拓展覆蓋，提升容量：毫米波固定無(wú)線(xiàn)接入的未來(lái)圖景

固定無(wú)線(xiàn)接入（FWA）作為一項關(guān)鍵技術(shù)，可為家庭和企業(yè)提供高速、低延遲的寬帶連接。借助Qorvo先進(jìn)的波束成形IC（BFIC），工程師能夠在其FWA解決方案中顯著(zhù)增強覆蓋范圍，將用戶(hù)容量提升三倍，并將部署成本降低70%。本系列文章將探討Qorvo射頻前端和BFIC創(chuàng )新所帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)影響——這些創(chuàng )新正在塑造毫米波FWA網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)。

在我們這個(gè)日益互聯(lián)的世界中，5G已是常態(tài)，6G也已近在眼前；固定無(wú)線(xiàn)接入（FWA）已成為緩解頻譜擁塞的關(guān)鍵技術(shù)。 通過(guò)利用高頻毫米波頻段，FWA能夠提供高速、低延遲的寬帶連接；這對于通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接向家庭提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)至關(guān)重要。 實(shí)現這一能力的核心在于相控陣天線(xiàn)，它使FWA系統能夠在毫米波頻段傳輸強大、聚焦的信號，有效應對高頻通信中常見(jiàn)的覆蓋范圍有限和信號穿透能力弱等挑戰。

盡管毫米波網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)在FWA市場(chǎng)上取得了一定進(jìn)展，但仍面臨一些阻礙。毫米波FWA技術(shù)存在的局限性包括 信號覆蓋范圍小 ，以及 對障礙物和環(huán)境條件（如雨水、植被）高度敏感 ，這使得在某些地區部署毫米波FWA頗具挑戰性。這些挑戰有時(shí)要求工程師在應用部署中做出權衡，以確保成本效益和效率。

在本文中，我們 將探討這些FWA部署挑戰，并提供一些創(chuàng )新解決方案；以及如何利用相同的有源電子掃描陣列（AESA）天線(xiàn)系統實(shí)現客戶(hù)終端設備（CPE）的功能。此外，我們還將探討專(zhuān)門(mén)針對FWA接入點(diǎn)（AP）和CPE大規模部署的低成本、可擴展設計示例。同時(shí)，內容還將包括Qorvo的設計如何提供特定優(yōu)勢，例如高信號強度和低信號噪聲，以進(jìn)一步增強現有的FWA基礎設施。

圖1，毫米波射頻（RF）連接應用

固定無(wú)線(xiàn)接入的市場(chǎng)相關(guān)性

FWA技術(shù)的盈利能力在很大程度上受其部署區域的住戶(hù)密度和地理環(huán)境影響。在住戶(hù)密度極高的環(huán)境中，例如市中心城區，住戶(hù)密度超過(guò)每平方公里1,600戶(hù)，FWA的安裝通常不會(huì )成為優(yōu)先選擇。這是因為包括光纖網(wǎng)絡(luò )和其它寬帶解決方案在內的許多無(wú)線(xiàn)替代方案已經(jīng)廣泛普及，使得FWA的競爭力降低。

在住戶(hù)密度介于每平方公里400至1,600戶(hù)之間的密集城區和城市地區，FWA有機會(huì )大展拳腳。這些地區通常采用無(wú)線(xiàn)和固定寬帶解決方案相結合的方式。然而， FWA可以通過(guò)提供高速、低延遲的連接脫穎而出 ；特別是在傳統有線(xiàn)寬帶基礎設施有限或部署成本過(guò)于高昂的地區。

住戶(hù)密度為每平方公里120至400戶(hù)的郊區是FWA實(shí)現盈利的主要目標區域。在這里，人口密度和基礎設施成本之間的平衡使FWA成為一個(gè)極具吸引力的選擇。郊區的部署受益于FWA的可擴展性和成本效益，使服務(wù)提供商無(wú)需大量物理布線(xiàn)即可提供可靠的互聯(lián)網(wǎng)接入。

在住戶(hù)密度低于每平方公里120戶(hù)的農村和偏遠地區，FWA面臨挑戰。 為了覆蓋這些人口稀少的區域，通常需要長(cháng)距離RF鏈路。 雖然FWA可以在這些地區提供連接，但與城市和郊區相比，其盈利能力有限，通常作為補充方案，而非主要的互聯(lián)網(wǎng)接入方式。在下表1中，我們總結了FWA使用效果出色的典型區域。

