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5G天線關鍵技術解析

發表時間：2021-12-23
說到天線，大家一定不會陌生。在無線技術非常普及的現代社會，天線在我們生活中隨處可見。其中最常見的，當然是我們移動通信網絡所使用的基站天線?；咎炀€對我們的生活至關重要。如果沒有它，我們的手機就沒有信號，我們也就無法愉快地網購、追劇和吃雞。如果大家細心觀察，就會發現，不同設備的天線，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 收音機的天線長度是 0.675~0.85 米。
 
而我們的移動通信網絡，工作頻率主要在 700M~3500MHz 之間，所以天線的尺寸要小得多。
 
小得都已經看不見了（藏到了手機里），但是，無線信號的工作頻率更高、波長更短，導致了一個不好的結果——它的抗干擾能力和繞射能力明顯減弱了。尤其在城市復雜環境下，信號質量更容易受影響。因此，工程師們需要不斷研發新技術，用于提升移動通信系統的容量和覆蓋。
 
天線，作為移動通信的關鍵一環，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。當時的用戶數量很少，傳輸的速率也比較低。
 
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°，一個小區會有三個扇區，演變為蜂窩通信。
 
3G 時代，智能天線誕生，單一地天線發展成多天線，也就是我們常說的 MIMO多天線技術。
 
MIMO 增加了天線個數，也就增加了信號傳輸的通道數量。
那么，該怎樣利用多出來的通道數量呢？
最開始的時候，工程師們想到的是把它用于增強覆蓋。
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“把相同的內容通過不同的天線發送出去”。
 
“傳輸分集”：分散發射、集中處理
這種模式，可以緩解信道質量不穩定帶來的性能下降，從而增強覆蓋。
后來，MIMO 又發展出另一種模式，叫做“空間復用”。
空間復用是將要傳送的數據分成幾個數據流，然后在不同的天線上進行傳輸，從而提高系統的傳輸速率。
 
這種模式，主要用于提升小區容量。
在實際應用中，同一部分天線不可能既用于傳輸分集，又用于空間復用。所以，MIMO 天線需要在上述兩種模式中進行權衡。權衡的結果，直接影響到頻率資源的利用率。
 
到了5G時代，情況又發生了變化。
在4G到5G演進的過程中，隨著頻率的增加，天線尺寸進一步縮小，天線數量進一步增加。