为保5G通讯服务质量,基地台天线该如何设计?

原创 拓墣产业研究院  2020-03-21 14:24  阅读 143 次浏览 次

基地台天线设计技术中,包括多波束(Multi-Beam)、主动阵列天线(Active Phased Array)、波束成形(Beamforming)、巨量天线(Massive MIMO)等。

随着5G天线设计系统化和复杂化,例如波束阵列(实现空分复用)、多波束及多、高频段,对天线提出更高需求,并涉及整个系统与兼容问题,尤其阵列天线设计好坏会左右传输容量、覆盖范围及效率,对于电信业者来说,影响其营运成本与资本支出。

在5G装置上部署MIMO将带来设计上的挑战

基地台天线为基地台设备与终端使用者间之信息能转换,在讯号发送过程中,调制后射频电流经基地台天线转换为电磁波,向预定区域(如手机)辐射出去;接收过程中,使用者信息经调制后之电磁波,由基地台天线接收,有效地转换为射频电流,传输至局端设备,即基地台天线在行动通讯中占有传达的重要角色,直接影响通讯网络服务质量与覆盖范围。

目前5G基地台天线设计采用64通道之Massive MIMO技术,然尽管通道数愈多、网络性能愈高,因另需考量天线性能、尺寸大小、重量及成本因素,也有不少电信运营商采用低成本的Massive MIMO 16通道解决方案。

5G基地台采用大规模阵列天线技术

对电信运营商来说,基地台天线配置极为关键,不论天线波束、增益、覆盖方向、可用驱动功率、天线配置、极化方向等,会直接影响行动通讯网路系统性能,进而影响通讯质量。

其中MIMO技术带动天线需求,天线为因应多载波需求,尤其在阵列天线发展上,设计难度提升,体积进一步缩小,同时增加射频模块(移相器(Phaser)、功率放大器、低噪放大器等)采用数量。目前全球多家电信营运商完成Massive MIMO试验,陆续于2019~2020年完成商业部署,以支援网络中最拥挤地区之通讯。

目前5G网络多采用AAU(Active Antenna Unit)+CU(Centralized Unit)+DU(Distribute Unit)之无线接入网路架构,其中天线和射频单元RRU合二为一,成为主动天线单元(Active Antenna Unit,AAU),AAU除含有RRU射频功能外,亦包括部分实体层处理功能。

文丨拓墣产业研究院 谢雨珊

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