淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新

2017-07-01 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1、移動通信系統(tǒng)的發(fā)展綜述

1.1、全球移動通信行業(yè)發(fā)展情況及趨勢洞察

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的高速增長,移動寬帶技術(shù)不斷向前演進。移動寬帶技術(shù)的發(fā)展刺激了MBB流量的激增。2014年上半年,全球移動用戶連接數(shù)將達到70億,覆蓋全球96%以上的人口,其中3G和4G移動用戶連接數(shù)之和也將達到24億,占據(jù)全球總量的三分之一以上。這些數(shù)據(jù)表明MBB業(yè)務(wù)正在快速增長。

MBB蓬勃發(fā)展,“連接無處不在”成為移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢。這一趨勢表明,未來5年(到2018年)無線網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生深刻變化,MBB業(yè)務(wù)將轉(zhuǎn)型為以服務(wù)和價值為中心,關(guān)注網(wǎng)絡(luò)TVO(Total Value of Ownership總體擁有價值),構(gòu)建面向用戶體驗、隨時隨地xMbps、協(xié)同高效的優(yōu)質(zhì)MBB網(wǎng)絡(luò)。

? MBB業(yè)務(wù)正轉(zhuǎn)型為以服務(wù)和價值為中心,以用戶體驗為目標(biāo)

在移動互聯(lián)網(wǎng)時代,移動服務(wù)正逐步從傳統(tǒng)的語音和短信業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)管道和容量服務(wù)演進。語音、短信業(yè)務(wù)受到OTT業(yè)務(wù)(Over The Top運營在互聯(lián)網(wǎng)“之上”的業(yè)務(wù))的強烈沖擊和侵蝕,導(dǎo)致運營商整體收入不斷下降,運營商需要拓展新業(yè)務(wù)。而新領(lǐng)域如企業(yè)網(wǎng)的業(yè)務(wù)復(fù)雜性要求多方合作,從而催生出運營商網(wǎng)絡(luò)能力開放的需求,即運營商將部分網(wǎng)絡(luò)能力以服務(wù)的方式提供給第三方,由第三方調(diào)用這些服務(wù)生成新的應(yīng)用,形成差異化優(yōu)勢,最終服務(wù)于企業(yè)、行業(yè)或終端用戶等。

淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新HFSS分析案例圖片1

圖1 MBB業(yè)務(wù)演進過程

為了更快、更高效地支撐B2B(Business-to-business業(yè)務(wù)到業(yè)務(wù))、B2B2C(business to business to consumer商家對商家對客戶)業(yè)務(wù)上線,以及更加靈活、彈性地提供各種應(yīng)用和開放的服務(wù),構(gòu)建以面向用戶體驗的MBB網(wǎng)絡(luò)尤為重要。

淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新HFSS培訓(xùn)的效果圖片2

淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新HFSS培訓(xùn)的效果圖片3

圖2 調(diào)查表明用戶體驗有利于提升用戶忠誠度

? 移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以“語音”為中心到“數(shù)據(jù)”為中心的轉(zhuǎn)變

移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,促使移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈從語音為中心面向數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)變,極大沖擊傳統(tǒng)的固有理念。正在推動整個產(chǎn)業(yè)鏈包括從運營商到設(shè)備商,從核心網(wǎng)絡(luò)到天饋末端,從內(nèi)容到終端等在內(nèi)的各個環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)變。新一代的移動網(wǎng)絡(luò)將提供更加豐富,包括語音,數(shù)據(jù),視頻,各種多媒體,各種綜合類型的服務(wù)。移動網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量已經(jīng)遠遠超過語音流量,未來語音也會基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提供服務(wù)。語音將只是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中非常小的一種業(yè)務(wù)形態(tài),整個移動網(wǎng)絡(luò)將是一個真正的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

? 移動組網(wǎng)從圍繞“覆蓋”到“覆蓋”+“容量”并重

在網(wǎng)絡(luò)方面,運營商及其基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商已經(jīng)開始意識到,在過去20年里用于提供語音通話服務(wù)的傳統(tǒng)移動通訊網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋面廣大,但無法滿足以數(shù)據(jù)為中心的未來需求。移動網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)從當(dāng)初重點關(guān)注覆蓋,到同時重視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量轉(zhuǎn)變。

