級將達到 1025 萬無線電，其中 840 萬為非住宅部署。企業部署位居首位，達 550 萬臺，其次是城市部署。（參見圖 1）

圖 1.（數據來源：小基站技術論壇）

2017 年至 2019 年同比增長 40%，歸因于中國市場的容量密集化。在 2020 年及以后，由于企業用例（如制造自動化、物聯網、航運港等）數量眾多，市場將保持 20% 的穩定增長率。雖然北美的小基站密集化一直很緩慢，但市民頻段無線電服務 (CBRS 3.5 GHz) 的部署未來將有望增加。

大多數非住宅室內小基站在支持私營企業活動的企業環境中是面向公眾的。室外小基站將為城市、郊區或農村環境中的 MNO 公共網絡提供服務。其中大多數室內小基站由 2.4 GHz 及更低頻率驅動，而中國市場推動室外小基站的增長。在 5G 時代，小基站市場增長將在很大程度上與工業和物聯網服務有關。

圖 2.（數據來源：小基站技術論壇）

適用于 5G 網絡的小基站

小基站的目的是通過增強網絡容量并擴大覆蓋范圍，來減輕宏蜂窩的負載。小基站僅限用于密集區域和室內（如體育館、購物中心等），在這些地方，宏信號穿透能力不足。為此，小基站在用于 4G LTE 覆蓋范圍和容量增強方面一直很受歡迎。如今，隨著市場轉向 5G，將打開一個全新的頻譜，在 2.6 至 5 GHz 范圍內提供超過 100MHz 的連續帶寬。這一額外頻譜將支持高數據速率和新市場機遇。此外，高階多輸入多輸出 (MIMO) 是標準宏架構，可實現更高的吞吐量和數據速率。在提高 5G 容量和擴大室內覆蓋范圍方面，小基站將繼續發揮重要的作用。

過去，小基站一直采用 2 發送/2 接收 (2T/2R) MIMO 配置部署，而通過 5G，該架構將擴展至 4T/4R 以提高吞吐量。這些小基站與使用大規模 MIMO 的 5G 宏蜂窩連接，從而在 32T/32R 和 64T/64R 配置中利用 AAS（有源天線系統）。這可通過在用戶覆蓋范圍和容量之間實現最佳平衡來最大限度地提高運營商的頻譜效率（單位 Hz 位數）。

自從 4G LTE-A PRO 和 5G 標準發布以來,Massive MIMO 就一直是網絡不可或缺的一部分（請參見圖 3）。 在 5G 時代，MNO 將以比前代更快的速率部署小基站，因為密集化是首要任務。

圖 3

如圖 3 所示，由于大規模 MIMO 和小基站集成，LTE-A 網絡容量大幅提升。而有了 5G，容量進一步增加。波束成形和高級天線陣列架構也有助于減少同基站干擾。這種新的架構設計通過小基站增加帶寬，使能量更加集中，減少干擾，并提升容量。

RF 前端設計挑戰和解決方案

典型小基站包括許可蜂窩和 LTE 未許可 (LTE-U) 頻段無線電。此外，網絡邊緣的小基站中也在推動物聯網實現 – 用于家庭、企業和汽車通信。

那么，制造商和供應商在開發小基站系統時面臨哪些挑戰？低資本支出、產品差異化、一流的性能和快速上市時間是制造商面臨的一些主要挑戰。另外，他們還需要在提升容量而增加頻譜和密集化之間做出最重要的權衡決定。圖 4 顯示如何使用各種 RF 前端解決方案應對設計挑戰的高級視圖。

Figure 4

頻段數增加。就像移動設備越來越復雜一樣，小基站也必須變得更具多面性。頻段數也已增加，現在達到 52 個。頻段也移動至超過 3 GHz，且具有 n77、n78 和 n79 等新的 5G NR 頻段。在小基站中加入額外的頻段以及采用 4T4R MIMO 無線電配置有助于實現載波聚合 (CA) 以進一步提高網絡容量和數據速度。大量 RF 前端元件從一個來源提供多頻段解決方案是最優方案。這可以縮短小基站制造商的設計時間和減少供應商認證。

