如何为 5G 小型基站部署选择振荡器

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5G 网络频谱频率更高、覆盖范围更短,因此比前几代网络密度更高。超高速 5G 回程 (mmWave) 在很大程度上依赖于小型基站,不仅是为了覆盖范围,也是为了速度。除此之外,O-RAN 联盟等举措为 RAN 生态系统提供了更多选择,但同时也增加了复杂性。由于时序和同步在 5G 网络中非常重要,设计工程师面临着一些艰难的决定。

本文将解释在 5G 小型蜂窝振荡器中寻找什么才能获得最适合您的应用需求的结果。

1.动态性能要求

首先要看的是动态时钟性能。5G 的关键要求是需要高相位对齐(130 纳秒)。相比之下,上一代网络仅需要 1.5 微秒。在如此严格的要求下,以传统方式实现同​​步变得具有挑战性。需要在任何时间点提供 50ppb 的稳定性,并在空中接口上以 1 毫秒的间隔进行测量,这要求物理层和数据包层的滤波比通用传输设备窄得多。终端节点上的伺服时钟带宽很窄,以支持特定场景和要求:

  • 支持 GNSS 时钟: GNSS 时钟具有 1PPS 支持要求。伺服系统的 1PPS 输入使用非常低的带宽,通常为 10-30mHz
  • 支持 SyncE 滤波频率:考虑到标准网络噪声,SyncE 时钟需要低带宽滤波(如 10-50mHz),以支持空中接口的 50ppb 精度
  • 对无路径支持网络的支持需要非常低的带宽,并且通常可以低于 mHz 范围。
    一旦在如此低的带宽下进行滤波,系统固有噪声(主要来自振荡器)的影响就会发挥作用。现在重要的是与绝对频率变化相比的温度灵敏度性能。因此,在选择小型单元振荡器时,请为您的特定温度范围选择正确的灵敏度性能。通常,这是 0.1 – 0.5 ppb/°C。

2. 续约

保持是指系统在主要同步源(通常是 GNSS 信号)丢失时,将同步保持在可接受范围内的能力。具体的保持要求由运营商根据其服务水平规定,尽管 O-RAN 等行业计划提供了规范指导以及一些常见设计。

保持主要受以下问题影响(还有其他问题,但影响较小):

  • 伺服初始误差:伺服系统运行的任何时刻都可能发生保持。此时,系统的误差被归类为初始误差。伺服系统应提供<1ns的相位误差和<1ppt的频率精度误差
  • 温度变化:通过选择高稳定性 (FvT) 振荡器来解决温度变化问题。通常,1ppb 振荡器每秒漂移约 1ns。其绝对变化本身需要低于 0.1ppb,才能在工作温度范围内实现 4 小时内 1.5µs 的目标变化
  • 老化漂移:老化是谐振器发生的系统性变化,会导致长期变化。它通常被称为每日变化。对于 4 小时保持目标,建议该值低于 0.2ppb/天
  • 磁滞和其他系统效应:谐振器在温度循环过程中积累的频率差异称为磁滞效应。磁滞效应和其他系统效应可能导致电源变化和负载变化。这反过来又会影响保持。对于 4 小时保持目标,这些影响应低于 0.1ppb。
  • 随机变化:由于谐振器的性质,频率漂移可能由随机效应引起,即温度或老化以外的因素。对于 4 小时保持目标,此随机频率漂移应低于 0.1ppb。

3. 相位噪声

5G 小型基站时钟的另一个方面是要求无线电部分的相位噪声低。为了实现最高的调制速率(256 QAM 及以上),5G 要求参考时钟*的相位噪声对 EVM(误差矢量幅度)的贡献非常低。

相位调制矢量的实际星座与其理想位置的偏差测量称为误差矢量幅度。造成较大 EVM 的主要因素之一是系统参考时钟的相位噪声。随着驱动无线电的时钟的相位噪声降低,对 EVM 的贡献也随之降低,从而导致调制水平更高。3GPP 已根据下表指定了 QAM 调制的 EVM 限制。

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图 1:3GPP 对 QAM 调制的 EVM 限制

4. 影响您选择小型蜂窝振荡器的其他技术因素

有两个技术因素促使无线电内部组件(包括振荡器)在不断增加的温度范围内运行。首先,室外小型蜂窝封装通常是完全密封的,不使用风扇。其次,更大的 MIMO 架构需要高功率,这会提高小型蜂窝设备的温度。目前,在 5G 中,小型蜂窝振荡器必须承受高达 105°C 的温度,而传统的温度为 85°C。

此外,路边和街道杆上的户外无线电部署需要承受一定程度的振动。**

5. 适合大规模部署的高性能振荡器

与前几代蜂窝技术相比,5G 具有更高的频谱,因此无线电和小型基站的部署密度更高。虽然小型基站是一种经济高效的解决方案,可以像基站一样实现更好的覆盖范围和速度,但它们确实需要配备高性能、高可靠性且使用寿命长的参考时钟。

在选择高性能振荡器供应商时,值得考虑能够持续满足这种大量需求的合作伙伴,以及他们是否拥有可靠的多源供应商和制造合作伙伴生态系统。

结论

随着 5G 网络成为现实,网络同步变得越来越重要和复杂。小型蜂窝实施的设计方案有很多,每种方案都有特定的振荡器要求。如果您想了解有关特定设计的振荡器要求的更多信息,或想了解更多有关我们的 5G 小型蜂窝优化振荡器的信息,请与我们联系。

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