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深度拆解CPE:探究5G時代下的FWA技術

2024.03.08

什么是FWA?

FWA(Fixed Wireless Access),固定無線接入,是一個固網通信和無線通信相結合的技術,專門為用戶提供寬帶接入服務。


FWA通過移動通信基站提供無線信號覆蓋,然后通過安裝在用戶住所、商業場所或者工廠等位置的CPE(Customer Premises Equipment),來進行通信,并提供Wi-Fi或有線以太網的接入。


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FWA通信架構 


FWA是一種典型的“最后一公里”技術。它和FTTx(Fiber To The x)技術的作用一致,只不過一個是無線,一個是有線。


5G如何重塑FWA?

在3G/4G時代,由于連接速率和容量的限制,FWA的用戶體驗并不好,因此也限制了FWA的發展。


如今當5G的網絡帶寬是4G的10倍-100倍時,意味著FWA的服務能力和用戶體驗都將得到極大提升。


5G通過有源天線系統(AAU)和大規模天線陣列(MIMO)技術,能夠更好地實現波束賦形(beamforming),補償路徑損耗,增強蜂窩網絡的覆蓋效果。同時通過上下行解耦技術(增強上行)能夠滿足用戶上行的帶寬需求。


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5G(IMT-2020) vs  4G(IMT-Adv)


目前大部分5G網絡仍采用Sub-6 GHz頻段,如果采用毫米波頻段(mmWave)的話,網絡帶寬、容量、時延性能將進一步提升,FWA將提供接近光纖的網絡能力。


5G的三大應用場景:增強移動寬帶(eMBB)、高可靠低時延通信(uRLLC)、海量物聯網通信(mMTC)。


FWA當前能夠迅速發展,很大原因是因為它能夠很大程度利用移動寬帶的資產。FWA可用于連接新興市場和較發達市場農村地區未聯網的家庭和企業。此外,FWA在許多情況下可以替代有線寬帶。FWA更低的成本和更快的速度,讓終端用戶在入網時,多了一種選擇。


除了家庭用戶之外,FWA也正在進入在工廠、園區、礦山、港口等場景,通過CPE為特定區域的物聯網設備提供高速率、低延時的網絡服務,這樣區域內的物聯網設備只需要通過Wi-Fi即可入網,在降低設備入網成本的同時,也大大提高了運維效率。


拆解 TP-Link 首款 5G CPE

CPE的核心功能是把蜂窩信號轉換成Wi-Fi信號,并提供額外的以太網接口,供設備接入聯網。CPE產品的結構框圖如下:

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CPE產品框圖  圖源:Murata


CPE的產品框圖和手機的框圖差不多,但是在Wi-Fi和5G射頻部分,通信能力都更強了,能夠接入更多設備,帶寬也更高。


TP-Link的Deco X80-5G無線路由器產品,搭載了高通Networking Pro 1200和Snapdragon X55平臺,同時支持5G移動網絡和2.5Gbps光纖寬帶連接,能夠提供AX6000雙頻Wi-Fi網絡,并支持所有Sub-6GHz頻段。


CPE內部的天線陣列由16支PCB天線組成,8組負責Wi-Fi收發,8組則負責5G網絡收發。


天線陣列

圖源:HKEPC


主板分為Wi-Fi主板和5G收發板,兩塊PCB之間通過BTB接口進行連接,兩塊PCB上各有一塊鋁金屬散熱片。


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Wi-Fi主板與5G主板

圖源:HKEPC

在5G Modem方面,使用了移遠Quectel RM502Q-EA 5G Sub-6GHz模組,該模組基于Qualcomm Snapdragon X55 (SDX55)平臺開發,支持NSA及SA組網方式,能提供最高5.0Gbps下載速度及900Mbps上傳速度,并且支持DFOTA及VoLTE等額外功能。


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移遠Quectel RM502Q 5G模組

圖源:HKEPC


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移遠Quectel RM502Q 5G模組開蓋圖

基于Snapdragon X55平臺

圖源:HKEPC


在主處理器方面,使用了Qualcomm Networking Pro 1200解決方案,采用Qualcomm IPQ8074A SoC芯片,內部集成4顆ARM Cortex A53處理器,最高頻率為2.2GHz,支持最多12條獨立串流信道及最高6Gbps網絡帶寬。


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移遠Quectel RM502Q 5G模組開蓋圖

基于Snapdragon X55平臺

圖源:HKEPC


在Wi-Fi芯片方面,搭載了兩顆Qualcomm QCN5054和一顆Qualcomm QCN5024 Wi-Fi芯片,前者并聯提供一組支持8x8 MU-MIMO配置的5GHz頻段,后者提供一組4x4 MU-MIMO的2.4GHz頻段,兩組頻段合計12條串流信道,提供6000Mbps無線網絡帶寬。


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Qualcomm QCN5024、QCN5054 Wi-Fi 芯片

圖源:HKEPC


在信號增益方面,5GHz及2.4GHz頻段分別搭載了8顆Qorvo QPF4588和4顆Skyworks SKY85340-11 Wi-Fi前端模組,兩者都整合了信號增益器及低噪音放大器(LNA)等集成式FEM常見設計。


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Qorvo QPF4588 和 Skyworks SKY85340-11

圖源:HKEPC


在有線網絡方面,路由器搭載了Qualcomm QCA8081和Qualcomm AR8033-AL1A Ethernet PHY芯片,分別提供2.5GbE及1GbE接口。


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Qualcomm QCA8081和AR8033-AL1A

圖源:HKEPC


在存儲方面,搭載了兩顆ESMT M15T4G16256A-DEBG2G 2Gb DDR3L DRAM,內存速度為1,866Mbps,提供512MB系統內存。另外搭載了一顆ESMT F59D1G81MB-45TI 1G-bit閃存,提供128MB固件存儲空間。


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ESMT M15T4G16256A-DEBG2G 2Gb DDR3L

ESMT F59D1G81MB-45TI 1G-bit NAND

圖源:HKEPC


FWA市場發展勢頭

根據Leichtman Research Group的最新數據,FWA服務占2022年美國所有寬帶客戶凈增量的90%。T-Mobile和Verizon的FWA產品服務在2022年共獲得了317萬用戶,遠高于2021年記錄的73萬凈增客戶數量。


愛立信估測,就采用率而言,FWA目前是僅次于移動寬帶的最大5G應用。2022年,全球FWA服務提供商收入約為270億美元左右,預計到2028年將達到670億美元,年復合增長率為16%。


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FWA連接數統計和預測 圖源:愛立信


GSMA的統計顯示,截至2022年第三季度,已有84家運營商在44個市場推出了5G FWA,另有18家運營商宣布了在不久的將來推出5G FWA的計劃。在多個市場如奧地利、澳大利亞、英國、德國和意大利,到2025年5G FWA家庭普及率將達到10%或更高。


文章引用來源:5G + 2.5Gbps 寬頻通殺!! TP-Link Deco X80-5G 拆機實測

文: Angus Wong / 評測中心

市場規模500億,FWA為什么會突然爆發?-鮮棗課堂


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