5G宏網(wǎng)天線覆蓋與現(xiàn)網(wǎng)兼容性分析

韓璐

【摘要】在通信技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，5G技術(shù)已? 前時(shí)代發(fā)展的重要方向。本文是依據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)用需求和天線特征來(lái)做出對(duì)基站天線技術(shù)和現(xiàn)網(wǎng)兼容性的分析，旨在為今后的為5G商用升級(jí)提供了一定的實(shí)現(xiàn)方案。

【關(guān)鍵詞】5G天線;宏網(wǎng)覆蓋;現(xiàn)網(wǎng)兼容性

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.10..005

根據(jù)相關(guān)咨詢報(bào)告數(shù)據(jù)可以看出，我國(guó)目前移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的主流依舊是4G用戶，5G技術(shù)更多的是應(yīng)用在高容量和大連接的場(chǎng)景當(dāng)中，并不是所有場(chǎng)景的都需要使用到5G技術(shù)，4G網(wǎng)絡(luò)完全可以滿足用戶需求。由此可見(jiàn)，即便是當(dāng)前的5G時(shí)代，4G網(wǎng)絡(luò)依舊是基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，4G/5G將長(zhǎng)期處于協(xié)同發(fā)展的局面。

1. 大規(guī)模多天線技術(shù)的現(xiàn)狀

在無(wú)線通信技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和各種接入需求都在呈現(xiàn)出一種爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。從2020年開(kāi)始，各種通信業(yè)務(wù)的數(shù)量都已經(jīng)比先前增加1000倍以上，將其作為依據(jù)就需要進(jìn)一步的做好對(duì)寬帶無(wú)線接入網(wǎng)的能力的提升，從而更好地適應(yīng)未來(lái)用戶業(yè)務(wù)的需求。針對(duì)當(dāng)前的寬帶無(wú)線接入需求來(lái)說(shuō)，歐盟、中國(guó)、日本和美國(guó)等地區(qū)都開(kāi)始了第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究。不管是從2G到3G，還是從4G到5G，每一代的系統(tǒng)更新都是將新技術(shù)作為主要的基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行發(fā)展，這些都是為了更好的解決當(dāng)時(shí)的需求。在當(dāng)前的5G時(shí)代中，小區(qū)數(shù)量已經(jīng)變得越來(lái)越多，并且也愈加的密集起來(lái)，這種現(xiàn)象會(huì)給容量、耗能和業(yè)務(wù)的需求產(chǎn)生非常高的要求。想要對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量進(jìn)行提升，需要從幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行出發(fā)：一是要注意點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的傳輸速率;二是要實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的擴(kuò)展;三是要高密度部署異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)階段的數(shù)據(jù)流量正在高速的發(fā)展，使得用戶對(duì)于帶寬的需求變得更高，現(xiàn)有的4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的多天線技術(shù)（8端口MU-MIMO、CoMP）已經(jīng)很難滿足相關(guān)的需求。從近期的研究可以看出，通過(guò)在基站端采用超大規(guī)模天線陣列（比如數(shù)百個(gè)天線或更多）可以帶來(lái)更多的性能方面優(yōu)勢(shì)，這種天線陣列的MU-MIMO也被稱為大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)更高容量場(chǎng)景的天線覆蓋。

2. 5G時(shí)代的高容量場(chǎng)景天線覆蓋

2.1 5GMassiveMIMO天線關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)線通信系統(tǒng)中所采用的MIMO技術(shù)是從空間的角度來(lái)進(jìn)行信道的分隔，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性的提升。對(duì)于MassiveMIMO天線技術(shù)來(lái)說(shuō)，它屬于MIMO技術(shù)的再擴(kuò)展，通過(guò)在基站側(cè)添加更多的天線陣列，讓其可以形成一個(gè)多發(fā)多收的是系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)5G天線系統(tǒng)的更大的定向力，讓5G網(wǎng)絡(luò)可以很好地滿足超高的數(shù)據(jù)流量場(chǎng)景，并且做到對(duì)大規(guī)模連接可靠性的有效提升。MassiveMIMO技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中MU-MIMO技術(shù)和3D-MIMO技術(shù)（如圖1所示）就可以看作是其最為關(guān)鍵性的內(nèi)容。對(duì)于MU-MIMO來(lái)說(shuō)，它所指就是一種多用戶MIMO，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶，在不增加基站密度的情況下，就可以實(shí)現(xiàn)同一時(shí)頻資源的通信工作，對(duì)提升頻譜效率也具有重要意義;3D-MIMO技術(shù)是將多陣列波束賦形做為主要的基礎(chǔ)，通過(guò)利用這種類(lèi)型的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種指向窄波束的賦形工作，讓三維立體的覆蓋能力可以得到進(jìn)一步的提升。除此之外還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)內(nèi)不同終端的靈活性跟蹤，并且還要具有非常強(qiáng)的抗干擾的能力。對(duì)于天線集中配置的Massive MIMO來(lái)說(shuō)，它所主要應(yīng)用的場(chǎng)景有城區(qū)覆蓋、無(wú)線回傳、郊區(qū)覆蓋以及局部熱點(diǎn)。對(duì)于其中的城區(qū)覆蓋來(lái)說(shuō)，可以分為宏覆蓋和微覆蓋兩種類(lèi)型;而無(wú)線回傳所解決的主要就是基站之間存在的數(shù)據(jù)傳輸方面問(wèn)題;郊區(qū)覆蓋將重點(diǎn)放在了偏遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)線傳輸問(wèn)題;局部熱點(diǎn)所關(guān)注的就是大型賽事、演唱會(huì)、商場(chǎng)、露天集會(huì)、交通樞紐等用戶密度高的區(qū)域。

