将现有频谱分析设备扩展到5G无线网络

——为什么射频设备提供商应该与第三方射频下变频器集成？

概述

经过大量的宣传，积累和期望，终于在全球各大城市推出了首批5G部署。 随着未来几年部署速度的加快，在基础设施，频谱资源以及测试和优化方面的投资规模将不容忽视。 埃森哲估计，到2025年，仅在美国，移动运营商就将在5G网络上投资多达2,750亿美元，而5G有望创造多达300万个就业机会，并为美国GDP带来约5,000亿美元的增长。
对于射频设备制造商和系统集成商（SI），这是一个巨大的机会。 移动运营商正争先向新市场提供可靠的5G覆盖，他们需要频谱分析设备进行测试和测量，移动路测以及覆盖图，以提供新5G信号所需的频率和带宽性能。 随着竞争压力的加剧，能够以经济高效且易于部署的解决方案满足这些性能要求的设备制造商将能够保留现有客户并获得新的收入来源。
对于已经拥有专为3G / 4G / LTE设计的设备的公司，RF下变频器可以将您的性能扩展到5G所需的频率。 通过将此现有设备与第三方下变频器集成在一起，您的客户可以快速获得所需的性能，而无需花费全部更换现有硬件的费用。
本白皮书将介绍正在考虑用于5G无线的信号，并解释为什么这些信号导致了对新频谱分析解决方案的需求。 然后，它将讨论移动运营商在部署5G网络时面临的挑战，并展示如何调整产品以应对这些挑战。 最后一部分将重点介绍与第三方RF下变频器相比，与构建全新产品相比的优势。

是什么推动了对提高射频性能的需求？

现有的3G / 4G / LTE网络使用有限数量的相对低频信号。 这些频率通常在450 MHz至3.7 GHz之间，实际上仅包括有限数量的频带。 反过来，大多数RF和频谱分析设备都设计用于这些频率范围。 经过多年的测试和使用，这些标准已在各种不同的环境中得到了很好的理解和证明，RF工程师或技术人员在本领域的工作是识别，诊断和维修由干扰或设备故障引起的任何问题。
5G代表了业界如何处理无线通信的重大变化。 5G不仅限于少数几个频段，还将根据部署位置，性能要求以及连接到网络的设备类型使用各种信号。 5G部署将一直使用从2 GHz以下的信号一直到30 GHz以上的信号，而未来的部署则着眼于高达90 GHz的毫米波（mmW）。
此外，5G网络的部署不会是线性的或通用的，而且要实现全球范围的5G覆盖还需要很多年。 同时，4G和5G网络将并存，一些移动运营商将在近期建立在现有4G基础设施之上，然后再长期使用更高频率的信号和新塔楼。
许多公司正在人口稠密的主要城市中部署其初始网络。 在人口稀少的地区（包括郊区和农村地区）进行部署将需要时间，并且这些网络的设计必然会有所不同。
所有这些意味着对SI和RF设备制造商的要求已发生了巨大变化。 当今的设备必须具有捕获和分析高频信号所需的频率性能，远远超过了传统要求。 设备必须灵活并且能够在信号标准和频率之间快速切换，同时适应5G使用的更宽带宽。 移动运营商需要能够快速，经济高效地部署这些新解决方案，以适应瞬息万变的市场所面临的竞争压力。

5G正在考虑哪些信号？

3GPP已经完成了针对5G的初始标准的开发，尽管预计将通过不断的测试来确定技术性。 第一项协议是针对非独立（NSA）标准的，该标准于2017年底获得批准，并利用现有的LTE基础架构在短期内实现较早的实施。 第二个是称为5G新无线电（5G NR）的独立标准，它将需要新的基础架构，但将允许移动运营商继续进行部署和研究。
下图详细列出了为5G网络使用的主要频率的细分情况。 尽管一些运营商已经在部署基于FR2标准的网络，但FR1可能会更多地用于初始实施。 FCC还为将来的活动开放了64 GHz至71 GHz的频谱。

除了这些标准，5G通常被认为是由频谱资源的三个不同频段组成：低频段，中频段和高频段。 为了获得广泛的覆盖范围并支持所有用例，将需要根据性能要求和部署位置来使用所有这些频段中的频率。

