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RRU的關鍵指標與技術分析

      RRU單元作為無線通信的最后一環、最關鍵設備,猶如空中的一座橋,為用戶的信息交流提供穩定可靠的通道,保證了信息的精準、實時送達。RRU將一組組基帶數字信號,通過復雜、精巧的電路變換,轉化成無線電波,通過天線發射出去;同時,接收用戶終端發送的信息,傳送到核心網完成信息交互。

 

      RRU都有哪些關鍵技術?影響RRU性能的關鍵指標有哪些?本文對此進行簡單的分析。

典型的RRU內部一般由4個部分組成:電源單元、收發信單元、功放單元、濾波器單元(見圖1)。外部接口有:電源輸入端口、光纖輸入/輸出端口、天饋接口、電調和干接點接口等。各部分分別提供供電、收發信號處理、功率放大、發射和接收濾波等關鍵功能。

對于RRU性能評判的維度較多,體積/重量、整機輸出功率、整機通道數量、整機能耗比、整機射頻指標都是評價維度的可選項,只有滿足客戶需求的RRU,才是好產品。當客戶需求的側重點不一樣時,會選擇不同的維度。對于一個RRU,在相同功率等級、通道數一樣的前提下,其關鍵技術決定了其核心的競爭力:整機能耗比、射頻指標。

RRU的能耗就是輸出的功率和輸入的總功率比值,該指標體現了RRU的關鍵技術:CFR算法、TRX硬件設計能力、功放設計能力。

在輸入功率一定的條件下,RRU整機的能耗比越高,說明整機的熱耗相對較小,RRU用較小的散熱齒即可完成散熱,保障溫升可靠性要求;同樣這些技術的應用使得整機小型化成為可能。在RRU系統中,為了降低整機能耗,PA(功率放大器)是重要的部件,其功耗占整機功耗的65%以上。PA效率的變化,對整機的熱耗、功耗影響非常大,提升PA效率成為PA設計的關鍵技術。

PA效率提升

針對ZTE RRU的PA模塊,我們不斷優化多路Doherty技術,單頻段PA的效率可達50%以上,多頻段PA的效率可達45%以上,目前在成熟度、規模應用上走在業界前列。
在無線通信系統中,一個重要的指標是EVM(Error Vector Magnitude),特別是在普遍使用高階調制方式的4G、5G通信系統中。為了保證無線發射信號在大功率輸出的EVM、ACPR(鄰信道功率比)值,就要求PA具有很高的飽和功率余量,PA就必須進行較多的功率回退,導致PA的效率嚴重降低。這樣看來,保障EVM和提升PA效率貌似是一對矛盾的指標訴求。
中興通訊的軟件工程師通過CRF、DPD軟件算法的持續優化,有效解決了EVM、ACPR和PA效率的矛盾。
● 對無線發射信號的EVM進行適度的削峰處理,降低輸出信號的峰均比,減少PA輸出的回退量,保證PA有一個較高的效率。我們通過獨有的CFR算法,降低了信號的最大峰均比,同時最大限度減少了發射信號的EVM惡化量,確保了RRU整機發射信號的完整性。
● DPD通過對發射信號進行預失真處理,調整輸入信號的幅度、頻譜分量、相位特性等參數,使得輸入的預失真信號經過PA的非線性電路時,會產生非線性疊加矯正,最終輸出的信號滿足系統的ACPR指標要求。中興通訊DPD技術對RRU的ACPR改善最高可達30dB以上,處于業界第一陣列。
中興通訊不斷追求最完美的功放設計和算法性能的提升,目前在研究新一代PA效率提升技術,包括包絡跟蹤(ET)技術和恒包絡放大技術(Outphasing)。
PA效率提升
針對ZTE RRU的PA模塊,我們不斷優化多路Doherty技術,單頻段PA的效率可達50%以上,多頻段PA的效率可達45%以上,目前在成熟度、規模應用上走在業界前列。
在無線通信系統中,一個重要的指標是EVM(Error Vector Magnitude),特別是在普遍使用高階調制方式的4G、5G通信系統中。為了保證無線發射信號在大功率輸出的EVM、ACPR(鄰信道功率比)值,就要求PA具有很高的飽和功率余量,PA就必須進行較多的功率回退,導致PA的效率嚴重降低。這樣看來,保障EVM和提升PA效率貌似是一對矛盾的指標訴求。
中興通訊的軟件工程師通過CRF、DPD軟件算法的持續優化,有效解決了EVM、ACPR和PA效率的矛盾。
● 對無線發射信號的EVM進行適度的削峰處理,降低輸出信號的峰均比,減少PA輸出的回退量,保證PA有一個較高的效率。我們通過獨有的CFR算法,降低了信號的最大峰均比,同時最大限度減少了發射信號的EVM惡化量,確保了RRU整機發射信號的完整性。
● DPD通過對發射信號進行預失真處理,調整輸入信號的幅度、頻譜分量、相位特性等參數,使得輸入的預失真信號經過PA的非線性電路時,會產生非線性疊加矯正,最終輸出的信號滿足系統的ACPR指標要求。中興通訊DPD技術對RRU的ACPR改善最高可達30dB以上,處于業界第一陣列。
中興通訊不斷追求最完美的功放設計和算法性能的提升,目前在研究新一代PA效率提升技術,包括包絡跟蹤(ET)技術和恒包絡放大技術(Outphasing)。
TRX關鍵技術
TRX為RRU的核心單板,主要完成與BBU的數據交互、與下一級RRU之間的數據交互、無線信號的發射/接收、RRU內部各關鍵模塊的監控管理。TRX功耗占了RRU整機熱耗的15%以上。
TRX硬件核心技術包括:
● 數字電路的高集成、多功能,低功耗;
● 射頻電路的多通道集成、收發電路的高線性、低噪聲、大動態設計;低功耗。
TRX軟件核心技術包括:

