5G基站收发器射频特性与要求详解

### 5G基站收发器射频特性与要求详解 #### 1. 基站射频要求概述 基站射频要求通常在基站天线连接器处定义，这些要求被称为传导要求，一般以在天线连接器处测量的绝对或相对功率水平来规定。带外（OOB）发射限值常被定义为传导要求。在有源天线系统（AAS）中，射频要求则被定义为辐射要求，需在天线远场进行空中测量，因此会包含天线方向图和方向性效应。 AAS型基站要求基于通用的AAS基站无线电架构。该架构包含一个收发器单元阵列，通过收发器阵列边界（TAB）上的多个连接器与包含无线电分配网络和天线阵列的复合天线结构相连。TAB连接器对应非AAS基站上的天线连接器，是传导要求的参考点。基于此架构，可定义传导要求和辐射要求。传导要求针对单个或一组TAB连接器上的每个射频特性进行定义，与非AAS基站的相应传导要求等效；辐射要求基于在天线系统远场进行的空中（OTA）测量来定义，以辐射接口边界（RIB）为参考。 为确定进行OTA测量的合适位置，需了解天线系统的辐射特性，并定义天线阵列远场辐射区域的最小距离$d_{min}$。天线周围的辐射区域可分为以下三个区域： - **电抗近场区域**：在天线附近，电场（E）和磁场（H）相位相差90度，该区域边界通常为$d < 0.62\sqrt{D^3 / \lambda}$，其中$D$是天线元件/阵列的最大线性尺寸，$\lambda$是波长，$d$是距天线的距离。 - **辐射近场（菲涅耳）区域**：位于近场和远场之间，该区域电抗场不占主导，辐射场开始出现，但辐射方向图形状可能随距离显著变化，通常由$0.62\sqrt{D^3 / \lambda} < d < 2D^2 / \lambda$确定。 - **远场（夫琅禾费）区域**：相对天线元件/阵列较远，辐射方向图形状不随距离变化，场强与$d^{-1}$成比例衰减，功率密度与$d^{-2}$成比例下降。要使一个点处于远场区域，需满足$d > 2D^2 / \lambda$、$d >> D$和$d >> \lambda$三个条件。 #### 2. NR基站的主要配置 从射频要求的角度，NR基站可分为以下四种主要配置： | 基站类型 | 频率范围 | 配置特点 | 射频要求 | | --- | --- | --- | --- | | BS类型1 - C | FR1 | 通过同轴电缆连接到天线 | 仅包含在单个天线连接器处定义的传导要求 | | BS类型1 - H | FR1 | 集成AAS，RF收发器通过TAB连接器连接到天线 | 包括在单个TAB连接器处定义的传导要求和在RIB处定义的OTA要求 | | BS类型1 - O | FR1 | 无连接器的AAS型NR基站 | 仅包含在RIB处定义的OTA要求 | | BS类型2 - O | FR2 | 无连接器的AAS型NR基站 | 仅包含在RIB处定义的OTA要求 | 对于BS类型1 - O和2 - O，辐射特性通过空中定义，辐射要求也称为OTA要求。与LTE相比，FR1的一种射频配置无需RF收发器和天线之间的连接器，可减小设备尺寸并提高功率效率；FR2虽具有高频宽带传输优势，但高频会导致连接器和电缆的功率损耗增大，因此需要更高的天线增益来补偿损耗。 #### 3. 射频性能指标 除了3GPP Rel - 13 LTE中规定的等效全向辐射功率（EIRP）和等效全向灵敏度（EIS）外，NR射频规范引入了总辐射功率（TRP）作为新指标，可用于规定与功率相关的射频性能要求，如基站输出功率和杂散发射。 LTE和NR在FR1和FR2的主要基站射频性能规范对比如下： | 性能指标 | LTE | NR FR1（BS类型1 - O） | NR FR2（BS类型2 - O） | | --- | --- | --- | --- | | 最大信道带宽（MHz） | 20 | 100 | 400 | | 发射机瞬态周期（μs） | < 17 | < 10 | < 3 | | 邻道泄漏比（ACLR，dB） | 45 | 45 | 28 | | 噪声系数（NF，dB） | 5 | 5 | 10 | | 发射功率偏差（dB） | ± 2.0 | ± 2.2（EIRP精度） | ± 3.4（EIRP精度）<br>± 2.0（TRP精度）<br>± 3.0（TRP精度） | #### 4. 传导和辐射基站收发器特性 NR设备和基站的辐射射频要求主要源自相应的传导射频要求。与传导要求不同，辐射要求包含天线因素，因此基站输出功率和无用发射等发射水平可通过EIRP作为定向要求或使用TRP定义限值。 - **辐射发射功率**：定义为在特定波束峰值方向上声明波束的EIRP水平，每个波束的要求基于波束标识、参考波束方向对、波束宽度、额定波束EIRP等声明。 - **OTA灵敏度要求**：基于一个或多个OTA灵敏度