? 容量提升,隨時隨地xMbps是MBB提供創(chuàng)新服務(wù)的基礎(chǔ)

MBB業(yè)務(wù)以服務(wù)為中心的轉(zhuǎn)型以及優(yōu)質(zhì)的用戶體驗,需要建立在MBB隨時隨地xMbps基礎(chǔ)上,現(xiàn)階段高端移動用戶向LTE的快速遷移證明了這一點。預(yù)計未來5年將有25億用戶遷移到MBB網(wǎng)絡(luò)(如下圖所示),移動寬帶容量提升將是運營商網(wǎng)絡(luò)部署的重點。

淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新HFSS培訓(xùn)的效果圖片4

圖3 預(yù)計未來5年將有25億用戶遷移到MBB網(wǎng)絡(luò),來源:Informa

? 協(xié)同高效是MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本訴求

未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展重點關(guān)注網(wǎng)絡(luò)TVO、可擴展性以及開放性:一方面虛擬化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,實現(xiàn)軟硬件解耦以及資源靈活分配,從而快速應(yīng)對市場變化、提升商業(yè)敏捷性;另一方面按需定義網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)虛擬化網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和功能,運營商與承載在移動網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)創(chuàng)新者、最終消費者形成開放、多贏的移動網(wǎng)絡(luò)生態(tài)環(huán)境。但移動通信經(jīng)過數(shù)十年快速發(fā)展,很多運營商同時運營多個無線接入系統(tǒng),且多系統(tǒng)并存將是一個長期的過程,要滿足未來網(wǎng)絡(luò)“TVO、可擴展性和開放性”應(yīng)用要求,多網(wǎng)協(xié)同、高效部署成為構(gòu)建MBB網(wǎng)絡(luò)的基本訴求。

? 協(xié)同高效是MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本訴求

淺析移動通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新HFSS培訓(xùn)的效果圖片5

圖4 未來MBB網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點

1.2、中國移動通信行業(yè)發(fā)展情況及特點

中國移動通信行業(yè)在過去的十年中有著日新月異的發(fā)展,大規(guī)模的用戶群增長奠定網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的基礎(chǔ),運營商資費的降價及刺激需求引起了各方最終用戶的激增。2008年3G牌照發(fā)放,中國正式進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代,傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)公司也瞄準(zhǔn)了移動互聯(lián)網(wǎng)市場,微信、微博等服務(wù)廣泛應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)手游的用戶不斷增長,各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也陸續(xù)提供了手機客戶端版本,傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)價值從管道向內(nèi)容、從通信網(wǎng)向互聯(lián)網(wǎng)、從話音服務(wù)向信息服務(wù)轉(zhuǎn)移。

未來,移動大數(shù)據(jù)流量需求仍將不斷增長,隨時隨地xMbps成為終端用戶的普遍需求。2013年中國移動互聯(lián)網(wǎng)流量達到129萬TB,比2009年的11.5萬TB增加了10倍,預(yù)計未來幾年,國內(nèi)移動數(shù)據(jù)流量仍將成倍增長。為滿足日益增長的移動業(yè)務(wù)需求,國內(nèi)運營商也加快了LTE建設(shè)步伐。TDD LTE牌照已于2013年底發(fā)放給三大運營商,所有主流廠商的產(chǎn)品都具備TDD LTE商用能力,世界上各大品牌手機廠商都積極推出支持TDD LTE的智能終端,整個TDD產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好。當(dāng)然,伴隨著數(shù)據(jù)流量爆炸式的增長,如何做好流量經(jīng)營,在滿足用戶需求與控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營成本之間保持良好的平衡,是國內(nèi)運營商需要直面的挑戰(zhàn)。

在以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為代表快速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)時代,能否以用戶為中心提升客戶體驗成為運營商爭奪與維系用戶的競爭焦點,多網(wǎng)協(xié)同、提升用戶體驗更是運營商的核心競爭力。中國三大運商都有多個無線接入系統(tǒng),中國移動包括GSM、TD-SCDMA和TDD LTE,中國聯(lián)通包括GSM、UMTS、LTE TDD和LTE FDD,中國電信包括CDMA、LTE TDD和LTE FDD,多個無線接入系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的質(zhì)量直接影響業(yè)務(wù)使用體驗和用戶滿意度,因此建立面向用戶體驗的評價指標(biāo),發(fā)現(xiàn)更多潛在問題,從而不斷提升用戶使用體驗,也是國內(nèi)運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)。