● 動態功控:動態載波配置,實時根據業務調整RRU整機的最佳功率配置,減少低業務下整機的功耗;
● 高性能的DPD能力;更高的載波處理帶寬;支持多模式多載波的削峰能力,特別是支持G/U/L/NB/NR多制式、多載波混合配置;具備處理更多載頻的接收、發射通道的能力。
● PIMC功能:在RRU設備出現由于無源互調產生的干擾信號時,能夠通過PIMC功能,將落在接收頻點的干擾自動濾除。

濾波器關鍵技術:發射通道低插損高抑制

濾波器的發射通道插損越大,則通過的發射功率損耗越大,發射通道的插損增加0.1dB,折合PA的效率損失1個百分點。由濾波器的插損產生的熱耗占整機熱耗的10%左右。

為了保障濾波器發射通道的插損在滿足帶外抑制指標不變的情況下減小,通常采用TE模介質諧振器,來替換TEM模金屬諧振器。介質諧振器的Q值非常大,通常可以做到10000以上,相比金屬諧振器的4000值,高出許多。在設計中,使用較少數量的介質諧振腔,達到同樣的抑制要求,從而降低了濾波器的發射通道插損,同時也提升了雙工器的功率容量。

電源關鍵技術:高效率

單板電源特指給RRU整機提供的一次電源,其負責將外部供電,經過防雷、濾波、轉換處理后,轉換為RRU內部各個單板模塊可以使用的基礎電源。單板電源種類較少,電流較大,如PA單元的-48V、28V電源,收發信機的5.5V電源等。
使用DC/DC隔離式架構,一次電源的綜合效率大約為93%。
采用DC/C非隔離式架構,其綜合效率有望達到94.5%以上。
一次電源熱耗占RRU整機熱耗的約10%,在RRU的精細化設計中,該部分的熱耗不能忽視,必須精益求精,盡可能地提升效率。
RRU整機散熱關鍵技術
RRU整機的散熱方式有有源散熱和自然散熱兩種方式。
有源散熱,在RRU上主要是指風冷散熱方式,采用風機或其他設備,驅動RRU表面的空氣快速流動,將RRU散熱齒面上積累的熱量快速帶走,從而降低RRU內部溫升。采用該方式,可以極大減少RRU的散熱齒面積,從而縮減體積,減少重量。中興通訊根據客戶需求,采用了低噪聲有源散熱方案,可以提供110W/L以上的散熱能力,極大地降低了RRU整機的體積。
自然散熱是指RRU根據熱空氣上升的自然規律,依靠自身產生的熱動力結合外部環境,完成熱量的發散,降低內部溫升。依靠自然散熱,要求RRU必須有足夠的散熱面積保障。中興通訊在自然散熱方面,進行了長期的積累,其自然散熱RRU的最大能力達到52W/L,處于業界領先地位。
中興通訊RRU產品覆蓋從單頻到多頻,從窄帶寬到大帶寬,從2端口的2T2R到更多端口的Massive MIMO產品,在FDD和TDD領域形成了一個完整產品系列。高效率、低功耗技術的應用,使得在同等功率輸出下,RRU整機的體積小、重量輕。新技術的應用,使得RRU在同等的體積下,具備更高的功率輸出,為客戶提供更多的載波和覆蓋,極大地提升了客戶的網絡質量。

 

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