孫龍山
(福建省郵電規(guī)劃設計院有限公司,福建 福州 350003)
隨著4G用戶規(guī)模的快速增長、移動應用的不斷創(chuàng)新,以及運營商流量資費水平的持續(xù)降低,近年來移動無線網絡承載的流量呈現(xiàn)出幾何級數增長的態(tài)勢,這就對運營商建設5G網絡提出了迫切需求。2018年底,中央經濟工作會議要求加快5G商用步伐。2019年6月6日,工信部頒發(fā)5G商用牌照,我國正式進入5G商用元年。截至2020年2月底,全國建設開通5G基站達1.64×105個。2020年,5G迎來大規(guī)模建設,5G基站目標不斷刷新,通信運營商將正式開啟5G大規(guī)模集采,據工信部官方數據,預計2020年底全國5G基站數超過6×105個,實現(xiàn)地級市室外連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)有重點覆蓋、重點場景室內覆蓋[1]。
目前,國內5G基站設備廠商主要為中興公司、華為公司,在電信、聯(lián)通運營商主推的5G基站設備選型有發(fā)射功率為200 W、240 W以及320 W3款,頻段均為3.5 GHz,本文將對其進行硬件、性能上的對比分析。
320 W AAU產品采用更高功率等級的GaN(氮化鎵)功放管,200 W/240 W設備則采用相對落后的LDMoS工藝。LDMoS和GaN對比,GaN功放相比LDMoS能降低基站的耗電量、散熱量,同時GaN功放功率密度可達6 W/mm2(2~8 W/mm2),相比LDMOS的1~2 W/mm2,提高了5倍,所以可以做成小型化,并且支持更大功放。
AAU均為192天線陣子,天線設計相同,產品迎風面積差異極小,設備尺寸的差異主要來自厚度,200 W/240 W設備比320 W在散熱片的厚度設計上略薄,總體厚度差異40 mm左右,設備重量的變化主要來自機殼以及散熱齒重量的略微改變,整機重量基本相當。表1為200 W/240 W/320 W設備尺寸重量。
表1 200 W/240 W/320 W設備尺寸重量
200 W設備是早期產品,功耗約為1 000 W,240 W/320 W設備功耗約為810 W,200 W設備功耗相比240 W/320 W設備高出23%左右,如果1個站點3臺設備,則200 W設備基站一年電費約2.6×104元,240 W/320 W設備電費約2.1×104元,1個基站1年電費相差5000元,6×105個基站一年電費則相差3×105元。
理論計算200 W與320 W功率差值為2 dB(10×log(320/200)=2 dB),240 W與320 W功率差值為1.25 dB(10×log(320/240)=1.25 dB),通過實際測試可以發(fā)現(xiàn)其電平差值與理論計算基本一致[2]。表2為200 W/240 W/320 W設備室外不同點位的RSRP值對比。
表2 200 W/240 W/320 W設備室外不同點位的RSRP值對比
外場實測根據前期外省NSA測試情況,與320 W設備對比,采用200 W的設備時,由室外站覆蓋室內,電平下降2 dB左右,覆蓋深度減少5 m左右,采用240 W設備覆蓋深度減少3 m左右。
以下行邊緣速率50 Mb/s為同等條件仿真,200 W設備與240 W覆蓋距離基本相當,與320 W相比,覆蓋距離小12.5%左右(約30 m)。以RSRP≥-95 dBm的條件仿真,200 W設備覆蓋半徑為359 m,240 W設備覆蓋半徑為367 m,320 W設備覆蓋半徑為404 m,可以看出320 W設備覆蓋距離最遠,其次240 W設備,200 W設備最近。圖1為200 W/240 W/320 W設備軟件仿真室外覆蓋距離對比。
圖1 200 W/240 W/320 W設備軟件仿真室外覆蓋距離對比
以一個行政面積為100 km2的普通市區(qū)為例,要求市區(qū)覆蓋指標滿足RSRP≥-95 dBm的條件下,按照標準單站蜂窩網絡覆蓋面積=1.949×R2,則200 W/240 W/320 W設備建站需要的基站數理論計算如表3所示。
表3 200 W/240 W/320 W設備覆蓋基站數對比
根據某運營商2020年7月份集采價格,200 W/240 W設備價格相當,均為5.9×104元左右,320 W設備價格6.4×104元,單設備高出5000元。
同樣以一個行政面積為100 km2的普通市區(qū)為例,在覆蓋指標滿足RSRP≥-95 dBm的條件下,某運營商分別選擇200 W/240 W/320 W設備建站的10年總成本計算如表4所示。其中,總成本=建設成本+運營成本,建設成本=主設備+施工費;施工費約為10%設備投資。此外,運營成本只考慮基站電費,各城市基站租金差異較大,因此不考慮基站租金。
通過硬件、性能及成本上的對比,可以看出320 W設備在硬件、覆蓋距離、速率上均優(yōu)于240 W、200 W設備,價格上雖然高于200 W/240 W設備,但是長期綜合成本最低,因此在目前5G網絡大建設時期,如果200 W/240 W設備在集采價格沒有更大優(yōu)惠的情況下,建議優(yōu)選性價比更高的320 W設備。表5為200 W/240 W/320 W設備對比。
表4 200 W/240 W/320 W設備成本對比
表5 200 W/240 W/320 W設備對比