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毫米波解决方案是否可以发挥成本效益?

2021-01-21 16:00 次阅读

2020年将被世人永远铭记于心,因为这一年新型病毒迅速在全球范围内蔓延,引发了一场世界性的流行病。在电信领域,我们中的一些人也不会忘记:2020年是5G在全球大多数主要市场中实现商用的元年:截止2020年底,近60个市场中的140家运营商已经推出5G服务。

推出5G网络后,接踵而来的是重新思考移动网络的更广泛契机。这包括一些相对较新的方案,例如开放式网络、网络虚拟化或云边缘。随着时间的推移,所有这些解决方案都将在移动网络中发挥至关重要的作用。其他创新解决方案(例如毫米波(mmWave)频谱的使用)已经被吹捧多时,但是时至今日,我们才看到它们脱颖而出。

多年来,我们听说过移动运营商可能会以何种方式利用毫米波频谱,但是直到最近才有明显迹象表明毫米波频谱的市场投放已准备就绪。移动运营商在新网络模型(包括毫米波)研发方面走多远、走多深,将在很大程度上决定移动行业在不久的将来可提供的服务范围和质量。至关重要的是,网络模型的选择还会对5G网络部署成本起到决定性作用。

5G部署成本正是GSMA智库近期的一项重点研究,我们会通过此研究来评估:从目前起至2025年,在六种不同场景(包括密集市区、固定无线接入(FWA)和室内部署)中部署毫米波5G解决方案的成本效益。该研究的目标相当明确:针对常见5G用例在使用还是不使用毫米波频谱的情况下哪种更具经济效益来提供一些见解。研究的背景是一系列众所周知的毫米波部署现实(包括好的,也包括不够好的)。

业界通常认为,将毫米波应用在移动网络中还需要克服几个艰巨的技术挑战:与低频段信号相比,毫米波信号的传输距离较短;容易受到树木和其他障碍物的干扰而衰减;难以穿透混凝土建筑墙体(对于从室外覆盖室内,这常常是必须的)。还有一些人认为(此观点同样正确),与现有的低频段和中频段解决方案相比,毫米波无线电设备的基础设施要昂贵一些,但是,毫米波衰减可直接通过网络密集化这一运营商策略予以解决,截至2020年,Sub-6GHz和毫米波解决方案之间的成本差距已经缩小。此成本在2021年及以后会继续下降。然而,5G移动数据流量的快速增长同样凸显了毫米波频段的优势,因为毫米波比其他任何频段所提供的容量和带宽都要更多。换句话说,从技术角度来看,毫米波的描述很复杂。

毫米波解决方案是否可以发挥成本效益?

同时,毫米波生态系统现在已显示出市场准备就绪的明显迹象。现在,毫米波频谱的应用范围变得越来越广泛,美国、意大利、芬兰、日本和韩国等国家已经发布适用于5G的毫米波频谱,并且许多其他国家也将很快跟进。市场准备就绪的另一个迹象是有足够广泛的消费类设备和装置可供选择。近期,消费类设备的增长尤为显著。其中,2020年底新推出的iPhone12系列产品就支持毫米波,有力地促进了这项技术的广泛应用。一年以前(2019年),市面上只有为数不多的几款毫米波手机和FWA(固定无线接入)CPE(客户驻地设备),但是预计2021年将有超过100款5G毫米波手机和超过50款FWACPE陆续上市。

随着5G部署和应用的快速进展,以及毫米波生态系统显示出准备就绪的迹象,移动行业目前所要解决的主要问题,就是毫米波解决方案是否可以发挥成本效益,以及在何处才能实现成本效益。

在最近的研究中,我们开发了一种非常精细的成本模型,该模型考虑到驱动5G网络资本开支和运营开支的主要因素。为证明其中一些因素,该模型考虑了关键的供求杠杆,例如某一区域内用户分布和密度、同时使用5G网络主动下载数据的用户比例、网络的频谱效率或蜂窝之间所需的基站间距离。如此详细的成本建模可提供一些独特的见解:

·此研究重点关注大中华区和欧洲的人口密集市区,研究期限为从现在起到2025年。我们发现,与纯粹的3.5GHz网络相比,3.5GHz与毫米波混合网络具有成本效益。这些结果对给定区域内的流量需求程度和运营商市场份额以及在每个频段上为每个运营商分配的频谱量都非常敏感。

·此外,我们还考虑到FWA在中国市区、欧洲郊区和美国有代表性的乡镇的部署,我们发现如果5GFWA能够捕获很大一部分住宅宽带市场需,那么使用毫米波频谱的5GFWA网络可以是一种具有成本效益的策略。

·最后,我们考虑了室内办公室场景。当设备的大量数据流量需要室内5G服务提供支持时,在室外覆盖范围有限的大型办公室空间中部署3.5Ghz与毫米波混合公共网络可最多节省54%的成本。

对于个别运营商而言,2021年、2024年乃至或者以后,在5G网络中部署毫米波是否成为具有成本效益的策略,将取决于每个移动运营商的营商环境的不同方面,包括数据流量、运营商市场份额和/或频谱组合。然而,这与每种场景的特定建模结果无关,最新结论表明:毫米波的高吞吐能力将使得从现在到2025年的一段时间内实现有针对性且具有成本效益的毫米波5G部署。

以大中华区人口密集市区为例,当运营商的市场份额有限且面临的流量需求很少时,将毫米波频谱与3.5Ghz频谱一起使用并不会节省成本。但是,如果运营商在局部地区占据的市场份额更大,且在需求高峰时连接的5G用户所占的百分比更高,则可以节省大量成本(约30%)。

在中国的密集市区场景下节约的成本-下载速度不低于100Mbps

当然,这不仅仅是学术练习。这些分析对移动生态系统中的所有参与者都有着显著的影响。

·如果运营商眼下低估了毫米波的作用,将来提供5G服务时就有可能陷入竞争劣势。

·如果政府希望利用5G来推动经济增长,就要制定明确的计划,为移动服务分配毫米波频段。

·对于供应商,很明显:随着5G毫米波解决方案不断扩大规模,实现更广泛的经济效益,未来将会出现更加丰富的消费类设备和装置可供选择,从而进一步降低部署成本,带来更多物美价廉的设备,推动5G更加普及。
责任编辑:tzh

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ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
发表于 02-22 15:31 26次 阅读
HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
发表于 02-22 15:14 69次 阅读
HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
发表于 02-22 15:07 157次 阅读
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
发表于 02-22 15:07 79次 阅读
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
发表于 02-22 15:06 109次 阅读
ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
发表于 02-22 15:05 308次 阅读
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
发表于 02-22 12:05 143次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz