5G 基地台天線設計將影響通訊系統傳輸容量

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 28 日 8:00 | 分類 手機 , 網路 , 網通設備 Telegram share ! follow us in feedly


基地台天線設計技術中,包括多波束(Multi-Beam)、主動陣列天線(Active Phased Array)、波束成形(Beamforming)、巨量天線(Massive MIMO)等。隨著 5G 天線設計系統化和複雜化,例如波束陣列(達成空分複用)、多波束及多、高頻段,對天線提出更高需求,並涉及整個系統與相容問題,尤其陣列天線設計好壞會左右傳輸容量、涵蓋範圍及效率,對於電信業者來說,影響營運成本與資本支出。

在 5G 裝置部署 MIMO 將帶來設計面的挑戰

基地台天線為基地台設備與終端使用者間之資訊能轉換,在訊號發送過程中,調製後射頻電流經基地台天線轉換為電磁波,向預定區域(如手機)輻射出去;接收過程中,使用者資訊經調製後之電磁波,由基地台天線接收,有效地轉換為射頻電流,傳輸至局端設備,即基地台天線在行動通訊占有傳達的重要角色,直接影響通訊網路服務品質與覆蓋範圍。

目前 5G 基地台天線設計採用 64 通道之 Massive MIMO 技術,然儘管通道數愈多、網路性能愈高,因另需考量天線性能、尺寸大小、重量及成本因素,也有不少電信運營商採用低成本的 Massive MIMO 16 通道解決方案。

▲ 5G Massive MIMO 天線應用挑戰。(Source:拓墣產業研究院整理,2019.8)

5G 基地台採用大規模陣列天線技術

對電信營運商來說,基地台天線配置極為關鍵,不論天線波束、增益、涵蓋方向、可用驅動功率、天線配置、極化方向等,會直接影響行動通訊網路系統性能,進而影響通訊品質。

其中 MIMO 技術帶動天線需求,天線為因應多載波需求,尤其在陣列天線發展上,設計難度提升,體積進一步縮小,同時增加射頻模組(移相器 Phaser、功率放大器、低噪放大器等)採用數量。目前全球多家電信營運商完成 Massive MIMO 試驗,陸續於 2019~2020 年完成商業部署,以支援網路中最擁擠地區之通訊。目前 5G 網路多採用 AAU(Active Antenna Unit)+CU(Centralized Unit)+DU(Distribute Unit)之無線接入網路架構,其中天線和射頻單元 RRU 合二為一,成為主動天線單元(Active Antenna Unit,AAU),AAU 除含有 RRU 射頻功能外,亦包括部分實體層處理功能。

(首圖來源:pixabay

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