4G通信技術已經普及,第五代通信技術5G也正在加快商用的腳步。本文我們將簡單聊一聊5G的天線技術。為了帶來更快的速度,基站的天線有了哪些變化?5G手機的天線又會有哪些特點?
5G的特點
5G具有高速率、海量設備聯(lián)接、低功耗、低時延和高可靠的優(yōu)點。不過想像很美好,現實很骨感,5G實現過程困難重重。具體表現為:
5G相比4G要滿足的場景更復雜,性能要求也較高;
5G需要新增大量基站,來實現超密集部署;
5G也需要大量頻譜資源來實現超高速率;
5G微基站對天線需求大增
山鼻祖仙農提出了通信界的金科玉律:C=B log2(1+S/N)。
簡單地說:理論傳輸速率C與帶寬B直接相關,這個很好理解,道路寬度直接決定車流量上限。
同理,要提高車流量,與其制定更為復雜的道路規(guī)則(對應通信里的各種協(xié)議,編解碼規(guī)則),不如增加車道數來提高車流量最為有效,這是最簡單粗暴——公主抱般的方式。
移動通信的頻譜資源太有限,想要增加帶寬(B)只有采用更高的頻段。5G的毫米波方案就像多條N車道的超寬高速公路,對每輛車的限速有了大幅提升。但是問題來了,電磁波的傳播特性很有趣,頻率越高傳播路徑越直,不能掰彎。這樣的話打個電話還得對著天線方向。也太反人性了。聰明的通信人想到了微基站技術。想像手術臺上的無影燈,通過增加光源實現全覆蓋。
通過把宏基站變成多個微基站來增加覆蓋面積,解決直線傳播的問題。同時,宏基站不再負責對接入網設備,而是由每個微基站來做這部分工作,有了更多的基層工作人員,上層領導可以管理更多人。麻煩的事還有:高頻段信號傳播損耗大,需要大規(guī)模多天線技術(MassiveMIMO)來實現空間分集,抑制傳播損耗。這里的MIMO是多輸入多輸出的意思,基站與手機間有更多的信道并行通信,每對天線獨立傳送一路信息,匯集后成倍提高速率,想想也是極好的。
就像戀愛約會時,感覺除了心上人其他的聲音都是噪音。通信人又想到用大規(guī)模天線陣列控制每一個天線單元的發(fā)射(或接收)信號的相位和信號幅度,產生具有指向性的波束(像手電一樣),消除來自四面八方的干擾,增強波束方向的信號。
這種對空間資源的充分挖掘,可以有效利用寶貴的頻帶資源,幾十倍地提升網絡容量。同時,可以更為精確地定位設備。
天線長度約為1/2波長或者1/4波長,5G毫米波時代天線越來越小,數量成對增加?,F在4G手機多為2&TImes;2,5G至少為4&TImes;4,同時基站天線也多達128或者256根天線。萬物互聯(lián),也還都是需要天線的。
上面已經介紹了根據5G的特點,所需的天線會有一定的變化,那么對于終端來說,天線相比4G會有什么特點?
5G的手機天線特點
(1)5G終端天線,對周邊金屬很敏感,
由于毫米波之波長很短,來自金屬的干擾是非常厲害的,印刷線路板(即PCB板),需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。
(2)5G天線是垂直與水平天線交互的點陣
這種垂直和水平交互的天線,對應垂直和水平兩個極化方向的信號收發(fā)。
(3)5G天線對安裝位置有特殊要求
由于5G終端天線是相控陣體系,其天線單元需要合成形成聚焦波束,因此需要規(guī)則的位置進行擺放,天線不能被金屬遮擋,適合3D空間掃描,規(guī)則的空間。
5G終端,被人手和人體遮擋,其信號都會開始尋找最優(yōu)誤碼率頻段,形象的說,手機像一個長了眼睛的小寵物,一旦遮擋他,他即刻眼球四處轉動尋找最優(yōu)信道。我們把5G手機這一動作叫手機尋優(yōu),因此,設計終端時候,安裝天線位置一開始就要合適,使其好尋優(yōu)。目前手機終端中,最適合5G天線位置是兩端,尤其是上端部(聽筒位置附近),其他4G內天線都要給其讓路,也就是說有優(yōu)選位置權,其他天線移到他處。
(4)5G天線是一個含芯片的模組
天線點陣,16個小的米粒大小的天線,不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了,需要就地解決與芯片連接難題。引出天線與點陣天線做成一體,一般一個芯片管理四個點陣。
天線模組輸出不是射頻信號,可以用接插件引出端子到手機主板上。
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