一文读懂RRU关键技术

雷保国 滤波器 今天

作者：雷保国 中兴通讯


RRU单元作为无线通信的最后一环、最关键设备，犹如空中的一座桥，为用户的信息交流提供稳定可靠的通道，保证了信息的精准、实时送达。RRU将一组组基带数字信号，通过复杂、精巧的电路变换，转化成无线电波，通过天线发射出去；同时，接收用户终端发送的信息，传送到核心网完成信息交互。


RRU都有哪些关键技术？影响RRU性能的关键指标有哪些？本文对此进行简单的分析。

典型的RRU内部一般由4个部分组成：电源单元、收发信单元、功放单元、滤波器单元（见图1）。外部接口有：电源输入端口、光纤输入/输出端口、天馈接口、电调和干接点接口等。各部分分别提供供电、收发信号处理、功率放大、发射和接收滤波等关键功能。
对于RRU性能评判的维度较多，体积/重量、整机输出功率、整机通道数量、整机能耗比、整机射频指标都是评价维度的可选项，只有满足客户需求的RRU，才是好产品。当客户需求的侧重点不一样时，会选择不同的维度。对于一个RRU，在相同功率等级、通道数一样的前提下，其关键技术决定了其核心的竞争力：整机能耗比、射频指标。


RRU的能耗就是输出的功率和输入的总功率比值，该指标体现了RRU的关键技术：CFR算法、TRX硬件设计能力、功放设计能力。

在输入功率一定的条件下，RRU整机的能耗比越高，说明整机的热耗相对较小，RRU用较小的散热齿即可完成散热，保障温升可靠性要求；同样这些技术的应用使得整机小型化成为可能。在RRU系统中，为了降低整机能耗，PA（功率放大器）是重要的部件，其功耗占整机功耗的65%以上。PA效率的变化，对整机的热耗、功耗影响非常大，提升PA效率成为PA设计的关键技术。

PA效率提升
针对ZTE RRU的PA模块，我们不断优化多路Doherty技术，单频段PA的效率可达50%以上，多频段PA的效率可达45%以上，目前在成熟度、规模应用上走在业界前列。
在无线通信系统中，一个重要的指标是EVM（Error Vector Magnitude），特别是在普遍使用高阶调制方式的4G、5G通信系统中。为了保证无线发射信号在大功率输出的EVM、ACPR（邻信道功率比）值，就要求PA具有很高的饱和功率余量，PA就必须进行较多的功率回退，导致PA的效率严重降低。这样看来，保障EVM和提升PA效率貌似是一对矛盾的指标诉求。
中兴通讯的软件工程师通过CRF、DPD软件算法的持续优化，有效解决了EVM、ACPR和PA效率的矛盾。
● 对无线发射信号的EVM进行适度的削峰处理，降低输出信号的峰均比，减少PA输出的回退量，保证PA有一个较高的效率。我们通过独有的CFR算法，降低了信号的最大峰均比，同时最大限度减少了发射信号的EVM恶化量，确保了RRU整机发射信号的完整性。
● DPD通过对发射信号进行预失真处理，调整输入信号的幅度、频谱分量、相位特性等参数，使得输入的预失真信号经过PA的非线性电路时，会产生非线性叠加矫正，最终输出的信号满足系统的ACPR指标要求。中兴通讯DPD技术对RRU的ACPR改善最高可达30dB以上，处于业界第一阵列。
中兴通讯不断追求最完美的功放设计和算法性能的提升，目前在研究新一代PA效率提升技术，包括包络跟踪（ET）技术和恒包络放大技术（Outphasing）。



TRX关键技术
TRX为RRU的核心单板，主要完成与BBU的数据交互、与下一级RRU之间的数据交互、无线信号的发射/接收、RRU内部各关键模块的监控管理。TRX功耗占了RRU整机热耗的15%以上。
TRX硬件核心技术包括：
● 数字电路的高集成、多功能，低功耗；
● 射频电路的多通道集成、收发电路的高线性、低噪声、大动态设计；低功耗。
TRX软件核心技术包括：
● 动态功控：动态载波配置，实时根据业务调整RRU整机的最佳功率配置，减少低业务下整机的功耗；
● 高性能的DPD能力；更高的载波处理带宽；支持多模式多载波的削峰能力，特别是支持G/U/L/NB/NR多制式、多载波混合配置；具备处理更多载频的接收、发射通道的能力。
● PIMC功能：在RRU设备出现由于无源互调产生的干扰信号时，能够通过PIMC功能，将落在接收频点的干扰自动滤除。

滤波器关键技术：发射通道低插损高抑制
滤波器的发射通道插损越大，则通过的发射功率损耗越大，发射通道的插损增加0.1dB，折合PA的效率损失1个百分点。由滤波器的插损产生的热耗占整机热耗的10%左右。
为了保障滤波器发射通道的插损在满足带外抑制指标不变的情况下减小，通常采用TE模介质谐振器，来替换TEM模金属谐振器。介质谐振器的Q值非常大，通常可以做到10000以上，相比金属谐振器的4000值，高出许多。在设计中，使用较少数量的介质谐振腔，达到同样的抑制要求，从而降低了滤波器的发射通道插损，同时也提升了双工器的功率容量。

电源关键技术：高效率
单板电源特指给RRU整机提供的一次电源，其负责将外部供电，经过防雷、滤波、转换处理后，转换为RRU内部各个单板模块可以使用的基础电源。单板电源种类较少，电流较大，如PA单元的-48V、28V电源，收发信机的5.5V电源等。
使用DC/DC隔离式架构，一次电源的综合效率大约为93%。
采用DC/C非隔离式架构，其综合效率有望达到94.5%以上。
一次电源热耗占RRU整机热耗的约10%，在RRU的精细化设计中，该部分的热耗不能忽视，必须精益求精，尽可能地提升效率。

RRU整机散热关键技术
RRU整机的散热方式有有源散热和自然散热两种方式。
有源散热，在RRU上主要是指风冷散热方式，采用风机或其他设备，驱动RRU表面的空气快速流动，将RRU散热齿面上积累的热量快速带走，从而降低RRU内部温升。采用该方式，可以极大减少RRU的散热齿面积，从而缩减体积，减少重量。中兴通讯根据客户需求，采用了低噪声有源散热方案，可以提供110W/L以上的散热能力，极大地降低了RRU整机的体积。
自然散热是指RRU根据热空气上升的自然规律，依靠自身产生的热动力结合外部环境，完成热量的发散，降低内部温升。依靠自然散热，要求RRU必须有足够的散热面积保障。中兴通讯在自然散热方面，进行了长期的积累，其自然散热RRU的最大能力达到52W/L，处于业界领先地位。
中兴通讯RRU产品覆盖从单频到多频，从窄带宽到大带宽，从2端口的2T2R到更多端口的Massive MIMO产品，在FDD和TDD领域形成了一个完整产品系列。高效率、低功耗技术的应用，使得在同等功率输出下，RRU整机的体积小、重量轻。新技术的应用，使得RRU在同等的体积下，具备更高的功率输出，为客户提供更多的载波和覆盖，极大地提升了客户的网络质量。

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