在我們這個日益互聯的世界中，5G已是常態，6G也已近在眼前；固定無線接入（FWA）已成為緩解頻譜擁塞的關鍵技術。通過利用高頻毫米波頻段，FWA能夠提供高速、低延遲的寬帶連接；這對于通過無線連接向家庭提供互聯網服務至關重要。實現這一能力的核心在于相控陣天線，它使FWA系統能夠在毫米波頻段傳輸強大、聚焦的信號，有效應對高頻通信中常見的覆蓋范圍有限和信號穿透能力弱等挑戰。
盡管毫米波網絡已經在FWA市場上取得了一定進展，但仍面臨一些阻礙。毫米波FWA技術存在的局限性包括信號覆蓋范圍小，以及對障礙物和環境條件（如雨水、植被）高度敏感，這使得在某些地區部署毫米波FWA頗具挑戰性。這些挑戰有時要求工程師在應用部署中做出權衡，以確保成本效益和效率。
在本文中，我們將探討這些FWA部署挑戰，并提供一些創新解決方案；以及如何利用相同的有源電子掃描陣列（AESA）天線系統實現客戶終端設備（CPE）的功能。此外，我們還將探討專門針對FWA接入點（AP）和CPE大規模部署的低成本、可擴展設計示例。同時，內容還將包括Qorvo的設計如何提供特定優勢，例如高信號強度和低信號噪聲，以進一步增強現有的FWA基礎設施。
圖1，毫米波射頻（RF）連接應用
FWA技術的盈利能力在很大程度上受其部署區域的住戶密度和地理環境影響。在住戶密度極高的環境中，例如市中心城區，住戶密度超過每平方公里1,600戶，FWA的安裝通常不會成為優先選擇。這是因為包括光纖網絡和其它寬帶解決方案在內的許多無線替代方案已經廣泛普及，使得FWA的競爭力降低。
在住戶密度介于每平方公里400至1,600戶之間的密集城區和城市地區，FWA有機會大展拳腳。這些地區通常采用無線和固定寬帶解決方案相結合的方式。然而，FWA可以通過提供高速、低延遲的連接脫穎而出；特別是在傳統有線寬帶基礎設施有限或部署成本過于高昂的地區。
住戶密度為每平方公里120至400戶的郊區是FWA實現盈利的主要目標區域。在這里，人口密度和基礎設施成本之間的平衡使FWA成為一個極具吸引力的選擇。郊區的部署受益于FWA的可擴展性和成本效益，使服務提供商無需大量物理布線即可提供可靠的互聯網接入。
在住戶密度低于每平方公里120戶的農村和偏遠地區，FWA面臨挑戰。為了覆蓋這些人口稀少的區域，通常需要長距離RF鏈路。雖然FWA可以在這些地區提供連接，但與城市和郊區相比，其盈利能力有限，通常作為補充方案，而非主要的互聯網接入方式。在下表1中，我們總結了FWA使用效果出色的典型區域。
表1，典型的FWA使用區域
毫米波與中頻段C波段頻率的融合，為應對不同環境（如密集城區、市區、郊區和農村地區）中多樣化的覆蓋和容量需求，提供了一種穩健、分層的解決方案。中頻段頻率（即1-6GHz）能夠支持更大的基站站點，實現廣域覆蓋，在人口密度較低的郊區和農村地區尤為有效。另一方面，毫米波頻率在提供高容量、低延遲連接方面表現出色，非常適合密集城區和城區中家庭對更高數據速率的需求。
這種分層策略通過發揮各頻段的優勢，優化了頻譜利用率。中頻段頻率確保蜂窩網絡和用戶端設備的基礎覆蓋；毫米波則通過聚焦于高密度區域或靠近基站的地點，為這些區域帶來補充，從而維持超過1Gbps的服務質量（QoS）水平。如圖2所示，這一策略既支持能夠利用最高調制與編碼方案（MCS）下全部蜂窩容量的高性能家庭用戶，也惠及從中頻段穩健基線覆蓋中受益的低性能家庭用戶（調制與編碼方案/MCS是衡量客戶端設備與無線接入點間Wi-Fi連接參數的指標）。
圖2：毫米波FWA覆蓋范圍與服務質量（QoS）對比
毫米波基站的加入顯著提升了中頻段覆蓋區域內的網絡容量，確保了即使在流量高峰期也能維持最低的QoS要求。如圖2所示，毫米波與中頻段頻率的分層部署，使得覆蓋范圍內的家庭用戶能夠享受到千兆級速度，同時所有用戶均能保持可靠的QoS。這一策略構建了一個平衡且高效的網絡基礎設施，既提供了高性能，又保證了可靠性，滿足了不同覆蓋區域內用戶的多樣化需求。
近年來，波束成形集成電路（BFIC）的技術進步顯著加速了FWA在家庭中的部署，滿足了日益增長的高速連接需求。然而，與中頻段和sub-6GHz的系統相比，毫米波無線電面臨著獨特的挑戰。毫米波頻率傳輸的信號在距離上的衰減速度遠快于sub-6GHz或中頻段信號。此外，由于半導體固有的物理特性，在毫米波頻率下實現高功率放大器輸出功率、良好的功率附加效率（PAE）、低噪聲系數、高接收器靈敏度線性度，以及低直流功耗等關鍵性能指標，難度更大。與經過數十年優化、適用于商業無線應用且成熟且成本效益高的sub-6GHz生態系統不同，毫米波技術面臨著更高的成本和復雜性，這使得無線提供商和通信服務提供商（CSP）在廣泛部署方面面對更大挑戰。不過，對此已有解決方案。
為克服這些挑戰，毫米波系統采用了相控陣天線；這種天線利用多個振子來引導或收集能量，如圖3所示。通過調整每個天線振子上信號的幅度和相位，相控陣能夠將能量指向所需方向，同時最小化在非所需方向上的能量損失。盡管相控陣天線已在政府市場中使用了五十多年，但這些系統往往依賴于高成本技術。然而，如今的商用陣列天線已消除了這些高成本障礙。要實現毫米波通信生態系統的商業化，關鍵在于降低資本支出（CAPEX）和運營支出（OPEX），同時確保可擴展性并提供高質量服務。BFIC和天線陣列設計方面的新技術進展，已解決了這些成本及部署層面的挑戰。
圖3，AESA天線圖案
我們還將在后續的文章中繼續探討新型波束成形IC如何應對FWA部署中的挑戰，以及Qorvo解決方案的設計優勢，如何簡化運營商的部署流程，使其能夠在毫米波通信生態系統的多個節點上采用統一的解決方案。
