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的特點(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;
5G微基站對(duì)天線需求大增山鼻祖仙農(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)?