5G宏网天线覆盖与现网兼容性分析

韩璐

【摘要】在通信技术不断发展的背景下，5G技术已  前时代发展的重要方向。本文是依据通信系统应用需求和天线特征来做出对基站天线技术和现网兼容性的分析，旨在为今后的为5G商用升级提供了一定的实现方案。

【关键词】5G天线;宏网覆盖;现网兼容性

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.10..005

根据相关咨询报告数据可以看出，我国目前移动通讯网络的主流依旧是4G用户，5G技术更多的是应用在高容量和大连接的场景当中，并不是所有场景的都需要使用到5G技术，4G网络完全可以满足用户需求。由此可见，即便是当前的5G时代，4G网络依旧是基础承载网络，4G/5G将长期处于协同发展的局面。

1. 大规模多天线技术的现状

在无线通信技术不断发展的背景下，高速数据业务和各种接入需求都在呈现出一种爆发式增长的趋势。从2020年开始，各种通信业务的数量都已经比先前增加1000倍以上，将其作为依据就需要进一步的做好对宽带无线接入网的能力的提升，从而更好地适应未来用户业务的需求。针对当前的宽带无线接入需求来说，欧盟、中国、日本和美国等地区都开始了第五代移动通信系统的相关技术研究。不管是從2G到3G，还是从4G到5G，每一代的系统更新都是将新技术作为主要的基础来进行发展，这些都是为了更好的解决当时的需求。在当前的5G时代中，小区数量已经变得越来越多，并且也愈加的密集起来，这种现象会给容量、耗能和业务的需求产生非常高的要求。想要对网络吞吐量进行提升，需要从几个方面来进行出发：一是要注意点到点链路的传输速率;二是要实现对频谱资源的扩展;三是要高密度部署异构网络。现阶段的数据流量正在高速的发展，使得用户对于带宽的需求变得更高，现有的4G蜂窝网络的多天线技术（8端口MU-MIMO、CoMP）已经很难满足相关的需求。从近期的研究可以看出，通过在基站端采用超大规模天线阵列（比如数百个天线或更多）可以带来更多的性能方面优势，这种天线阵列的MU-MIMO也被称为大规模天线阵列系统，可以实现更高容量场景的天线覆盖。

2. 5G时代的高容量场景天线覆盖

2.1 5GMassiveMIMO天线关键技术

无线通信系统中所采用的MIMO技术是从空间的角度来进行信道的分隔，这样可以实现对数据传输速率和可靠性的提升。对于MassiveMIMO天线技术来说，它属于MIMO技术的再扩展，通过在基站侧添加更多的天线阵列，让其可以形成一个多发多收的是系统，实现5G天线系统的更大的定向力，让5G网络可以很好地满足超高的数据流量场景，并且做到对大规模连接可靠性的有效提升。MassiveMIMO技术5G网络中的关键技术之一，其中MU-MIMO技术和3D-MIMO技术（如图1所示）就可以看作是其最为关键性的内容。对于MU-MIMO来说，它所指就是一种多用户MIMO，简单来说就是网络中的多个用户，在不增加基站密度的情况下，就可以实现同一时频资源的通信工作，对提升频谱效率也具有重要意义;3D-MIMO技术是将多阵列波束赋形做为主要的基础，通过利用这种类型的技术来实现对不同种指向窄波束的赋形工作，让三维立体的覆盖能力可以得到进一步的提升。除此之外还可以实现对小区内不同终端的灵活性跟踪，并且还要具有非常强的抗干扰的能力。对于天线集中配置的Massive MIMO来说，它所主要应用的场景有城区覆盖、无线回传、郊区覆盖以及局部热点。对于其中的城区覆盖来说，可以分为宏覆盖和微覆盖两种类型;而无线回传所解决的主要就是基站之间存在的数据传输方面问题;郊区覆盖将重点放在了偏远地区的无线传输问题;局部热点所关注的就是大型赛事、演唱会、商场、露天集会、交通枢纽等用户密度高的区域。

2.2 不同覆盖场景下天线选型

5G所覆盖的场景可以分为广域覆盖和连续覆盖，深度覆盖和容量覆盖，5G时代分场景网络配置方案可以如图2所示。

3. 广域覆盖和连续覆盖场景

广域覆盖和连续覆盖都是移动通信网络中的需要重点关注的内容，尤其需要依据区域的不同来做出不同的配置。对城区和发达地区的城郊作一定观察可以看出，人流密度是比较大的，各种日常数据的流量开销是比较大的，但是整体的负荷量不大，在对通信网络信号进行覆盖的时候，不需要采用垂直方向的数字扫描就可以满足网络覆盖的要求，只需要对常规的波束做好调整处理。此外还要注意到兼顾容量覆盖，并且要综合考虑到性价比的问题，一般是选择16TR天线;对于农村等区域来说，常住人口数量较少，对于数据流量也不会具有较高的要求，因此只需要满足基本需求即可，通常是直接的选用8TR天线。

3.1 深度覆盖场景

深度覆盖所结局的内容就是室内和室外场景除出现的弱覆盖和覆盖盲区的问题。为了更好的实现连续覆盖的工作，需要重视单独补盲。就目前来说的深度覆盖场景来说，室外覆盖室内的方案属于一种常见的方案类型，并且对天线增益和波束宽度有着较高的要求，大都是采用特定的波束天线（小于16TR）来做好覆盖，可以很好的应对城区深度覆盖不足的问题，避免出现其他问题。

3.2 容量覆盖场景

容量覆盖场景所发挥的主要目的就是对热点区域的覆盖容量进行提升，通过这样的方式来更好的满足用户的需求，主要集中在数据流量和数据速率两个方面的内容，并且要将其重点设置在中心商用街区和人流密集的广场和交通枢纽等等场景。具体来说，可以通过采用MU-MIMO技术来实现系统容量的提升，选用64TR/32TR天线来满足多用户同时通信的需求。

3.3 其它场景

对于环境和谐度要求比较高或者是业主电磁敏感无法安装常规天线的场景来说，可以选择使用小型化的5GT天线来进行覆盖;对于城区天面资源有限的地区来说，可以使用4G/5G多系统共用天线的覆盖方案来做出解决。

4. 5G时代基础承载网络天线

5G时代的多系统共天线的应用需求对于天线设计也已经提出了新的挑战，各种新的控制技术都在成为5G时代高性价比天线的技术基础。

4.1 一体化融合组阵及多维度复用技术

在天线产品中通过融合和应用多维度的复用技术，能够实现减少共用天线的天线产品体积的优势，可以让5G网络天线朝着更加小型化方向进行发展，在增强集成化方面也具有非常重要的作用。除此之外也可以在一定程度上缓解资源紧张、天线视觉冲击大的问题。

4.2 一体化移相器及超薄馈网技术

这种技术是将移相器、功分器、滤波器的功能都集成在一个单一的腔体当中，让内导体以外的金属组件都可以集成为单一的简述题，然后利用异构介质的运动来实现对相位的改变，让部件的厚度可以得到显著的提升。这种技术同样是促进了天线小型化和集成化的发展，让天线技术指标由此得到了很大的提升。

4.3 电机复用及嵌入式控制技术

多频段天线中的电机数量正在增多，这样不仅会占用更多的天线内部空间，影响到天线小型化发展，也会给成本和可靠性带来一定的影响。将电机复用及嵌入式控制技术应用在网络天线当中，仅使用一个电机就可以完成多个天线波束指向调整的嵌入式控制技术，对天线小型化的发展和集成化发展都具有重要的作用。

结语：综上所述，对于5G天线来说，未来大部分城市的天线覆盖，郊区和农村以及密集城區超高容量场景的天线配置都会有针对性的解决方案来加以应对。对于现网兼容的天线来说，高性价比天线就是未来要追求的主要趋势。

参考文献：

[1]卜斌龙，林学进，孙全有.5G宏网天线覆盖解决方案及现网融合技术[J].移动通信，2019（04）：21-24+42.

[2]贝斐峰，华昉.浅析小基站在5G网络覆盖中的应用[J].通信世界，2019（22）：20-22.

[3]赵楠，陈洋，刘睿，范孟林，郑甜.基于契约理论的协作频谱共享动态激励机制设计[J].计算机工程与设计，2018（09）：2725-2729.

[4]张克，刘留，袁泽，张琨，张建华，刘志军.工业物联网无线信道与噪声特性[J].电信科学，2018（08）：87-97.

[5]骆贵新.卫星网络与地面网络融合的5G网络架构[J].信息与电脑（理论版），2018（14）：163-164.