而隨著無線頻譜資源的日趨稀缺,最大化利用頻譜資源成了MBB網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵要素。根據(jù)目前的頻譜劃分,中國移動主要采用TDD LTE建網(wǎng),而聯(lián)通和電信均將采用LTE TDD/FDD混合組網(wǎng)方式。通過FDD LTE與TDD LTE的融合發(fā)展,實現(xiàn)了頻率等各種資源的高效利用。

針對不同的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和未來目標(biāo)網(wǎng)絡(luò),三大運營商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也各有特點:

? 中國移動:快速建網(wǎng),兼顧容量提升

中國移動網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量已經(jīng)快速超越語音業(yè)務(wù),保持著近150%的年度復(fù)合增長率。預(yù)計未來幾年內(nèi),隨著智能手機、平板電腦等智能終端的快速普及,以及移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的急速發(fā)展,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將繼續(xù)呈現(xiàn)指數(shù)級增長態(tài)勢,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量消耗的網(wǎng)絡(luò)資源將會是語音業(yè)務(wù)的幾十倍甚至上百倍。面對這一數(shù)字洪流給無線網(wǎng)絡(luò)帶來的巨大沖擊,扭轉(zhuǎn)3G劣勢,快速建設(shè)高帶寬、高效率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)成為中國移動的迫切訴求。

2013年,中國移動在100個以上城市啟動了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè),北京、杭州、廣州和深圳等城市已經(jīng)開始試商用,預(yù)計2014年底將完成50萬個基站的部署,并在全國344個城市實現(xiàn)商用,屆時該TDD LTE網(wǎng)絡(luò)將是全球最大的TDD LTE網(wǎng)絡(luò)。

為實現(xiàn)短期快速建網(wǎng)的目標(biāo),現(xiàn)階段中國移動主要采用了F頻段升級至TDD LTE的方式部署LTE網(wǎng)絡(luò)。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)性能以及覆蓋水平已日臻成熟,且站址資源豐富,在此基礎(chǔ)上,中國移動以F頻段為主部署TDD LTE,省去了站址資源獲取等一系列初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難題。然而,從長遠來看,D頻段頻譜資源豐富,TDD LTE產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟,而且TDD LTE想成為國際主流LTE制式,需要中國這樣的大國起到示范作用,所以中移動在D頻段部署TDD LTE也是勢在必行。

靈活地應(yīng)用D頻段和F頻段進行網(wǎng)絡(luò)部署,分階段、按不同側(cè)重點來進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,是中國移動部署優(yōu)質(zhì)LTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵策略。

? 中國聯(lián)通:多網(wǎng)協(xié)同,面向用戶體驗

目前,中國聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)占據(jù)著優(yōu)勢,其HSPA+網(wǎng)絡(luò)的速率已經(jīng)能達到42Mbps,能提供良好的用戶體驗。為實現(xiàn)長遠的發(fā)展,中國聯(lián)通在做大做厚3G網(wǎng)絡(luò)的同時,也在追趕中國移動和電信LTE部署的步伐。目前,聯(lián)通已在全國25個城市率先開展4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù),預(yù)計年底開通4G服務(wù)的城市將達到300個。

中國聯(lián)通目前有GSM900M(954M-960M)、GSM1800M(1840M-1850M)、WCDMA2100M(2130M-2145M),以及TDD LTE(2555M-2575M),未來還將部署FDD LTE,面臨著多網(wǎng)協(xié)同運營、提升用戶體驗的挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)期的是,3G作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),覆蓋的廣度和容量的深度仍然是聯(lián)通未來兩年的競爭優(yōu)勢,4G定位為提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò),FDD LTE覆蓋城市和密集城區(qū),TDD LTE深度覆蓋熱點區(qū)域,滿足高速業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求,為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的體驗。

中國聯(lián)通利用3G和4G網(wǎng)絡(luò)的融合競爭優(yōu)勢,為用戶提供良好、無縫的業(yè)務(wù)體驗。

? 中國電信:聚焦廣覆蓋和深度覆蓋,提升用戶體驗

對中國電信來說,3G時代CDMA網(wǎng)覆蓋優(yōu)勢比較明顯,CDMA 800MHz鏈路損耗小,以更少的站址獲得更好的用戶體驗,但4G時代LTE部署在1.8G/2.1G/2.6高頻段,中國電信首先要解決的是網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋和深度覆蓋問題。

