5G天线有哪些技术参数？

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• 藤原惠津子

  5G重点和网络射频部分简介
  
  1、基站和终端
  
  5G网络是一个密集分布基站网络，基站分布密度比前几代移动系统都高。
  
  其中，基站移动终端之间采用28Ghz的毫米波频段通讯。基站天线系统采用相控阵天线体制。波束在垂直和水平两个方向交叉极化，以实现更高的用户密度和增加系统用户容量。
  5G终端具备自选基站能力，可以根据基站误率挑选误率低的基站和信道通讯。
  
  实现以上这些功能，依赖阵列天线技术，基站和终端都用到了毫米波相控阵天线。终端中天线阵列为nXn点阵；
  
  2、回顾下终端中天线技术
  
  手机中布满了天线，从GPS、蓝牙、wifi、2G、3G、4G等频段。频率越低，尺寸越大。毫米波，顾名思义，其波长尺度在10mm内了，照波长四分之一计算，约2.5mm的点阵，就是组成有规则间距的阵列。
  
  4G的天线一般布置在手机上下端部和侧面，采用了LDS（立体电路的一种工艺，激光在3D曲面塑胶上选择性沉积金属工艺）和FPC（柔性线路板）配合侧面金属边框来实现终端天线功能：
  
  金属机身手机中，外露的中框一段金属与手机内FPC组成了天线：
  
  2017年玻璃机身手机开始流行，这类手机拟用到的工艺和材质依然是FPC和LDS工艺，也有把天线在玻璃壳体和玻璃支架上的：
  
  0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上边框触摸和天线
  
  3、5G的手机天线特点及其工艺
  
  （1）5G终端天线，对周边金属很敏感，
  
  由于毫米波之波长很短，来自金属的干扰是非常厉害的，印刷线路板（即PCB板），需要其与有金属的物体之间需要保持1.5mm的净空。
  
  （2）5G天线是垂直与水平天线交互的点阵
  
  这种垂直和水平交互的天线，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发。
  
  （3）5G天线对安装位置有特殊要求
  
  由于5G终端天线是相控阵体系，其天线单元需要形成聚焦波束，因此需要规则的位置进行摆放，天线不能被金属遮挡，适合3D空间扫描，规则的空间。
  
  5G终端，被人手和人体遮挡，其信号都会开始寻找最优误率频段，形象的说，手机像一个长了眼睛的小宠物，一旦遮挡他，他即刻眼球四处转动寻找最优信道。我们把5G手机这一动作叫手机寻优，因此，设计终端时候，安装天线位置一开始就要合适，使其好寻优。目前手机终端中，最适合5G天线位置是两端，尤其是上端部（听筒位置附近），其他4G内天线都要给其让路，也就是说有优选位置权，其他天线移到他处。

