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5G毫米波发射功率究竟有多大?

物联网技术 2021-04-25 11:23 次阅读

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。

4da5f708-a575-11eb-aece-12bb97331649.png

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!

4dbd6de8-a575-11eb-aece-12bb97331649.png

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。

4dc65a0c-a575-11eb-aece-12bb97331649.jpg

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。

4deb5fdc-a575-11eb-aece-12bb97331649.jpg

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。

4e264d4a-a575-11eb-aece-12bb97331649.png

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。

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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。

4f63cbe2-a575-11eb-aece-12bb97331649.png

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)。

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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。

编辑:jq

原文标题:5G毫米波,发射功率有多大?

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和特点 高线性度: 支持高达1024 QAM的调制频率 Tx IF范围:200 MHz - 700 MHz Tx RF范围:800 MHz - 4,000 MHz Tx功率控制范围: 25 dB SPI控制接口 32引脚5 mm × 5 mm LFCSP封装 产品详情 HMC8200LP5ME是一款高度集成的中频(IF)发射器芯片,可将行业标准300 MHz至400 MHz IF输入信号转换为输出端的800 MHz至4000 MHz单端射频(RF)信号。 中频发射器芯片采用紧凑型5 mm × 5 mm LFCSP封装,支持高达1024 QAM的复杂调制频率。HMC8200LP5ME在大幅缩减尺寸和成本的同时可降低传统微波无线电的设计复杂性。HMC8200LP5ME具有−31 dBm至+4 dBm的IF输入功率范围,以1 dB步长提供35 dB数字增益控制,且模拟电压增益放大器(VGA)持续控制-20 dBm至+5 dBm的发射器输出功率。 该器件还具有三个集成式功率检波器。第一个检波器(LOG_IF)可用于监控中频输入功率。第二个检波器(SLPD_OUT)是一个平方律功率检波器,用于监控进入混频器中的功率。第三个功率检波器(LOG_RF)用于监控输出功率,可用于实现输出功率的精细调整。 应用 点对点通信 卫星通信 无线微波回程系统 另请查...
发表于 02-22 15:33 163次 阅读
HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器

ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用,校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流:50 mA(典型值)发射电流:50 mA至100 mA(随输出功率变化) 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器,包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC,具有无与伦比的集成度和特性集合,非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件,便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构,这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择,可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA),使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简...
发表于 02-22 15:33 158次 阅读
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 36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 92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 15:07 203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 99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 15:06 139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 15:05 364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 12:05 184次 阅读
HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz