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5G天線關(guān)鍵技術(shù)解析

發(fā)表時(shí)間：2021-12-23
說(shuō)到天線，大家一定不會(huì)陌生。在無(wú)線技術(shù)非常普及的現(xiàn)代社會(huì)，天線在我們生活中隨處可見(jiàn)。其中最常見(jiàn)的，當(dāng)然是我們移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所使用的基站天線。基站天線對(duì)我們的生活至關(guān)重要。如果沒(méi)有它，我們的手機(jī)就沒(méi)有信號(hào)，我們也就無(wú)法愉快地網(wǎng)購(gòu)、追劇和吃雞。如果大家細(xì)心觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同設(shè)備的天線，有著不同的外形和尺寸。沒(méi)錯(cuò)！從理論上來(lái)說(shuō)，天線的理想長(zhǎng)度通常是電磁波波長(zhǎng)的 1/4。
所以，我們會(huì)看到，模擬電視拉桿天線長(zhǎng)度一般是 0.175~0.5 米、FM 收音機(jī)的天線長(zhǎng)度是 0.675~0.85 米。
 
而我們的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，工作頻率主要在 700M~3500MHz 之間，所以天線的尺寸要小得多。
 
小得都已經(jīng)看不見(jiàn)了（藏到了手機(jī)里），但是，無(wú)線信號(hào)的工作頻率更高、波長(zhǎng)更短，導(dǎo)致了一個(gè)不好的結(jié)果——它的抗干擾能力和繞射能力明顯減弱了。尤其在城市復(fù)雜環(huán)境下，信號(hào)質(zhì)量更容易受影響。因此，工程師們需要不斷研發(fā)新技術(shù)，用于提升移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量和覆蓋。
 
天線，作為移動(dòng)通信的關(guān)鍵一環(huán)，自然而然成為工程師們大開腦洞的首要對(duì)象。接下來(lái)，我們就來(lái)看看，咱們的基站天線到底玩了哪些神操作。
 
在移動(dòng)通信最早期的 1G 時(shí)代，基站所使用的幾乎都是全向天線。當(dāng)時(shí)的用戶數(shù)量很少，傳輸?shù)乃俾室脖容^低。
 
到了 2G 時(shí)代，天線逐漸演變成了定向天線，比如天線覆蓋角度為 120°，一個(gè)小區(qū)會(huì)有三個(gè)扇區(qū)，演變?yōu)榉涓C通信。
 
3G 時(shí)代，智能天線誕生，單一地天線發(fā)展成多天線，也就是我們常說(shuō)的 MIMO多天線技術(shù)。
 
MIMO 增加了天線個(gè)數(shù)，也就增加了信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ罃?shù)量。
那么，該怎樣利用多出來(lái)的通道數(shù)量呢？
最開始的時(shí)候，工程師們想到的是把它用于增強(qiáng)覆蓋。
他們基于 MIMO，提出了一種新的傳輸模式，叫做“傳輸分集”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是“把相同的內(nèi)容通過(guò)不同的天線發(fā)送出去”。
 
“傳輸分集”：分散發(fā)射、集中處理
這種模式，可以緩解信道質(zhì)量不穩(wěn)定帶來(lái)的性能下降，從而增強(qiáng)覆蓋。
后來(lái)，MIMO 又發(fā)展出另一種模式，叫做“空間復(fù)用”。
空間復(fù)用是將要傳送的數(shù)據(jù)分成幾個(gè)數(shù)據(jù)流，然后在不同的天線上進(jìn)行傳輸，從而提高系統(tǒng)的傳輸速率。
 
這種模式，主要用于提升小區(qū)容量。
在實(shí)際應(yīng)用中，同一部分天線不可能既用于傳輸分集，又用于空間復(fù)用。所以，MIMO 天線需要在上述兩種模式中進(jìn)行權(quán)衡。權(quán)衡的結(jié)果，直接影響到頻率資源的利用率。
 
到了5G時(shí)代，情況又發(fā)生了變化。
在4G到5G演進(jìn)的過(guò)程中，隨著頻率的增加，天線尺寸進(jìn)一步縮小，天線數(shù)量進(jìn)一步增加。