  浏览 406赞 58时间 2024-04-09
• 拿一杯铁

  随着移动通信从2G、3G、4G 到5G 的不断发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO 天线乃至大规模阵列天线的发展历程。天线作为移动通信网络的感知在网络中的地位越来越复杂，并且作用也越来越重要。
  2、天线的可感知是移动通信天线的一个技术热点
  基站天线的工参准确性对网络运维和优化具有重要的意义，当前的研究主要集中在这3 个方面：利用电调天线的AISG 线进行供电和回传，适用于新建电调天线站；采用太阳能或其他方式供电，采用无线回传，适用于存量站和非电调天线基站；采用人工上站用姿态仪采集。
  2.1 利用电调天线的AISG 线进行供电和回传
  目前基站智能工参研究主要集中于可感知系统实现对天线方位角、机械下倾角、海拔高度、经纬度等参数的实时测量和记录。其中，海拔高度、经纬度可采用北斗或GPS的方式测量，海拔高度的测量精度一般是5～10 m，经纬度的测量精度一般是5 m。机械下倾角可采用重力加速度计进行测量，测量精度约0.5°，且测量速度快，可用于监测天线姿态。天线方位角的测量比较复杂，几种可能的实现方式具体如下。
  （1）双GPS 方案
  可进行绝对方位角的高精度测量，测量时间约2 min，实时性尚可。但当两个GPS 接收机之间的距离缩小时，测量误差快速增大， 比如当双GPS 设备长度小于200 mm时，测量误差大于5°，虽然可通过多次测量来提高精度，但实时性明显变差。如果在射线方向存在遮挡，其测量精度会大大降低。此外，该方案的设备成本较高。
  （2）和差波束方案
  也可进行绝对方位角的较高精度测量，设备成本比双GPS 低。缺点是测量时间过长，实时性不满足要求。如果要求设备小型化，差波束的斜率明显下降。同样，射线方向存在遮挡时测量精度同样降低。
  （3）罗盘方案
  因受工程现场复杂磁环境的影响不能测量绝对方位角，但相对方位角的测量精度很高，约10 s 的测量时间，在3 种方案中耗时最短、实时性最好；设备可以做到不超过双频天线的截面积， 满足一体化设计的小型化要求；成本也比较低。其缺点有两点，第一不能测量绝对方位角；第二，抗近距离磁环境的干扰能力差，在其设备100 mm 范围内不能有磁性物质。这种方案不建议采用。
  上述3 种方案各有优缺点，现阶段成本上比较能够接收的方案是通过双GPS 方案进行一次绝对方位角测量，用来对罗盘测量的方位角进行校准，可以到达事半功倍的效果。所以，采用罗盘和重力加速度计作为可感知技术的基本方案与天线一体化设计，再配合双GPS 工具做一次性校准的组合方案性价比最高。方案的实现过程如图1所示。
  
  图1、可感知天线技术方案实现
  该方案通过双GPS 工具测量绝对方位角，对海拔高度、经纬度进行工程测量和记录；通过罗盘实时监测天线相对方位角，利用双GPS 工具测量的绝对值校准后可得到实时的绝对方位角；通过重力加速度计实时监测天线的机械下倾角，从而完成了天线工程参数自感知的任务。
  以上方案的都有共同的缺点就是工参模块的供电和的回传依靠电调天线的AISG 线， 对于中国移动大量的存量非电调天线基站无法应用。
  2.2 非电调天线基站的无线回传方式
  对于存量站和非电调天线基站的应用场景，中国移动通信集团设计院通过采集模块利用ZigBee （紫蜂协议）技术进行短距离无线通信，将采集传输至传输模块。通信基站附近有着复杂的电磁环境， 为了保证的可靠、安全传输，采集模块使用了自主研发的抗干扰、频点探测技术进行通信，同时通信使用AES 加密算法，能够有效地实现的可靠传输。
  采集模块利用太阳能为自身供电，太阳能本身会受多方面因素影响，如天气、太阳能面板朝向、建筑物遮挡、安装位置等，进而使得不同设备、不同时间获得的太阳能波动很大，对设备采集及电池安全有较大的影响。采集模块拥有自行设计的智能电源管理算法，能够根据太阳能获取情况智能的进行采集、传输、电池充电，能够有效地保障设备的工作情况，雾霾天、雨雪天都能正常工作，提高电池效率，延长设备寿命。
  3、大规模阵列天线是5G 的关键技术之一
  5G 网络的应用可归为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠4 个主要技术场景。
  连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020 年及未来的移动互联网业务需求， 也是传统4G 主要的技术场景。低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G 新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好地支持物联网及垂直行业应用的情况。

  浏览 483赞 153时间 2024-02-19
• hylandstar

  以信息技术为代表的新一科技和产业变革，正在逐步孕育升级。在流量激增，用户设备增长和新型应用普及的态势下，迫切需要第五代移动通讯系统（5G）的技术快速成熟与应用，包括移动通信，Wi-Fi，高速无线数传无一例外的需要相比现在更快的传输速率，更低的传输延时以及更高的可靠性。为了满足移动通信的对高速率的需求，一是需要引入新技术提高频谱效率和能量利用效率，二是需要拓展新的频谱[1]。
  在此背景下，大规模多输入多输出技术 （Massive MIMO）已经不可逆转的成为下一代移动通信系统的中提升频谱效率的核心技术[2]。多输入输出技术(MIMO) 可以有效利用在收发系统之间的多个天线之间存在的多个空间信道，传输多路相互正交的流，从而在不增加通信带宽的基础上提高吞吐率以及通信的稳定性[3]。而Massive MIMO技术在此基础之上更进一步，在有限的时间和频率基础上，采用上百个天线单元同时服务多达几十个的移动终端(详见图1)，更进一步提高了吞吐率和能量的使用效率[2]。
  
