物联网

5G通信技术对基站和智能手机的天线带来哪些挑战?

2025China.cn   2017年01月17日

  4G通信技术已经普及,第五代通信技术5G也正在加快商用的脚步。本文我们将简单聊一聊5G的天线技术。为了带来更快的速度,基站的天线有了哪些变化?5G手机的天线又会有哪些特点?

  5G的特点

  5G具有高速率、海量设备联接、低功耗、低时延和高可靠的优点。不过想像很美好,现实很骨感,5G实现过程困难重重。具体表现为:

  5G相比4G要满足的场景更复杂,性能要求也较高;

  5G需要新增大量基站,来实现超密集部署;

  5G也需要大量频谱资源来实现超高速率;

  5G微基站对天线需求大增

  山鼻祖仙农提出了通信界的金科玉律:C=B log2(1+S/N)。

  简单地说:理论传输速率C与带宽B直接相关,这个很好理解,道路宽度直接决定车流量上限。

  同理,要提高车流量,与其制定更为复杂的道路规则(对应通信里的各种协议,编解码规则),不如增加车道数来提高车流量最为有效,这是最简单粗暴——公主抱般的方式。

  移动通信的频谱资源太有限,想要增加带宽(B)只有采用更高的频段。5G的毫米波方案就像多条N车道的超宽高速公路,对每辆车的限速有了大幅提升。但是问题来了,电磁波的传播特性很有趣,频率越高传播路径越直,不能掰弯。这样的话打个电话还得对着天线方向。也太反人性了。聪明的通信人想到了微基站技术。想像手术台上的无影灯,通过增加光源实现全覆盖。

  通过把宏基站变成多个微基站来增加覆盖面积,解决直线传播的问题。同时,宏基站不再负责对接入网设备,而是由每个微基站来做这部分工作,有了更多的基层工作人员,上层领导可以管理更多人。麻烦的事还有:高频段信号传播损耗大,需要大规模多天线技术(MassiveMIMO)来实现空间分集,抑制传播损耗。这里的MIMO是多输入多输出的意思,基站与手机间有更多的信道并行通信,每对天线独立传送一路信息,汇集后成倍提高速率,想想也是极好的。

  就像恋爱约会时,感觉除了心上人其他的声音都是噪音。通信人又想到用大规模天线阵列控制每一个天线单元的发射(或接收)信号的相位和信号幅度,产生具有指向性的波束(像手电一样),消除来自四面八方的干扰,增强波束方向的信号。

  这种对空间资源的充分挖掘,可以有效利用宝贵的频带资源,几十倍地提升网络容量。同时,可以更为精确地定位设备。

  天线长度约为1/2波长或者1/4波长,5G毫米波时代天线越来越小,数量成对增加。现在4G手机多为2&TImes;2,5G至少为4&TImes;4,同时基站天线也多达128或者256根天线。万物互联,也还都是需要天线的。

  上面已经介绍了根据5G的特点,所需的天线会有一定的变化,那么对于终端来说,天线相比4G会有什么特点?

  5G的手机天线特点

  (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,其天线单元需要合成形成聚焦波束,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码率频段,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。

  (4)5G天线是一个含芯片的模组

  天线点阵,16个小的米粒大小的天线,不可能用16根屏蔽线引出信号到射频芯片了,需要就地解决与芯片连接难题。引出天线与点阵天线做成一体,一般一个芯片管理四个点阵。

  天线模组输出不是射频信号,可以用接插件引出端子到手机主板上。

(转载)

标签:5G 基站 智能手机 我要反馈 
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