2.2 不同覆蓋場(chǎng)景下天線選型

5G所覆蓋的場(chǎng)景可以分為廣域覆蓋和連續(xù)覆蓋，深度覆蓋和容量覆蓋，5G時(shí)代分場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)配置方案可以如圖2所示。

3. 廣域覆蓋和連續(xù)覆蓋場(chǎng)景

廣域覆蓋和連續(xù)覆蓋都是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，尤其需要依據(jù)區(qū)域的不同來(lái)做出不同的配置。對(duì)城區(qū)和發(fā)達(dá)地區(qū)的城郊作一定觀察可以看出，人流密度是比較大的，各種日常數(shù)據(jù)的流量開(kāi)銷(xiāo)是比較大的，但是整體的負(fù)荷量不大，在對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行覆蓋的時(shí)候，不需要采用垂直方向的數(shù)字掃描就可以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求，只需要對(duì)常規(guī)的波束做好調(diào)整處理。此外還要注意到兼顧容量覆蓋，并且要綜合考慮到性價(jià)比的問(wèn)題，一般是選擇16TR天線;對(duì)于農(nóng)村等區(qū)域來(lái)說(shuō)，常住人口數(shù)量較少，對(duì)于數(shù)據(jù)流量也不會(huì)具有較高的要求，因此只需要滿足基本需求即可，通常是直接的選用8TR天線。

3.1 深度覆蓋場(chǎng)景

深度覆蓋所結(jié)局的內(nèi)容就是室內(nèi)和室外場(chǎng)景除出現(xiàn)的弱覆蓋和覆蓋盲區(qū)的問(wèn)題。為了更好的實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋的工作，需要重視單獨(dú)補(bǔ)盲。就目前來(lái)說(shuō)的深度覆蓋場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，室外覆蓋室內(nèi)的方案屬于一種常見(jiàn)的方案類(lèi)型，并且對(duì)天線增益和波束寬度有著較高的要求，大都是采用特定的波束天線（小于16TR）來(lái)做好覆蓋，可以很好的應(yīng)對(duì)城區(qū)深度覆蓋不足的問(wèn)題，避免出現(xiàn)其他問(wèn)題。

3.2 容量覆蓋場(chǎng)景

容量覆蓋場(chǎng)景所發(fā)揮的主要目的就是對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋容量進(jìn)行提升，通過(guò)這樣的方式來(lái)更好的滿足用戶的需求，主要集中在數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)速率兩個(gè)方面的內(nèi)容，并且要將其重點(diǎn)設(shè)置在中心商用街區(qū)和人流密集的廣場(chǎng)和交通樞紐等等場(chǎng)景。具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)采用MU-MIMO技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的提升，選用64TR/32TR天線來(lái)滿足多用戶同時(shí)通信的需求。

3.3 其它場(chǎng)景

對(duì)于環(huán)境和諧度要求比較高或者是業(yè)主電磁敏感無(wú)法安裝常規(guī)天線的場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，可以選擇使用小型化的5GT天線來(lái)進(jìn)行覆蓋;對(duì)于城區(qū)天面資源有限的地區(qū)來(lái)說(shuō)，可以使用4G/5G多系統(tǒng)共用天線的覆蓋方案來(lái)做出解決。

4. 5G時(shí)代基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)天線

5G時(shí)代的多系統(tǒng)共天線的應(yīng)用需求對(duì)于天線設(shè)計(jì)也已經(jīng)提出了新的挑戰(zhàn)，各種新的控制技術(shù)都在成為5G時(shí)代高性價(jià)比天線的技術(shù)基礎(chǔ)。

4.1 一體化融合組陣及多維度復(fù)用技術(shù)

在天線產(chǎn)品中通過(guò)融合和應(yīng)用多維度的復(fù)用技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)減少共用天線的天線產(chǎn)品體積的優(yōu)勢(shì)，可以讓5G網(wǎng)絡(luò)天線朝著更加小型化方向進(jìn)行發(fā)展，在增強(qiáng)集成化方面也具有非常重要的作用。除此之外也可以在一定程度上緩解資源緊張、天線視覺(jué)沖擊大的問(wèn)題。

4.2 一體化移相器及超薄饋網(wǎng)技術(shù)

這種技術(shù)是將移相器、功分器、濾波器的功能都集成在一個(gè)單一的腔體當(dāng)中，讓內(nèi)導(dǎo)體以外的金屬組件都可以集成為單一的簡(jiǎn)述題，然后利用異構(gòu)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位的改變，讓部件的厚度可以得到顯著的提升。這種技術(shù)同樣是促進(jìn)了天線小型化和集成化的發(fā)展，讓天線技術(shù)指標(biāo)由此得到了很大的提升。

4.3 電機(jī)復(fù)用及嵌入式控制技術(shù)

多頻段天線中的電機(jī)數(shù)量正在增多，這樣不僅會(huì)占用更多的天線內(nèi)部空間，影響到天線小型化發(fā)展，也會(huì)給成本和可靠性帶來(lái)一定的影響。將電機(jī)復(fù)用及嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)天線當(dāng)中，僅使用一個(gè)電機(jī)就可以完成多個(gè)天線波束指向調(diào)整的嵌入式控制技術(shù)，對(duì)天線小型化的發(fā)展和集成化發(fā)展都具有重要的作用。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，對(duì)于5G天線來(lái)說(shuō)，未來(lái)大部分城市的天線覆蓋，郊區(qū)和農(nóng)村以及密集城區(qū)超高容量場(chǎng)景的天線配置都會(huì)有針對(duì)性的解決方案來(lái)加以應(yīng)對(duì)。對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)兼容的天線來(lái)說(shuō)，高性價(jià)比天線就是未來(lái)要追求的主要趨勢(shì)。

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