優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的天線設(shè)計(jì)

陳忠平

貴州省廣電網(wǎng)絡(luò)股份有限公司貴陽市觀山湖區(qū)分公司 貴州貴陽 550000

1 5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)是促進(jìn)新興經(jīng)濟(jì)增長的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有良好的市場效益，在2014-2018年間，中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域市場需求與投資預(yù)測中的數(shù)據(jù)表明：安全，交通，電力，物流等行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模分別達(dá)到600億元，300億元，280億元和150億元，在2018年，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2600多億元，成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。從實(shí)際上來看，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)由感知層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它整合了Iliary的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然后完成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和傳輸，成為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的新突破。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打破人與人之間的溝通瓶頸，具有非常廣泛的應(yīng)用開發(fā)前景[1]。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)之間融合的必要性

只有完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在一些方面和5G移動(dòng)終端技術(shù)相互支持，才能滿足人們和事物之間的需求。物聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)的連接更加需要注意安全性，為了滿足移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的需求，對(duì)于安全性和隱私性要求較高。特別是，某些行業(yè)機(jī)制需要高安全性和隱私要求，原因是因?yàn)槲镔|(zhì)之間的鏈接不會(huì)違反安全目標(biāo)。在QOS保護(hù)機(jī)制的保護(hù)下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性將會(huì)取得更大的進(jìn)展，并且隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，5G通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，成為不可分割的整體。目前互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，給人們帶來了許多便利，用戶不再需要構(gòu)建小型局域網(wǎng)，可以輕松的通訊聯(lián)系，更成熟的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)促進(jìn)了服務(wù)和營銷模式快速發(fā)展，大幅度降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，所以說5G網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)之間的融合是非常有必要的。

2 優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)的天線設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)措施

天線作為5G網(wǎng)絡(luò)收發(fā)連接載體，可承接多個(gè)連接方式，包括WIFI、藍(lán)牙、北斗衛(wèi)星、GPS、FM等等；多種系統(tǒng)接入不同物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，對(duì)天線產(chǎn)品性能、指標(biāo)、設(shè)計(jì)提出更高要求；天線功能十分龐大；傳統(tǒng)上，為了提高無線電信號(hào)的傳輸質(zhì)量，MIMO技術(shù)是一個(gè)很好的選擇，MIMO技術(shù)是通過多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收無線電信號(hào)，然后向數(shù)十個(gè)目標(biāo)發(fā)送和接收無線信號(hào)，以便充分利用空間資源，增加有效頻段資源網(wǎng)絡(luò)容量，天線技術(shù)天線可以同時(shí)處理同一信號(hào)，這種應(yīng)用模式雖然對(duì)空間傳輸容量和頻譜利用率沒什么貢獻(xiàn)，但卻可以極大地提高無線傳輸?shù)目煽啃?。天線設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)形態(tài)有空間分集、空間復(fù)用與波束賦形三種不同的形式，為了迎合5G系統(tǒng)的頻譜，毫米波技術(shù)被廣泛應(yīng)用，由于該技術(shù)可以提高設(shè)備的集成化，為大規(guī)模MIMO天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)3種應(yīng)用模式提供了技術(shù)保證。大規(guī)模MIMO天線的數(shù)量很大，信道往往是正交的，系統(tǒng)性能也就更加穩(wěn)定[2]。

2.2 5G天線點(diǎn)陣技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)密集分布基站網(wǎng)絡(luò)，基站分布密度比前幾代移動(dòng)系統(tǒng)都高。其中，基站移動(dòng)終端之間采用28Ghz的毫米波頻段通訊。基站天線系統(tǒng)采用相控陣天線體制。波束在垂直和水平兩個(gè)方向交叉極化，以實(shí)現(xiàn)更高的用戶密度和增加系統(tǒng)用戶容量。5G終端具備自選基站能力，可以根據(jù)基站誤碼率挑選誤碼率低的基站和信道通訊。實(shí)現(xiàn)以上這些功能，依賴陣列天線技術(shù)，基站和終端都用到了毫米波相控陣天線。終端中天線陣列為nXn點(diǎn)陣。對(duì)應(yīng)垂直和水平兩個(gè)極化方向的信號(hào)收發(fā)。

2.3 5G天線的芯片模組

天線點(diǎn)陣，不可能用多根屏蔽線引出信號(hào)到射頻芯片了，需要引出天線與點(diǎn)陣天線做成一體，用一個(gè)芯片管理四個(gè)點(diǎn)陣，這也為天線設(shè)計(jì)增加了難度。天線模組輸出不是射頻信號(hào)，可以用接插件引出端子到饋電網(wǎng)絡(luò)、高頻振子上，通過振子接收和發(fā)射。

2.4 5G天線材料

5G天線陣列結(jié)構(gòu)、芯片組控制管理、天線模組等，再加上固有的饋電網(wǎng)絡(luò)、振子結(jié)構(gòu)，給材料帶來很大挑戰(zhàn)。如果把電路全部印制在印制板上，則造價(jià)非常高。采用改性PP材質(zhì)支架+激光點(diǎn)焊芯片工藝，是一種低成本材料體系,利用PP材質(zhì)低損耗，用激光點(diǎn)焊回避了其不耐高溫焊接缺陷。激光點(diǎn)焊（配合特殊焊接錫膏），是一種在低溫基材上焊接電子元件技術(shù)。5G基站天線都可以采用此種工藝大幅度降低材料成本。5G基站更密集，需要更多天線，采用先進(jìn)材料和制造工藝降低成本非常重要[3]。

3 5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化發(fā)展展望

5G網(wǎng)絡(luò)有著較高的頻譜利用率，傳輸速度和資源利用率，是4G網(wǎng)絡(luò)的全方位提升，5G網(wǎng)絡(luò)除了在無線覆蓋性能，傳輸延遲，系統(tǒng)安全性和用戶體驗(yàn)方面做了重大改進(jìn)之外，各個(gè)國家和通信巨頭還開發(fā)了PPP和METIS，它們在訪問速度，內(nèi)容質(zhì)量以及語音，容量，數(shù)據(jù)等功能的整合方面全方位優(yōu)于4G，可以滿足視頻，語音，即時(shí)消息，在線游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)等多種多媒體元素的互動(dòng)需求。歐盟委員會(huì)副主席NellieCreus表示“5G網(wǎng)絡(luò)提供新技術(shù)，建立人與人之間的連接，以及人與社會(huì)之間的連接。不管你在哪里，這些服務(wù)都可以很快實(shí)現(xiàn)。第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了更加靈活，更加友好的現(xiàn)象，5G網(wǎng)絡(luò)除了支持巨大的數(shù)據(jù)流量之外，還可以使用非常低的成本來實(shí)現(xiàn)，成為解決帶寬不足問題的重要新技術(shù)。與此同時(shí)，5G技術(shù)的發(fā)展帶來了無線通信能力的穩(wěn)步發(fā)展，并正在向越來越依賴于短距離本地通信的新形式邁進(jìn)。

4 結(jié)語

目前，我國的電信運(yùn)營商以及相關(guān)科研人員正在不斷發(fā)展和完善5G通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，目的是希望利用第5代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)功能來優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的有效配置。因此，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)之間的融合有望得到發(fā)展，為提高人民的生活水平打下良好的基礎(chǔ)。