浅谈5G小基站中时钟及无源射频器件的应用

5G的高速率、低延时、海量连接已被大家熟知,5G将万物互联,实现AR交互、自动驾驶、智慧城市等应用场景是人们期盼已久的愿望。

良好的用户体验对网络的深度覆盖和时钟同步有极高的要求。5G建设初期,为了快速实现5G基础业务,主要采用宏基站完成广域覆盖。当用户进入室内,因5G频段较高,信号穿墙能力较弱,信号会断断续续,让用户有断崖式的体验。

如何快速解决室内信号覆盖问题呢?小基站是最佳选择。

一、何为小基站

基站包括宏基站、微基站、皮基站、飞基站,除了宏基站外,其它三类都属于小基站。

小基站顾名思义在产品形态上小,具有体积小、重量轻、发射功率小,覆盖范围小、成本低等特点。

二、小基站的优势

1、 快速补盲。完成室内深度覆盖,补充室内和室外盲区。

2、 易于安装。小基站体积小、重量轻,可以挂在墙上、灯箱上、广告牌上、电线杆上,随处可安装。

3、 发射功率低。因为用于补盲,覆盖范围小,所以发射功率低,更加绿色环保。

4、 成本低。小基站成本低,易于安装和维护,可以大大降低网络基建和运维成本。

5、 赋能多样化行业。5G垂直行业具有多样化、专业化、成本敏感等特点,这就需要发挥小基站快速定制、灵活部署、高网络容量、低成本的优势来满足垂直行业的不同需求。

6、 改善用户体验。小基站与宏基站UDN组网方式,能够提供连续的、一致性的5G体验。

三、小基站的构成

小基站和宏基站原理相似,以皮基站为例可分为:BBU、RHub 和 pRRU。

四、5G基站时钟同步为何要求严苛

5G小基站多采用TDD方式,要求基站和基站之间、小区和小区之间保持高度的时间同步,只有时钟精准同步才能避免时隙间的相互干扰,确保数据在规定的时隙准确无误传输。(从规范表中可以看到TDD模式要求:时钟频率精度小于0.05ppm,时钟相位同步偏差小于±1.5μs)

高速率是5G网络的特点之一,网络是如何实现高速率呢?5G采用了多载波聚合(CA)和大规模天线阵列(Massive MIMO)等技术,它汇聚了多频点协同传输数据和多天线通道同步收发数据,这些技术要求时钟有高度严格的同步。(从规范表中可以看到在频段Sub-6G中,MIMO和发射分集要求时间偏差小于65μs,带内非连续CA要求时间偏差小于3μs)

5G不同类型的协同增强同步要求

所以5G基站的时间同步是实现高速率、低时延的关键核心技术之一。

5G基站的同步时钟参考信号来自卫星同步和IEEE1588同步等方案。

当前大普通信系列产品在5G小基站中已经有了广泛的应用,例如时钟同步器件:IEEE1588时钟同步方案(1588v2芯片)、高稳晶振(OCXO/TCXO)、时钟模块(Clock Module)、时钟缓存器芯片(Buffer)、实时时钟芯片(RTC)等,以及无源射频器件:环形器(Circulator)和隔离器(Isolator)等。

大普产品在5G皮基站的解决方案

1、IEEE1588时钟同步方案(IEEE1588v2芯片)

大普ACS95XX芯片系列是业界唯一的单芯片1588解决方案,集成了PLL、MCU、协议栈以及自主专利报文过滤算法,采用PTP(精确时钟同步)协议,精度可达纳秒级。

大普CM35P时钟模块集成了1588芯片和高稳晶振,具有高精度的时间同步(50ns)和高稳定时钟保持能力(1.5μs/24H),可以帮助客户快速实现设备的1588同步解决方案。

大普DP3000E时间服务器内置了1588芯片,支持GPS/北斗卫星授时驯服,可以作为1588的PRC/PRTC级别的GM为子系统授时。

2、高稳晶振(OCXO/TCXO)

大普高稳晶振已实现全面产品系列化,涵盖了超高稳定度(0.01ppb)、超低相噪(-165dBc/Hz@1KHz)、超小尺寸(OCXO 7mm*5mm)、超低功耗(OCXO 0.5W@25℃)、超宽温(-40℃~+105℃)等特性产品,可以满足各种场景下5G小基站对时钟晶振的不同需求。

5G基站相比4G基站,特别是夏季的室外基站,由于5G业务导致基站功耗过大,内部温度过高,有些元器件无法正常工作,造成基站宕机,通信中断。大普有业界领先的宽温OCXO和TCXO系列产品,工作温度范围-40℃~+105°C(常规产品的温度范围-40℃~+85°C),可以适应恶劣环境的需求。

随着小基站的体积越来越小,大普新推出高集成度芯片的OCXO,体积可以减小72%,更有助于现有小基站和未来小基站的设计需求。

3、时钟模块(Clock Module)

大普时钟模块集成了高性能OCXO及专利驯服保持算法于一体,可以满足24小时±1.5μs的保持需求,性价比极高,可以帮助小基站设备商缩短研发周期,降低开发成本,快速实现产品量产。

4、时钟缓冲器芯片(Buffer)

大普推出了多款基于非PLL的时钟缓冲器芯片(Buffer),其中主流的有1:4单端时钟输出和1:4差分输出,1:10单端时钟输出和1:10差分输出,均对标市场主流型号,适用于各种不同类型的基站需求。

5、大功率环形器&隔离器(Circulator & Isolator)

在通信应用上,大普通信已经实现了大功率环形器&隔离器的全面产品系列化,主流封装有表贴和嵌入式,主流尺寸从φ7mm到38.8mm之间都有覆盖,在关键性能指标参数上已经做到行业领先水平,可以满足宏基站和小基站在末级上的不同应用需求。针对小基站体积小的特点,大普还推出了一些特殊的产品系列,例如高度4.5mm Max.的φ7mm系列产品。

6、小功率环形器&隔离器(Circulator & Isolator)

小功率环形器&隔离器利用其体积小、重量轻、成本低和频段覆盖广的特点,在小基站的应用场景中有着更为广泛的应用,大普小功率环形器&隔离器有着多种尺寸可供选择,比如7mm*7mm、5mm*5mm和4mm*4mm等,频率范围可以覆盖600MHz ~ 5GHz,可以满足各种应用场景下的小基站需求。

结束语

大普通信还将继续努力,在产品上持续迭代更新,以3GPP为准则,以运营商需求为导向,利用多产品的协同效应,助力5G基站设备商提升设备的综合性能,满足市场多元化的需求。

文章来源:大普通信