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5G高级天线技术是最大化5G价值的主要方法吗?

作者:云杰 发布时间:2021-05-14 10:21:00点击:

  

       就总体5G值的主要来源而言,有两个明显的答案。一个是5G通过访问新频谱,有效利用该频谱以及简化基站部署来促进具有成本效益的附加容量,这对于实现该新频谱的全部潜力至关重要。

  其次,它允许支持新的用例,以鼓励相关的创新和新的部署方案。不过,考虑以成本效益的方式部署附加容量–这是一种减少或至少限制其现有业务模型成本的方法,无论运营商是否能够实现与新5G用例相关的新收入。

  为什么天线阵列对5G部署如此重要?

  从根本上讲,我们谈论的是振荡电场和磁场形式的能量。场可以以各种不同的方式来配置或优化,具有不同程度的数学复杂性,以便将能量聚焦在特定方向(光束)或空间中特定点(气泡)周围。

  当然,集中能量将增加信号强度,或者简单地说,增加手机上可见的条形数量。这意味着,只要设备具有可接受的信号,就可以在基站和设备本身上相应地调整功率,以确保总能量不会浪费。因此,就总能量使用而言,非常需要能量集中。

  就单个基站的最大输出功率而言,其安装受国家法规的限制。因此,关注能源是关键因素,同时还需要部署其他频谱,以实现能源资源的有效共享(复用)。能量越集中,整个基站的效率就越高–这是通过整体吞吐量或小区范围的形式实现的。

  因此,很明显,有效地集中能量的能力导致基站的更有效部署。这进而导致更高的总体吞吐量和/或更大的小区占用空间,这意味着需要更少的基站来支持相同的总体服务需求集。集中精力直接导致成本效益。光束或气泡的聚焦程度越高,节省的成本就越大(将方程式简化为最简单的形式)。天线阵列是我们集中精力的方式。

  天线如何关注能源?

  通常,单个天线会在很广的角度(通常是全向的)上发射信号,并在电场和磁场中产生振荡。天线的形状和制造决定了实际的发射/接收方向图,但总的来说没有重点。

  如果我们在第一个旁边添加其他天线,并仔细选择间距,则可以从每个天线发送相同的信号,同时创建相长和相消的干扰方向图。信号相互干扰,有时会加在一起(同相),有时会抵消(异相)。

  正是相长干扰,其中来自每个天线的信号加在一起以创建更大的信号,从而有效地为我们提供了聚焦机制。相长干涉通常以能量束(沿某个方向)或能量气泡(围绕空间点)的形式出现。在其他方向上或在其他点上,该信号要弱得多,因为来自不同天线的信号具有相消干扰,并相互抵消。

  所以这是两个关键位:

  首先,天线越多,信号,波束或点的聚焦就越强。

      其次,通过改变信号在每个天线上的相对定时,我们可以对准波束或焦点。它比现实中的要复杂得多,但是这个简单的描述使我们可以了解为什么5G在这些技术方面如此特别。

  5G和天线阵列有何特别之处?

  5G与前几代产品之间存在一些根本差异,但在天线阵列方面真正令人感兴趣的是与5G相关的频率。前几代产品经过设计和制造,可在约700 MHz至2600 MHz的UHF频段工作。这里,天线相对较大,并且在成本和物理尺寸/重量方面,使用多于四个或八个天线的天线阵列成为问题。

  相反,5G允许使用更高的频率,包括毫米波频谱以及已经提到的中低频段频率。在较高的频率下,天线要小得多,从而可以在单个阵列中使用许多天线-可能是64或256,称为大型天线阵列。这继而允许非常集中的波束形成或MIMO(多进多出)天线技术。

  5G不仅可以访问更广泛的频谱,而且反过来又使我们可以非常有效地利用频谱(只要我们利用先进的天线技术)就可以利用阵列。与上一代产品相比,我们可以实现的效率提升非常显着,基准数字是LTE Advanced的3倍,但实际数字可能要高得多。尽管在较高的频率下减小的范围意味着基站将部署在高容量热点中,但这在较高的毫米波处为我们提供了出色的效率。

  随着处理能力和制造技术的进步,在中频范围内部署大型天线阵列也是可行的,在中频范围内,单元占用空间通常大于毫米波频率-从而可实现高效的基站部署,并具有出色的吞吐量和覆盖范围。

  另一个关键方面是5G New Radio使我们可以访问为非授权或共享频带中的专用网络预留的频谱。这是工业自动化和智能工厂以及相关的新业务模型的重要推动者。这些相关的未经许可的频率往往在频谱中更高,因此,大型天线阵列和它们所伴随的波束成形/ MIMO技术是许多新部署方案和用例的重要组成部分。

  底线

  所有这一切的影响是效率,这反过来又导致了资源/基站的经济高效部署。5G的许多不同方面有助于整体效率,但先进的天线技术以及特别是大型天线阵列使我们能够充分利用5G的潜力,从而将成本保持在较低水平控制,同时大量增加容量,同时探索新​​的用例和业务模型。

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