低频段

低频段频谱通常被认为低于2 GHz，北美主要集中在470-512 MHz T频段以及1300-1350 MHz，1780-1830 MHz和1675-1695 MHz频段。美国的移动公司正在考虑将600 MHz频段用于最初的5G部署。
这些低频信号的特性已经广为人知，移动运营商可以使用现有的基础架构过渡到5G。这些信号的范围和可穿透性使其非常适合农村网络中的覆盖范围和移动性，对于诸如物联网（IoT）和大规模机器类型通信（mMTC）等高聚合和低带宽应用非常有价值。借助5G，可连接到网络的设备数量急剧增加，GSMA建议mMTC应用程序需要能够支持每平方公里至少一百万个IoT连接的能力。低频带信号将使数据速度最高达到100 Mbps，而更高频段的速度更快。

中频段

通常认为中频带信号在2 GHz和6 GHz之间。 在全球范围内，5G部署可能会集中在这些频段上。 它们平衡了容量，传播和速度，使其非常适合郊区和城市的日常应用和部署，在这些应用中，覆盖范围和可靠性比超高速更为重要。 考虑用于5G的中频带频谱资源包括用于可能的移动宽带使用的3.45-3.55 GHz和3.70-4.20 GHz C频带以及用于更灵活使用的5.925-6.425 GHz和6.425-7.125 GHz频带以及2.70-2.90 GHz，2.90-3.11 GHz，3.45-3.55 GHz和4.94-4.99 GHz频段。
与支持mmW 5G部署所需的大量小型小区相比，中频带部署通常使用较少数量的宏基站，这使移动运营商更容易在更大的地理区域内部署它们。 中频带频谱有望达到1Gbps的速度，与当前速度相比有显着提高，但不能代表更高频率所达到的水平。 GSMA指出，监管机构应致力于在这些中频带中提供80-100 MHz的连续频谱。

高频段

高频段频谱包括6 GHz以上的所有频谱，包括24 GHz以上的mmW。 在这些频率下，5G无线将实现速度，带宽和延迟方面的重大改进。 这些高频段可提供高达10 Gbps的峰值速度，并且等待时间将从当前的25到40 ms缩短到大约1 ms。 但是，频率越高，信号传播的距离越短。 这些传播问题导致范围和穿透性受到限制，并且信号受到诸如建筑物，墙壁，树木，天气甚至人的物体的严重影响。 移动运营商需要部署小天线网络，使大量天线靠近在一起，从而使这些频段适合于人口稠密的城市地区或对速度和延迟至关重要的应用。
在美国，AT＆T开始在15 GHz频段上进行初始测试，然后再切换到28 GHz，而Verizon已经在使用28 GHz频段。 39 GHz频段也已经过试验，而26 GHz，32 GHz，42 GHz，50 GHz，70 GHz和80 GHz频段已成为区域和国际论坛中潜在的5G频段。

部署5G的移动运营商面临的挑战

向高频率，高带宽信号的过渡远远超过了3G / 4G / LTE的传统要求，这给移动运营商带来了新的挑战，因为他们争先抢先部署5G网络。 同样，正在考虑和使用的信号范围很广，以及仍在开发，测试和最终确定标准的事实，这意味着移动运营商需要能够监控和分析比以前更大的频谱部分 。 这些挑战对公司正在使用的射频设备提出了新的要求。

同时管理4G和5G网络

升级数以千计的蜂窝塔并建造新的蜂窝塔以满足5G网络的覆盖要求将需要数年的时间。 因此，全面的5G覆盖距离还有很长的路要走。 在此之前，公司将需要同时管理3G / 4G / LTE网络和5G网络，同时继续升级这些网络以保持竞争力。
这意味着，在可预见的将来，为低频而设计的现有频谱分析设备将无法丢弃，并将继续在管理无线通信网络中发挥重要作用。

高频信号的有限范围和穿透性

高频段信号可实现5G承诺的性能改进。 但是要实现这一目标，移动运营商必须牺牲射程和穿透性。 移动运营商将需要确保覆盖整个5G网络，并不断评估网络性能，以确保客户获得他们期望的性能，尤其是由于早期客户为连接5G付出了高昂的代价。
小型蜂窝网络将需要定期进行测试，优化，覆盖映射和移路测，并且需要分析干扰，信道仿真以及多输入多输出（MIMO）配置以确定用户体验。 用于执行这些测试的设备需要是便携式的，灵活的，并且必须在各种环境中轻松部署。

