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5G技术观察:或给手机天线设计带来挑战

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5G技术将提供相较于4G网络1000倍之数据传输,其中国际电信联盟(ITU)已公布对5G网络所需传输速率、延迟和可靠性之衡量要求,并积极提高能源效率,但针对此尚未有可衡量目标。


由于5G系统比4G(LTE)系统输送量大,需通过多重输入多重输出(MIMO)技术为基础,在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使讯号通过发射端与接收端的多天线传送和接收。


即提升资料传输天线端口,从而改善通讯质量,获得更大通道自由度(除了频域和时域外,增加空域自由度,提高系统通道容量),使网络中潜在空间复用(Spatial Multiplexing)效益最大化,以改善频谱效率、传输可靠性与能量效率。


5G技术特色为高频通讯、Massive MIMO、载波聚合等,当中要求射频部分需硬件支援,5G天线发展从被动式(Passive)到主动式(Active),并与射频单元整合,从原先天线+射频单元的远端射频单元(RRU),变成主动天线单元(AAU),由于整体程度提升,这对移动终端来说将带来新的硬件设计挑战。


基地台天线朝小型化、一体化演进


基地台天线不断演进,从过去全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、双频电调双极化到目前多频双极化天线,当行动通讯使用者数目不断增加,现有频谱资源日益缺乏,因此进一步要求基地台天线能实现多频整合功能。


随着5G技术发展,基地台天线将朝小型化、一体化(整合天线和滤波器)方向演进。


2017年在基地台天线市场发展上,全球前五大天线厂商即占据80%市占率,其中华为达30.5%、Kathrein达21.5%、Commscope达15.5%、Amphenol达7.5%、RFS达5%。



Massive MIMO为5G提高系统容量和频谱利用率之关键技术


随着大规模多输入多输出(MIMO)发展,此技术涉及每个基地台使用更多天线阵列,使得每个基地台有更多硬件组件。


5G与4G相比,将增加5G基地台总能耗,不过在大规模MIMO技术逐渐成熟下,其能效亦可能随时间推移而提升;换言之,设备可在同一时间和频率上为更多用户提供服务,此种能力被称为空间复用。


此外,5G天线复杂度大幅提升,目前4G网络普遍采用2~8通道天线(FDD (Frequency Division Duplex)制式多为2/4通道,TDD(Time Division Duplex)制式多为8通道),一般为10~40个天线振子。


相较于4G技术,5G基地台天线需求将大幅提升,随着全面采用Massive MIMO后,天线振子数量将达64个、128个甚至256个,通过不同维度(时域、空域、频域、极化域等)提升频谱和能量利用效率。


5G网络基本组成包括大规模MIMO天线兴起与Small Cell数量提升。根据Small Cell Forum预估,2024年5G Small Cell将超过4G Small Cell,其中2025年5G和多模(Multi-Mode)Small Cell总安装量预计达1310万台,占总体Small Cell台数1/3。


Source:拓墣产业研究院


图片声明:封面图片来自正版图片库:拍信网。



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