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深度拆解CPE:探究5G时代下的FWA技术

2024.03.08

什么是FWA?

FWA(Fixed Wireless Access),固定无线接入,是一个固网通信和无线通信相结合的技术,专门为用户提供宽带接入服务。


FWA通过移动通信基站提供无线信号覆盖,然后通过安装在用户住所、商业场所或者工厂等位置的CPE(Customer Premises Equipment),来进行通信,并提供Wi-Fi或有线以太网的接入。


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FWA通信架构 


FWA是一种典型的“最后一公里”技术。它和FTTx(Fiber To The x)技术的作用一致,只不过一个是无线,一个是有线。


5G如何重塑FWA?

在3G/4G时代,由于连接速率和容量的限制,FWA的用户体验并不好,因此也限制了FWA的发展。


如今当5G的网络带宽是4G的10倍-100倍时,意味着FWA的服务能力和用户体验都将得到极大提升。


5G通过有源天线系统(AAU)和大规模天线阵列(MIMO)技术,能够更好地实现波束赋形(beamforming),补偿路径损耗,增强蜂窝网络的覆盖效果。同时通过上下行解耦技术(增强上行)能够满足用户上行的带宽需求。


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5G(IMT-2020) vs  4G(IMT-Adv)


目前大部分5G网络仍采用Sub-6 GHz频段,如果采用毫米波频段(mmWave)的话,网络带宽、容量、时延性能将进一步提升,FWA将提供接近光纤的网络能力。


5G的三大应用场景:增强移动宽带(eMBB)、高可靠低时延通信(uRLLC)、海量物联网通信(mMTC)。


FWA当前能够迅速发展,很大原因是因为它能够很大程度利用移动宽带的资产。FWA可用于连接新兴市场和较发达市场农村地区未联网的家庭和企业。此外,FWA在许多情况下可以替代有线宽带。FWA更低的成本和更快的速度,让终端用户在入网时,多了一种选择。


除了家庭用户之外,FWA也正在进入在工厂、园区、矿山、港口等场景,通过CPE为特定区域的物联网设备提供高速率、低延时的网络服务,这样区域内的物联网设备只需要通过Wi-Fi即可入网,在降低设备入网成本的同时,也大大提高了运维效率。


拆解 TP-Link 首款 5G CPE

CPE的核心功能是把蜂窝信号转换成Wi-Fi信号,并提供额外的以太网接口,供设备接入联网。CPE产品的结构框图如下:

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CPE产品框图  图源:Murata


CPE的产品框图和手机的框图差不多,但是在Wi-Fi和5G射频部分,通信能力都更强了,能够接入更多设备,带宽也更高。


TP-Link的Deco X80-5G无线路由器产品,搭载了高通Networking Pro 1200和Snapdragon X55平台,同时支持5G移动网络和2.5Gbps光纤宽带连接,能够提供AX6000双频Wi-Fi网络,并支持所有Sub-6GHz频段。


CPE内部的天线阵列由16支PCB天线组成,8组负责Wi-Fi收发,8组则负责5G网络收发。


天线阵列

图源:HKEPC


主板分为Wi-Fi主板和5G收发板,两块PCB之间通过BTB接口进行连接,两块PCB上各有一块铝金属散热片。


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Wi-Fi主板与5G主板

图源:HKEPC

在5G Modem方面,使用了移远Quectel RM502Q-EA 5G Sub-6GHz模组,该模组基于Qualcomm Snapdragon X55 (SDX55)平台开发,支持NSA及SA组网方式,能提供最高5.0Gbps下载速度及900Mbps上传速度,并且支持DFOTA及VoLTE等额外功能。


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移远Quectel RM502Q 5G模组

图源:HKEPC


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移远Quectel RM502Q 5G模组开盖图

基于Snapdragon X55平台

图源:HKEPC


在主处理器方面,使用了Qualcomm Networking Pro 1200解决方案,采用Qualcomm IPQ8074A SoC芯片,内部集成4颗ARM Cortex A53处理器,最高频率为2.2GHz,支持最多12条独立串流信道及最高6Gbps网络带宽。


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移远Quectel RM502Q 5G模组开盖图

基于Snapdragon X55平台

图源:HKEPC


在Wi-Fi芯片方面,搭载了两颗Qualcomm QCN5054和一颗Qualcomm QCN5024 Wi-Fi芯片,前者并联提供一组支持8x8 MU-MIMO配置的5GHz频段,后者提供一组4x4 MU-MIMO的2.4GHz频段,两组频段合计12条串流信道,提供6000Mbps无线网络带宽。


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Qualcomm QCN5024、QCN5054 Wi-Fi 芯片

图源:HKEPC


在信号增益方面,5GHz及2.4GHz频段分别搭载了8颗Qorvo QPF4588和4颗Skyworks SKY85340-11 Wi-Fi前端模组,两者都整合了信号增益器及低噪音放大器(LNA)等集成式FEM常见设计。


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Qorvo QPF4588 和 Skyworks SKY85340-11

图源:HKEPC


在有线网络方面,路由器搭载了Qualcomm QCA8081和Qualcomm AR8033-AL1A Ethernet PHY芯片,分别提供2.5GbE及1GbE接口。


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Qualcomm QCA8081和AR8033-AL1A

图源:HKEPC


在存储方面,搭载了两颗ESMT M15T4G16256A-DEBG2G 2Gb DDR3L DRAM,内存速度为1,866Mbps,提供512MB系统内存。另外搭载了一颗ESMT F59D1G81MB-45TI 1G-bit闪存,提供128MB固件存储空间。


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ESMT M15T4G16256A-DEBG2G 2Gb DDR3L

ESMT F59D1G81MB-45TI 1G-bit NAND

图源:HKEPC


FWA市场发展势头

根据Leichtman Research Group的最新数据,FWA服务占2022年美国所有宽带客户净增量的90%。T-Mobile和Verizon的FWA产品服务在2022年共获得了317万用户,远高于2021年记录的73万净增客户数量。


爱立信估测,就采用率而言,FWA目前是仅次于移动宽带的最大5G应用。2022年,全球FWA服务提供商收入约为270亿美元左右,预计到2028年将达到670亿美元,年复合增长率为16%。


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FWA连接数统计和预测 图源:爱立信


GSMA的统计显示,截至2022年第三季度,已有84家运营商在44个市场推出了5G FWA,另有18家运营商宣布了在不久的将来推出5G FWA的计划。在多个市场如奥地利、澳大利亚、英国、德国和意大利,到2025年5G FWA家庭普及率将达到10%或更高。


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

文: Angus Wong / 評測中心

市场规模500亿,FWA为什么会突然爆发?-鲜枣课堂


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