一文探讨5G FWA技术

尽管目前正在进行5G移动通信试验，但由于所需投资规模巨大，大多数行业分析师预计，全面的网络部署还需要几年时间，全球移动运营商必须在未来投资需求和短期现金流之间找到一种平衡。固定无线接入（FWA）虽然是一项既定服务，但目前正在通过5G技术进行改造，以提供与宽带光纤连接相当的性能水准。5G FWA具有更高的性能、相对较低的部署成本和自我配置的潜力，因而成为对消费者非常有吸引力的技术，许多运营商正在抓住机会在各自市场中部署5G FWA服务。本文中，我们将详细探讨5G FWA技术。

FWA简介

FWA定义为通过移动网络客户端设备（CPE）提供的宽带连接，此CPE可以具有多种格式，包括室内（桌面和窗口）和室外（屋顶和墙壁安装）等方式。请注意，此定义不包括移动宽带解决方案，例如通过便携式、电池供电Wi-Fi路由器和加密狗等提供的连接。

图1：FWA配置。

FWA已是相当成熟的技术。例如，EE在2018年2月推出了一项服务，以解决58万户英国家庭没有足够固定接入的问题。 FWA安装成本估计不到固定接入的40％[1]，但却能够提供价格合适且易于安装的宽带接入，并具有用户可以自行安装CPE的优势。

尽管此项服务非常方便，但基于4G/LTE技术的FWA下载速度和延迟却无法与光纤宽带连接相抗衡。而随着网络性能的显著提高，基于5G的FWA有望成为与光纤连接相比具有真正竞争力的技术，同时保留其便利性和成本优势。

5G推出正在重塑FWA性能

通过使用高频频谱（mmWave），5G可以实现数GHz的FWA速度，并且延迟可低至1ms，5G FWA响应时间将会与固定连接相当。的确，最初5G试验结果显示下载速度高达10～25Gbps，而目前英国家庭宽带的平均速度约为30Mbps。

5G技术承诺，将通过支持广泛的现有和尚待定义的应用来改变我们的生活，并在多个领域创造巨大的经济价值。但是，负责推出全新网络基础设施的全球移动运营商却面临很多挑战。尽管5G的长期前景看好，但仍需要进行大量投资，尤其是需要支持mmWave频率，以释放5G技术的全部潜力。同时，随着当前服务的大众化，许多运营商仍致力于4G/LTE服务，但营收却趋于平缓甚至下降。因此，对于大多数人来说，5G商业优势并不明显，他们将优先考虑那些能够产生早期收入的投资。

在这种背景下，5G FWA是运营商的理想选择。一项针对全球部署计划的总结表明，许多初始的5G部署都是基于3GPP的“非独立（non-stand-alone）”选项，即通过利用现有4G/LTE网络基础设施在6GHz以下频谱中提供5G服务。在进行这些投资后，运营商通过这些基础设施来提供FWA服务则相对简单，例如，可以为农村地区提供高速，高覆盖率的服务。

图2：非独立的5G NR。（来源：Qualcomm）

其他示例表明，Verizon和AT＆T等运营商选择将其最初的5G投资重点放在为利润丰厚的市场构建mmWave基础设施层面，以便为人口稠密的城市地区消费者提供FWA服务。

无论选择哪种路线，分析人士都认为，在全球运营商推出的5G服务中FWA将会扮演重要角色，爱立信（Ericsson）预测2019年至2025年间接入数量将增长三倍。同时，SNS Telecom预测，全球FWA收入预计从2019年底的10亿美元，增长到2025年的超过400亿美元，复合年增长率为84％[2] 。

5G FWA部署场景

FWA可以部署在1GHz和6GHz层之间的5G容量和覆盖频谱层（Capacity and Coverage spectrum layer），也可以部署在28GHz的mmWave，甚至更高频率的超级数据层（Super Data Layer）。在低于6GHz频率下，尽管数据吞吐量低于mmWave，但覆盖范围却足够大，并且可以通过非独立基础设施提供FWA。低于6GHz的部署可以提供比当前宽带快100倍的下载速度，对无法使用光纤的消费者和企业具有很大吸引力。从运营商的角度来看，低于6GHz的FWA服务部署使他们能够将目标锁定在偏远地区订户，而无需构建较小的网络单元。此外，此频率的无线电波更能穿透建筑物，从而有利于室内用户自行装配使用CPE，这是运营商考虑提供服务经济性的重要因素。

在超级数据层的mmWave频率下，5G FWA提供的性能水平可与光纤媲美。通过将高级天线系统（AAS）与高数量MIMO和波束成形技术结合使用，能够实现窄波束服务，适用于更高密度用户而不会受到干扰。尽管在此级别上部署5G FWA需要投资以提高网络密度，但由于可为更多客户提供服务而抵消了这些投入。另一方面，mmWave穿透普通建筑材料的效果很差，这意味着CPE需要一个外部天线来减轻信号衰减。尽管这使安装过程复杂化，但在许多情况下仍然可以自行安装。即便客户不能自行安装，在城市地区，由运营商管理的安装既不复杂，成本也不高，而且，在任何情况下都比固定线路安装便宜且快捷。

5G服务需要强大供应商生态系统

从连接器到能够以mmWave频率运行的复杂RF收发器，全球市场5G服务的推出带动了对各种组件和设备的需求。依据现已完全定义的核心5G网络标准（3GPP release 15），5G供应商生态系统可以放心地开发支持5G服务所需的组件、系统和子系统。

Qorvo专门从事5G基础设施所需RF IC、晶体管、RF前端模块、接收和发射模块以及低噪声放大器等专业RF器件的设计和制造。 Qorvo的QPF4001 GaN MMIC等产品能够解决在5G mmWave频率下进行设计的诸多挑战。

结论

伴随5G服务的启动，全球各地运营商正在执行一系列市场推广策略。 5G服务距离带来真正的经济利益还需要几年时间，并且也取决于5G网络的全面部署，其中需要大量投资。在乐观看到这一长期前景的同时，运营商也必须平衡未来投资与短期现金流之间的关系，5G FWA被公认为是5G“助推泵（pump primer）”服务，能够通过低成本、易于安装设备提供光纤级性能。

而随着5G部署的加速，5G设备开发人员依赖于一个全面的生态系统来实现快速的市场进入，而能够提供先进技术的分销商（例如Mouser Electronics）在该生态系统中扮演着至关重要的角色。

[1] 5G 技术下的 固定无线接入(FWA): 2017 – 2030 – 机遇，挑战，策略和展望, SNS Telecom

[2] 5G 技术下的 固定无线接入(FWA): 2017 – 2030 – 机遇，挑战，策略和展望, SNS Telecom
编辑：hfy