5G通信技術(shù)對(duì)基站和智能手機(jī)的天線帶來(lái)哪些挑戰(zhàn)？

4G通信技術(shù)已經(jīng)普及，第五代通信技術(shù)5G也正在加快商用的腳步。本文我們將簡(jiǎn)單聊一聊5G的天線技術(shù)。為了帶來(lái)更快的速度，基站的天線有了哪些變化？5G手機(jī)的天線又會(huì)有哪些特點(diǎn)？

5G具有高速率、海量設(shè)備聯(lián)接、低功耗、低時(shí)延和高可靠的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)想像很美好，現(xiàn)實(shí)很骨感，5G實(shí)現(xiàn)過(guò)程困難重重。具體表現(xiàn)為：

5G相比4G要滿足的場(chǎng)景更復(fù)雜，性能要求也較高；

5G需要新增大量基站，來(lái)實(shí)現(xiàn)超密集部署；

5G也需要大量頻譜資源來(lái)實(shí)現(xiàn)超高速率；

山鼻祖仙農(nóng)提出了通信界的金科玉律：C=B log2（1+S/N）。

簡(jiǎn)單地說(shuō)：理論傳輸速率C與帶寬B直接相關(guān)，這個(gè)很好理解，道路寬度直接決定車流量上限。

同理，要提高車流量，與其制定更為復(fù)雜的道路規(guī)則（對(duì)應(yīng)通信里的各種協(xié)議，編解碼規(guī)則），不如增加車道數(shù)來(lái)提高車流量最為有效，這是最簡(jiǎn)單粗暴——公主抱般的方式。

移動(dòng)通信的頻譜資源太有限，想要增加帶寬（B）只有采用更高的頻段。5G的毫米波方案就像多條N車道的超寬高速公路，對(duì)每輛車的限速有了大幅提升。但是問(wèn)題來(lái)了，電磁波的傳播特性很有趣，頻率越高傳播路徑越直，不能掰彎。這樣的話打個(gè)電話還得對(duì)著天線方向。也太反人性了。聰明的通信人想到了微基站技術(shù)。想像手術(shù)臺(tái)上的無(wú)影燈，通過(guò)增加光源實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

通過(guò)把宏基站變成多個(gè)微基站來(lái)增加覆蓋面積，解決直線傳播的問(wèn)題。同時(shí)，宏基站不再負(fù)責(zé)對(duì)接入網(wǎng)設(shè)備，而是由每個(gè)微基站來(lái)做這部分工作，有了更多的基層工作人員，上層領(lǐng)導(dǎo)可以管理更多人。麻煩的事還有：高頻段信號(hào)傳播損耗大，需要大規(guī)模多天線技術(shù)（MassiveMIMO）來(lái)實(shí)現(xiàn)空間分集，抑制傳播損耗。這里的MIMO是多輸入多輸出的意思，基站與手機(jī)間有更多的信道并行通信，每對(duì)天線獨(dú)立傳送一路信息，匯集后成倍提高速率，想想也是極好的。

就像戀愛(ài)約會(huì)時(shí)，感覺(jué)除了心上人其他的聲音都是噪音。通信人又想到用大規(guī)模天線陣列控制每一個(gè)天線單元的發(fā)射（或接收）信號(hào)的相位和信號(hào)幅度，產(chǎn)生具有指向性的波束（像手電一樣），消除來(lái)自四面八方的干擾，增強(qiáng)波束方向的信號(hào)。

這種對(duì)空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴的頻帶資源，幾十倍地提升網(wǎng)絡(luò)容量。同時(shí)，可以更為精確地定位設(shè)備。

天線長(zhǎng)度約為1/2波長(zhǎng)或者1/4波長(zhǎng)，5G毫米波時(shí)代天線越來(lái)越小，數(shù)量成對(duì)增加?，F(xiàn)在4G手機(jī)多為2&TImes;2，5G至少為4&TImes;4，同時(shí)基站天線也多達(dá)128或者256根天線。萬(wàn)物互聯(lián)，也還都是需要天線的。

上面已經(jīng)介紹了根據(jù)5G的特點(diǎn)，所需的天線會(huì)有一定的變化，那么對(duì)于終端來(lái)說(shuō)，天線相比4G會(huì)有什么特點(diǎn)？