表1，典型的FWA使用區域

分層部署方法

毫米波與中頻段C波段頻率的融合 ，為應對不同環(huán)境（如密集城區、市區、郊區和農村地區）中多樣化的覆蓋和容量需求，提供了一種穩健、分層的解決方案。中頻段頻率（即1-6GHz）能夠支持更大的基站站點(diǎn)，實(shí)現廣域覆蓋，在人口密度較低的郊區和農村地區尤為有效。另一方面， 毫米波頻率在提供高容量、低延遲連接方面表現出色 ，非常適合密集城區和城區中家庭對更高數據速率的需求。

這種分層策略通過(guò)發(fā)揮各頻段的優(yōu)勢，優(yōu)化了頻譜利用率。中頻段頻率確保蜂窩網(wǎng)絡(luò )和用戶(hù)端設備的基礎覆蓋；毫米波則通過(guò)聚焦于高密度區域或靠近基站的地點(diǎn)，為這些區域帶來(lái)補充，從而維持超過(guò)1Gbps的服務(wù)質(zhì)量（QoS）水平。如圖2所示，這一策略既支持能夠利用最高調制與編碼方案（MCS）下全部蜂窩容量的高性能家庭用戶(hù)，也惠及從中頻段穩健基線(xiàn)覆蓋中受益的低性能家庭用戶(hù)（調制與編碼方案/MCS是衡量客戶(hù)端設備與無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)間Wi-Fi連接參數的指標）。

圖2：毫米波FWA覆蓋范圍與服務(wù)質(zhì)量（QoS）對比

毫米波基站的加入顯著(zhù)提升了中頻段覆蓋區域內的網(wǎng)絡(luò )容量，確保了即使在流量高峰期也能維持最低的QoS要求。 如圖2所示，毫米波與中頻段頻率的分層部署，使得覆蓋范圍內的家庭用戶(hù)能夠享受到千兆級速度，同時(shí)所有用戶(hù)均能保持可靠的QoS。這一策略構建了一個(gè)平衡且高效的網(wǎng)絡(luò )基礎設施，既提供了高性能，又保證了可靠性，滿(mǎn)足了不同覆蓋區域內用戶(hù)的多樣化需求。

波束成形IC的進(jìn)展

近年來(lái)， 波束成形集成電路（BFIC）的技術(shù)進(jìn)步顯著(zhù)加速了FWA在家庭中的部署，滿(mǎn)足了日益增長(cháng)的高速連接需求。 然而，與中頻段和sub-6GHz的系統相比，毫米波無(wú)線(xiàn)電面臨著(zhù)獨特的挑戰。毫米波頻率傳輸的信號在距離上的衰減速度遠快于sub-6GHz或中頻段信號。此外，由于半導體固有的物理特性，在毫米波頻率下實(shí)現高功率放大器輸出功率、良好的功率附加效率（PAE）、低噪聲系數、高接收器靈敏度線(xiàn)性度，以及低直流功耗等關(guān)鍵性能指標，難度更大。與經(jīng)過(guò)數十年優(yōu)化、適用于商業(yè)無(wú)線(xiàn)應用且成熟且成本效益高的sub-6GHz生態(tài)系統不同，毫米波技術(shù)面臨著(zhù)更高的成本和復雜性，這使得無(wú)線(xiàn)提供商和通信服務(wù)提供商（CSP）在廣泛部署方面面對更大挑戰。不過(guò)，對此已有解決方案。

為克服這些挑戰， 毫米波系統采用了相控陣天線(xiàn) ；這種天線(xiàn)利用多個(gè)振子來(lái)引導或收集能量，如圖3所示。通過(guò)調整每個(gè)天線(xiàn)振子上信號的幅度和相位，相控陣能夠將能量指向所需方向，同時(shí)最小化在非所需方向上的能量損失。盡管相控陣天線(xiàn)已在政府市場(chǎng)中使用了五十多年，但這些系統往往依賴(lài)于高成本技術(shù)。然而，如今的商用陣列天線(xiàn)已消除了這些高成本障礙。要實(shí)現毫米波通信生態(tài)系統的商業(yè)化，關(guān)鍵在于降低資本支出（CAPEX）和運營(yíng)支出（OPEX），同時(shí)確?？蓴U展性并提供高質(zhì)量服務(wù)。BFIC和天線(xiàn)陣列設計方面的新技術(shù)進(jìn)展，已解決了這些成本及部署層面的挑戰。

圖3，AESA天線(xiàn)圖案

我們還將在后續的文章中繼續探討新型波束成形IC如何應對FWA部署中的挑戰，以及Qorvo解決方案的設計優(yōu)勢，如何簡(jiǎn)化運營(yíng)商的部署流程，使其能夠在毫米波通信生態(tài)系統的多個(gè)節點(diǎn)上采用統一的解決方案。