基于可商用網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo),LTE覆蓋率至少要達到98%,在與C網(wǎng)1:1建站后,由于站間距較大,覆蓋存在大量空洞,站點補盲是LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要解決的問題。針對室外、室內(nèi)和高鐵等不同場景,中國電信引入多種宏站、小站建網(wǎng)形態(tài),降低站址獲取難度,解決廣覆蓋問題。而針對深度覆蓋,電信則采用了TDD LTE/FDD LTE混合組網(wǎng)方式,FDD無縫覆蓋消除盲區(qū),TDD吸收熱點區(qū)域多余的話務(wù)量,同時引入CloudBB云協(xié)同、eMBMS等解決方案,覆蓋做深,容量做厚。

另外,中國電信包括CDMA 1X/EV-DO、TDD LTE和FDD LTE多個無線接入系統(tǒng),做好多網(wǎng)協(xié)同,提升峰值速率和邊緣速率,規(guī)模商用VoLTE,從而實現(xiàn)面向感知建網(wǎng)、用戶體驗提升也將是中國電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與發(fā)展的要求與目標(biāo)。

1.3、移動通信行業(yè)發(fā)展總結(jié)

構(gòu)建面向用戶體驗、隨時隨地xMbps、協(xié)同高效的優(yōu)質(zhì)MBB網(wǎng)絡(luò)是國內(nèi)外運營商共同的目標(biāo),“連接無處不在”的MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢將引領(lǐng)移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)生深刻變化:

? 無線網(wǎng)絡(luò)空口資源融合

無線網(wǎng)絡(luò)空口資源融合,實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)共享空口資源,提升整體空口效率。運營商一張網(wǎng)提供差異化服務(wù)滿足各種不同業(yè)務(wù)需求,減少重復(fù)建網(wǎng)成本和新站點租賃,同時支持運營商拓展新的銷售模式,向企業(yè)、行業(yè)業(yè)務(wù)滲透。

? 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化和按需定義網(wǎng)絡(luò)

采用通用硬件和虛擬機技術(shù),提供高性能硬件處理能力和云管理技術(shù),為運營商提供靈活、智能、可擴展的自動化無線網(wǎng)絡(luò)。與此同時,虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能,支持運營商面向不同的OTT業(yè)務(wù)進行靈活部署,使網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮更大的價值。

? Licensed與Unlicensed頻譜資源融合協(xié)同

Unlicensed頻譜豐富,近1GHz頻譜資源可獲取, 其中5GHz頻段在2017年有望超過500MHz頻譜發(fā)放。通過零散頻譜聚合、寬頻以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù),實現(xiàn)Licensed+Unlicensed頻譜融合,提升運營商網(wǎng)絡(luò)的客戶體驗。

? 空口控制、承載分離及協(xié)同技術(shù)支撐用戶無邊界體驗

站點的增加是提升無線網(wǎng)絡(luò)容量的重要手段,為了滿足2018年20倍以上無線流量的增加,小站及AAU等射頻拉遠模塊將密集部署在各個熱點區(qū)域。站點密集部署,無線小區(qū)半徑越來越小,將導(dǎo)致小區(qū)間干擾增加、小區(qū)邊緣容量下降,同時還帶來移動性指標(biāo)惡化,降低用戶感受。無邊界用戶體驗?zāi)繕?biāo)將促進空口控制和承載分離、協(xié)同技術(shù)的快速發(fā)展。

? 網(wǎng)絡(luò)運維自動化,應(yīng)對海量小站和海量數(shù)據(jù)帶來的運維復(fù)雜化

移動通信經(jīng)過數(shù)十年快速發(fā)展,很多運營商同時運營GSM/CDMA/UMTS/LTE等多個無線網(wǎng)絡(luò),多頻譜、多制式混合組網(wǎng)將是一個長期的過程;另一方面,空口數(shù)據(jù)量的不斷增長和海量小站的應(yīng)用,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越來龐大、網(wǎng)絡(luò)運維異常復(fù)雜。因此,網(wǎng)絡(luò)運維自動化是未來MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求之一。