更大帶寬要求。如前所述，容量擴展需要更多的頻譜。無線電容量必須增加，才能達到 5G 的高數據速率期望。要滿足 5G 的無線電容量，小基站前端將需要使用寬帶寬放大，因為窄頻段設備再也不能滿足需要。RF 產品組合同時涵蓋 LTE-A PRO 和 5G 頻段至關重要，因為它會為小基站制造商提供設計和最小存貨單位 (SKU) 靈活性。此外，提供更寬的帶寬 RF 元件有助于以更少的分立式元件滿足增加的帶寬要求，從而縮短設計時間和上市時間。

頻段和標準的共存。運營商必須滿足 4G LTE、5G 和未許可頻段的容量和數據速率要求。小基站制造商必須設計能夠減少所有這些頻段和標準（即 LTE、5G、Wi-Fi 等）之間的干擾的設備。小基站設備內部和設備周圍可能發生這些干擾。使用 BAW 濾波器是減少干擾的最佳防御措施，這些濾波器尺寸小，可提供陡峭帶緣裙邊，并可滿足高功率要求而不會損壞。

輸出功率在增加。最近，平均 PA 輸出功率電平有提高的趨勢。小基站制造商正在請求更高的 RF PA 輸出功率電平以增加設計靈活性。這有助于他們將設計擴展到需要更大覆蓋范圍和容量的不同細分市場。但是，對于 PA 設計人員來說，這一要求確實增加了一定程度的復雜性，他們需要在增加 PA 輸出功率的同時保持較高的線性度和效率。最近，PA 輸出功率要求約增加了 3 dB。增加的功率電平限值也增加了帶外失真的可能性，使得制造商很難滿足頻譜發射屏蔽要求。尋找提供可滿足這些高功率要求的 PA 產品的 RF 供應商有助于縮短設計時間，并可減少 RF 鏈中的元件。

Figure 5

PA 可最有效地接近飽和。但是，如圖 5 所示，PA 接近飽和可生成帶外失真元件。通過使用一種稱為數字預失真 (DPD) 的設計方法，PA 可運行到更接近飽和的狀態，并將帶外失真減至最小。DPD 是一種利用數字信號處理技術消除失真的軟件設計方法。采用該方法可對 PA 進行最優設計，以降低功耗但達到類似的輸出功率，同時仍保持與線性 PA 一樣的所需頻譜屏蔽要求。這種方法已運用多年，廣泛用于無線基礎設施應用。許多 RF 元件供應商既提供 DPD 元件，也提供非 DPD 元件，讓小基站制造商擁有設計和 SKU 靈活性。

尺寸、重量和功耗(SWaP)需要更高效的設備。隨著小基站的部署（如在燈柱、城市長椅、井蓋下等），需要更小、效率更高的元件。如上所述，控制失真和保持線性度優化有助于獲得更高的輸出功率并實現 SWaP。

一般來說，小基站制造商需要 RF PA 具有最小 35% 的功率附加效率 (PAE)，因為該效率可提供低功耗和低運行成本。設備尺寸取決于最終用戶放置的位置，如公園長椅或標桿。要滿足客戶對外形尺寸的期望，RF 元件制造商必須創造更具線性和更高能效的設備。只有這樣，他們才能滿足尺寸限制、功率輸出和較低功耗的要求。

共同打造未來

小基站演變有諸多驅動因素，包括 5G 密集化部署。小基站變得越來越多層面，集成更多頻段、帶寬、更高的線性度和效率，幫助 MNO 滿足迫切的投資回報率需求。Qorvo 通過提供 PA、LNA、濾波器、雙信器、開關和前端模塊的廣泛產品組合，在這一發展進程中，為小基站供應鏈設計人員和運營商提供支持。有關小基站產品組合的完整列表，請單擊此處。

下面是 Qorvo RF 前端元件的非詳盡列表以及 FDD 和 TDD 小基站應用框圖。

圖 6.小基站 FDD 和 TDD 框圖

Table 1

了解通過小基站解決網絡擁塞和效率難題

審核編輯黃昊宇