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5G天線關(guān)鍵技術(shù)解析

發(fā)表時間：2021-12-23
說到天線，大家一定不會陌生。在無線技術(shù)非常普及的現(xiàn)代社會，天線在我們生活中隨處可見。其中最常見的，當(dāng)然是我們移動通信網(wǎng)絡(luò)所使用的基站天線?；咎炀€對我們的生活至關(guān)重要。如果沒有它，我們的手機(jī)就沒有信號，我們也就無法愉快地網(wǎng)購、追劇和吃雞。如果大家細(xì)心觀察，就會發(fā)現(xiàn)，不同設(shè)備的天線，有著不同的外形和尺寸。沒錯！從理論上來說，天線的理想長度通常是電磁波波長的 1/4。
所以，我們會看到，模擬電視拉桿天線長度一般是 0.175~0.5 米、FM 收音機(jī)的天線長度是 0.675~0.85 米。
 
而我們的移動通信網(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)看不見了（藏到了手機(jī)里），但是，無線信號的工作頻率更高、波長更短，導(dǎo)致了一個不好的結(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)，用于提升移動通信系統(tǒng)的容量和覆蓋。
 
天線，作為移動通信的關(guān)鍵一環(huán)，自然而然成為工程師們大開腦洞的首要對象。接下來，我們就來看看，咱們的基站天線到底玩了哪些神操作。
 
在移動通信最早期的 1G 時代，基站所使用的幾乎都是全向天線。當(dāng)時的用戶數(shù)量很少，傳輸?shù)乃俾室脖容^低。
 
到了 2G 時代，天線逐漸演變成了定向天線，比如天線覆蓋角度為 120°，一個小區(qū)會有三個扇區(qū)，演變?yōu)榉涓C通信。
 
3G 時代，智能天線誕生，單一地天線發(fā)展成多天線，也就是我們常說的 MIMO多天線技術(shù)。
 
MIMO 增加了天線個數(shù)，也就增加了信號傳輸?shù)耐ǖ罃?shù)量。
那么，該怎樣利用多出來的通道數(shù)量呢？
最開始的時候，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”。簡單來說，就是“把相同的內(nèi)容通過不同的天線發(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)定帶來的性能下降，從而增強(qiáng)覆蓋。
后來，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時代，情況又發(fā)生了變化。
在4G到5G演進(jìn)的過程中，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。