? 能量精準(zhǔn)投放構(gòu)建綠色節(jié)能網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前的能量投放是粗放式的,基站用戶信號從基站天線輸出到終端天線接收,99.9%以上的能量在空間損耗了。為了降低無線信號在空間的傳播損耗,未來的無線網(wǎng)絡(luò)將是一個信號能量精準(zhǔn)投放的綠色網(wǎng)絡(luò),波束成形、高階MIMO等技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。

2、移動通信行業(yè)發(fā)展對基站天線產(chǎn)業(yè)的影響

2.1、移動通信技術(shù)發(fā)展對基站天線發(fā)展的影響

移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展,MBB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化,引領(lǐng)基站天線技術(shù)也不斷革新,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

? 頻譜資源多樣化,站點資源不足,多頻超寬頻應(yīng)用勢不可擋

MBB網(wǎng)絡(luò)演進推動運營商部署多頻段、多制式并存的無線接入網(wǎng)絡(luò),無線接入設(shè)備要求能夠支持多頻多制式應(yīng)用以及演進,多頻天線應(yīng)用毋庸置疑。在天線建設(shè)中,天線本身成本僅占到1/3,更多成本在于安裝、物業(yè)協(xié)調(diào)以及抱桿、土建、樓面租金,部署多頻天線可以避免天線重復(fù)安裝和鐵塔改造,減少樓頂租金和天線后續(xù)維護費用。以中國移動為例,既有GSM的900MHz、1800MHz,也有TD-SCDMA的2010MHz~2025MHz 的A頻段,還有TDD LTE中使用的1880MHz~1900MHz的F頻段和2600MHz的D頻段,如果采用單頻天線,一個站點需要部署多面天線,增加建站成本的同時,也有可能因天面空間不足導(dǎo)致建站困難,而多頻天線則能很好的解決這些問題。

同樣,隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)、超寬頻射頻模塊、零散載波聚合等技術(shù)的發(fā)展,天線超寬頻技術(shù)也不斷向前發(fā)展。

選擇多頻超寬頻天線,提前具備未來演進能力,對于運營商來說,可以提前進行站點資源的儲備,節(jié)省二次部署的成本,避免新增網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化對已有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響,加快LTE商用部署。以可應(yīng)用于中國電信的四頻天線(790-960/1710-2690/1710-2170/2490-2690MHz)為例,支持CDMA800M/FDD LTE1.8G/TDD LTE2.6G同時部署,還具備未來支持FDD LTE2.1G的能力。

? 容量需求與日劇增,天線向MIMO化、有源化和智能化發(fā)展

隨著MBB時代網(wǎng)絡(luò)性能關(guān)鍵點由滿足語音覆蓋演變?yōu)闈M足高容量數(shù)據(jù)需求,天線關(guān)注點由覆蓋向容量轉(zhuǎn)移,聚焦整網(wǎng)性能,天線廠家需要圍繞整網(wǎng)性能設(shè)計天線,提升整體信噪比(SINR)、降低小區(qū)間干擾。

MIMO (Multi-input Multi-output, 多入多出技術(shù))是提升系統(tǒng)容量的重要方式,隨著MIMO在MBB網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用,天線支持MIMO是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本要求。

有源天線系統(tǒng)AAU(Active Antenna Unit)是繼RFU、RRU之后衍生出的一種新的射頻模塊形態(tài)。RRU的功能上移,與天線的功能合并,最終通過射頻多通道技術(shù)對天線垂直方向陣子陣列和水平方向陣子陣列進行控制,靈活的控制天線在垂直和水平方向的波束,通過不同波束賦形的方式可以達到改善無線信號的覆蓋質(zhì)量提升網(wǎng)絡(luò)容量的目的。

如果天線更“智能”一點,當(dāng)基站與某一用戶通信時,天線就自動調(diào)節(jié),把“能量束”直接瞄準(zhǔn)該用戶,一方面該用戶獲得的信號強度會比較高,另一方面不該被“打擾”的用戶也不會被干擾,這樣的結(jié)果顯然是最為完美的,智能天線由此而產(chǎn)生。智能天線現(xiàn)在一般有兩種技術(shù)方式:波束切換天線和自適應(yīng)陣列天線。波束切換方式的天線,一般由多個窄波束天線夠成,每個窄波束天線由于角度小,所以通常增益很大,覆蓋距離較遠,多在室外場景使用,比如TDD LTE系統(tǒng)的一些基站就部署了這種智能天線。自適應(yīng)陣列天線由多個天線形成陣列,在工作時,通過不同天線的組合工作,形成不同的天線波瓣,實現(xiàn)多種方向、角度、增益都不相同的“虛擬天線”,以適應(yīng)不同工作環(huán)境,不同用戶的位置,以及避免不必要的干擾。