多种信号

5G并非单一标准。 相反，部署将由低，中和高频段方法组成，以提供覆盖范围和容量。 例如，物联网和mMTC将使用低频段信号，而自动驾驶汽车和虚拟现实应用程序可能会利用高频段信号的时延和速度优势，理想情况下，监视这些网络的移动运营商和现场工程师将拥有设备 它可以覆盖整个频谱，并且可以轻松地在信号标准之间进行切换，一次测量多个信号，并检测网络中的问题，而无需更改硬件或重新配置设备。

率先上市

现在已经实现了第一个小规模的5G部署，移动运营商正面临着将第一个5G部署到全球新市场的压力。 率先拥有的优势包括新的创收机会，更大的客户群以及成为市场领导者的声望。
这意味着，在评估射频设备供应商时，速度和上市时间是公司的重要推动力，他们可能不愿意更换现有设备或不愿开发新硬件。

射频设备制造商和SI如何应对这些挑战？

为了应对这些挑战，公司将需要频谱分析设备提供新功能。 射频设备制造商和系统集成商将需要决定是最好构建还是购买满足这些性能要求的新硬件，还是使用第三方射频下变频器来延长其现有设备的寿命。
射频下变频器接收高频信号，并将其下变频为较低的中频（IF），可以通过现有设备进行分析。 它保留了进行分析所需的所有信号属性和信息，但将信号降低到较低的频率。
从短期到中期，与RF下变频器集成可以快速扩展已经售出并与客户一起部署的现有设备的性能。 它使您可以满足客户对频率性能的需求，而无需他们完全取代他们在硬件上的投资。 它还为您提供了额外的时间来开发新硬件，而不会冒客户切换到您的竞争对手之一的风险。
集成RF下变频器以多种方式解决了移动运营商面临的挑战。

部署速度更快

由于速度是移动运营商的主要驱动力，因此与第三方RF下变频器的集成要比从头开始构建新硬件快得多。 射频设备提供商和SI可以保持竞争力，并扩展已经部署在客户身上的现有硬件的性能，或者将其出售给寻求即时解决方案的新客户。

更具成本效益

与完全替换现有硬件并购买全套新设备相比，购买RF下变频器以扩展现有硬件的成本效益明显更高。 当处理数百或数千个仍可用的设备时，这为客户节省了可观的费用。
跨4G和5G网络的单一解决方案
正如我们所讨论的，在可预见的将来，4G和5G网络将同时运行。 移动运营商将从在这些部署中使用相同的设备并获得一致的测量结果中受益，而不必根据他们捕获的信号类型来回切换。

减少培训要求

从事现场工作的RF工程师和技术人员已经熟悉现有设备。 与引入全新硬件相比，RF下变频器使他们能够在有限的额外培训下继续使用该硬件，从而降低了总体部署成本并保持了效率。

满足客户的5G无线需求

移动运营商正在全球范围内迅速部署5G网络，并且在基础设施，频谱资源和设备方面的投资步伐正在加快。 对于为这些公司提供频谱分析解决方案的RF设备制造商和系统集成商而言，5G代表了巨大的机遇。 但是，如果现有设备是围绕3G / 4G / LTE标准设计的，并且不满足新5G信号的性能要求，则您有失去竞争对手的客户的风险。
射频下变频器可以扩展已经出售和部署给客户的现有设备的范围，而不必强迫他们完全取代其对硬件的投资。 与从头开发和构建新设备相比，它可以更快，更低成本地提供高频带信号所需的频率性能。
RF设备制造商和SI应该寻找开放的RF下变频器，并使用SCPI等简单命令轻松将其与第三方硬件集成。 下变频器应轻巧便携，以限制额外的尺寸和重量对现有硬件的影响，并且它们的频率性能应扩展到5G信号标准通常使用的范围内。
5G就在这里，它对社会的潜在影响直到现在才变得清晰起来。 实现这一未来的公司需要正确的设备来测试和优化网络，绘制覆盖范围并确保性能达到客户的期望。 使用第三方RF下变频器的RF设备制造商可以快速，经济高效地提供此设备。