  图1、一个典型的大规模多输入多输出阵列系统
  除了Massive MIMO的应用，5G另外一个关键技术就是高频段（毫米波）传输。传统移动通信系统，包括3G，4G移动通信系统，其工作频率主要集中在3GHz以下，频谱已经异常拥挤。而工作在高频段的通信系统，其可用的频谱非常丰富，更有可能占用更宽的连续频带进行通信，从而满足5G对信道容量和传输速率等方面的需求[1], [4]。因此，在2015年11月，世界无线电通信大会WRC-15，除了确定了470~694/698 MHz、1427~1518 MHz、3300~3700 MHz、以及4800~4990 MHz作为5G部署的重要频率之外，又提出了对24.25~86GHz内的若干频段进行研究，以便确定未来5G发展所需要的频段[1], [5]。
  但毫米波移动通信也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。因此，高增益、有自适应波束形成和波束控制能力的天线阵列，自然成为5G在毫米波段应用的关键技术[6]。
  然而，考虑到上述系统、天线阵的实际应用场景和应用环境，带有Massive MIMO天线阵的5G基站建站时，由于实际空间受限，天线阵的体积不能很大。天线阵物理尺寸受限的情况下，多个天线单元之间的互相耦合、干扰，必然会造成天线性能的下降，主要表现在以下几个方面：
  （1）造成天线副瓣较高[7]，对阵列的波束扫描能力有较大的影响[8]；
  （2）由于天线单元之间互相的干扰，造成信噪比变差，进而直接影响吞吐率；
  （3）使得能够有效辐射的能量减少，造成天线阵增益降低，能量利用效率低下[8],[9]。

  浏览 158赞 106时间 2023-07-29
• baby梓瑜

  5G系统的天线技术
  
  　　这包括单个天线的设计以及系统层面上的技术，系统层面的上文有提到，例如多波束、波束成形、有源天线阵、Massive MIMO等。
  
  　　从具体天线设计来看，超材料为基础的概念发展出来的技术将会大有裨益。目前超材料已经在3G和4G上取得了成功，例如实现了小型化、低廓、高增益和款频段。
  
  　　第二个是，衬底或者封装集成天线。这些天线主要用在频率比较高的频段，也就是毫米波频段。虽然高频段的天线尺寸很小，但天线本身的损耗非常大，所以在终端上最好把天线和衬底集成或者更小的封装集成。
  
  　　第三个是电磁透镜。透镜主要应用于高频段，当波长非常小的时候，放上一个介质可以去到聚焦的作用，高频天线体积并不大，但是微波段的波长很长，这就导致透镜很难使用，体积会很大。
  
  　　第四个是MEMS的应用。在频率很低的时候，MEMS可以用作开关，在手机终端，如果能对天线进行有效的控制、重构，就可以实现一个天线多用。

  浏览 246赞 112时间 2022-01-13
• wongjackson

  过去二十年，我们见证了移动通信从1G到4G LTE的转变。在这期间，通信的关键技术在发生变化，处理的信息量成倍增长。而天线，是实现这一跨越式提升不可或缺的组件。
  
  按照业界的定义，天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换，也就是发射或接收电磁波。通俗点说，无论是基站还是移动终端，天线都是充当发射信号和接收信号的中间件。
  
  现在，下一代通信技术——5G已经进入了标准制定阶段的尾声，各大运营商也正在积极地部署5G设备。毋庸置疑，5G将给用户带来全新的体验，它拥有比4G快十倍的传输速率，对天线系统提出了新的要求。在5G通信中，实现高速率的关键是毫米波以及波束成形技术，但传统的天线显然无法满足这一需求。

  浏览 443赞 91时间 2021-11-14