? 物業(yè)準(zhǔn)入難,天線向不斷降低部署難度方向發(fā)展

隨著站點數(shù)大規(guī)模增加,站點資源越來越難獲取,運營商對基站設(shè)備選址、簡化施工安裝提出了苛刻的要求。在滿足網(wǎng)絡(luò)性能、覆蓋要求的情況下,天線的尺寸越小、重量越輕,則天線部署的難度越低,能有效避免視覺污染。

另外,普通市民對電磁輻射越來越敏感,在當(dāng)前移動基站的建設(shè)過程中一個較為突出的問題在于站點或天線安裝過程中受到業(yè)主的阻擾而導(dǎo)致站點無法實施,即便以前站點建設(shè)好了也容易被逼遷,但站點遷走后移動用戶因為信號差又頻頻投訴,選址建站對運營商來說是一件很頭疼的事情。在這種情況下,需要對基站天線進行必要的偽裝,實現(xiàn)天饋系統(tǒng)和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,即采用美化天線。根據(jù)不同環(huán)境,天線可以做成美化樹隱蔽在樹叢中,也可將外罩表面處理成不同的顏色和紋理,比如仿瓷磚、廣告、仿大理石紋理等等;對于有天線特殊要求的站點,還可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,提供和現(xiàn)場融合度非常好的個性化解決方案。美化天線降低了市民對移動通信基站建設(shè)、天線安裝的心理抵觸情緒,從而降低天線部署的難度。

? 網(wǎng)絡(luò)維護日益復(fù)雜,對天線的可維護性提出要求

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越來龐大、網(wǎng)絡(luò)運維異常復(fù)雜,SON(Self-organizing Network,自組織網(wǎng)絡(luò))解決方案的引入以及綜合網(wǎng)絡(luò)運維成本降低的要求,使得天線遠程維護成為MBB網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。天線遠程維護包括遠程電調(diào)、智能權(quán)值管理等特性。

遠程電調(diào)天線可以通過在網(wǎng)管中心遠程操作來控制遠程電調(diào)單元(RCU)工作,從而調(diào)整天線的波束下傾角。傳統(tǒng)遠程電調(diào)天線由于安裝困難、維護效率低、可靠性差等問題,逐漸向即插即用電調(diào)天線演進。即插即用電調(diào),即通過將電調(diào)元件內(nèi)置,盡可能減少遠程電調(diào)所需的外置電調(diào)元件和線纜數(shù)量安裝,同時免天線校準(zhǔn)、免配置數(shù)據(jù)加載,從而提高天線安裝和運維效率,提升可靠性,降低運營商運維成本。

TDD LTE天線權(quán)值設(shè)置需要人工現(xiàn)場配置,效率低,工作量大,且難以保證權(quán)值配置的準(zhǔn)確性,實現(xiàn)權(quán)值智能管理成為運營商的訴求。權(quán)值智能管理是將天線的權(quán)值信息存儲在天線內(nèi)部,站點開通后基站設(shè)備自動從天線讀取權(quán)值、配置權(quán)值,實現(xiàn)天線權(quán)值的自動管理。

天線水平方向角遠程調(diào)整、與基站協(xié)同自動檢測覆蓋空洞上報預(yù)警等特性,也是天線可維護性提升的研究課題。

2.2、基站天線的發(fā)展方向總結(jié)

移動運營商建網(wǎng)選址困難、公眾對視覺污染和電磁污染的重視、MBB飛速發(fā)展催生基站的數(shù)量和密度、5G技術(shù)的探索……基站天線隨著移動通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展也不斷向前發(fā)展:

? 多頻化和寬帶化

基站天線向多頻化、超寬頻演進,充分利用站點資源,簡化站點安裝、減少物業(yè)協(xié)調(diào)難度,減少綜合投資。

? 輕薄化

天線向輕薄化發(fā)展,保證天線性能的同時增加頻段不增加尺寸,從而降低物業(yè)準(zhǔn)入難度,避免因風(fēng)阻變大導(dǎo)致鐵塔抱桿改造帶來的成本投入,加速LTE網(wǎng)絡(luò)部署。

? 美化

針對不同場景,對移動天線做不同的偽裝,力求實現(xiàn)天饋系統(tǒng)和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,同時考慮偽裝材料對天線的覆蓋性能不造成大的影響。這樣既可以滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求,又能與周圍環(huán)境協(xié)調(diào),達到兩全其美的目的。

? MIMO化

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展,支持高階MIMO和靈活配置MIMO將是天線的基本特性。4x4 MIMO天線已經(jīng)廣泛應(yīng)用,高階MIMO天線技術(shù)也將隨著未來MBB業(yè)務(wù)的發(fā)展而應(yīng)用。另外,在天線一次部署到位的訴求下,考慮到未來網(wǎng)絡(luò)演進,天線也需要支持不同的天線端口間靈活的MIMO配置。

? 有源化

采用收發(fā)分離和數(shù)字化有源天線AAU,可對波束進行實時控制,并適應(yīng)更加靈活的無線資源管理,提高通信基站的性能,更有效的利用頻譜資源,實現(xiàn)了提高流量,降低成本,節(jié)能減排的要求。

? 智能化

智能天線技術(shù)利用各個移動用戶間信號空間特征的差異,通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個移動用戶信號而不發(fā)生相互干擾,使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下,使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和擴展網(wǎng)絡(luò)容量的需要。

智能天線與系統(tǒng)算法結(jié)合得非常緊密,而對于系統(tǒng)及天線的算法在某種程度上超出了傳統(tǒng)的天線設(shè)計的范疇,是硬件與軟件的交叉研究領(lǐng)域,這對于天線廠家來說將是一個很大的挑戰(zhàn)。

? 遠程可維護

遠程電調(diào)是天線可維護性提升的前奏,天線水平方位角遠程控制、RAE技術(shù)、與基站協(xié)同覆蓋空洞檢測預(yù)警等等各種各樣的可維護特性將被研究、發(fā)展及應(yīng)用,最終提升站點運維效率,降低運營商運維成本。

? 高質(zhì)量與長期可靠性

面向數(shù)據(jù),容量的高質(zhì)量天線是整個無線網(wǎng)絡(luò)性能的重要保障之一。2G時代,語音業(yè)務(wù)為主,語音屬于低速率業(yè)務(wù)特點。語音業(yè)務(wù)在無線網(wǎng)絡(luò)空口的編碼調(diào)制方式,主流是具備良好糾錯能力的低速率編碼調(diào)制方式,如QPSK/BPSK。此類低速率調(diào)制方式具備良好的無線空口抗擾能力,因此對無線空口信道質(zhì)量要求低一些。在4G時代,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主,無線空口QAM調(diào)制等成為提供高速業(yè)務(wù)的主流調(diào)制方式。此類調(diào)制方式對無線空口的信道質(zhì)量有更高的要求,無線空口的信道質(zhì)量對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量有巨大的影響。好的無線空口信道質(zhì)量,與存在嚴重干擾的無線空口,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量差異N倍。同時,長期可靠的無線空口質(zhì)量成為必須品。由此,在4G時代,天線類對無線空口質(zhì)量有嚴重影響的設(shè)備,其高質(zhì)量以及長期可靠性,有更高的要求。此類設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的地位相比以前時代更加重要。

? 迎接5G:3D-MIMO、波束智能賦型

5G技術(shù)重要的研究方向之一,基站天線技術(shù)將經(jīng)歷從無源到有源、從二維(2D)到三維(3D)、從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展,有望實現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高。未來,有源天線陣列引入,基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達到128根; 2D天線陣列拓展成為3D天線陣列,形成新穎的3D-MIMO技術(shù),支持多用戶波束智能賦型,減少用戶間干擾,結(jié)合高頻段毫米波技術(shù),將進一步改善無線信號覆蓋性能。

更高的頻段、3D-MIMO、波束智能賦型等5G元素將推動基站天線技術(shù)進一步的發(fā)展。

來源:天線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才