5G移動通信的天線技術(shù)研究

袁一鋒，張 堅(jiān)

（1.中浙信科技咨詢有限公司，浙江 杭州 310014；2.中國電信股份有限公司 杭州分公司，浙江 杭州 310066）

0 引 言

現(xiàn)階段，通信行業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提高，推動了通信技術(shù)的優(yōu)化與完善。要想擴(kuò)展5G移動通信的應(yīng)用范圍，應(yīng)注重對5G移動通信天線技術(shù)的研究與應(yīng)用，促使通信技術(shù)可以趨于多元化方向發(fā)展，為5G移動通信發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 5G移動通信與天線技術(shù)

5G通信和4G通信差別較大，5G通信網(wǎng)速理論值能夠達(dá)到10 Gb/s,實(shí)際測試網(wǎng)速也可達(dá)1 024 Mb/s。大規(guī)模天線陣列、新型多址以及新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等的應(yīng)用能夠提高5G性能，例如新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用了云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，其目的是促使5G網(wǎng)絡(luò)更高效、智能、靈活[1]。對于5G通信，一般通過高低頻混合組網(wǎng)的模式有效提高頻譜利用率。

在5G通信發(fā)展的影響下，新型天線傳輸技術(shù)也在不斷發(fā)展，雖然數(shù)據(jù)流量需求日益增大，但是頻譜資源卻未能增加，大規(guī)模天線多輸入多輸出（Massive Multiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO）陣列是現(xiàn)階段應(yīng)對該問題最有效的方法。當(dāng)天線較多時，利用Massive MIMO形成多個并行的數(shù)據(jù)傳輸通道，保障基站能夠以相同時頻資源滿足多用戶需求，進(jìn)而有效提高系統(tǒng)頻譜效率[2]。此外，Massive MIMO還具備諸多特殊的優(yōu)勢，如降低波束干擾、減少總發(fā)射功率等。利用Massive MIMO技術(shù)對基站內(nèi)多天線發(fā)射信號的具體相位加以調(diào)節(jié)，并讓其在終端產(chǎn)生電磁波疊加，不但能夠提高信號接收的實(shí)際強(qiáng)度，還能生成基站以及全部終端之間的專有波束，全面提升信號傳輸?shù)陌踩訹3]。對于5G天線而言，由于5G移動通信終端用戶量較大，因此可以將不同的天線系統(tǒng)集成在同一天線基站內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間壓縮與成本降低[4]。

2 大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用分析

在5G移動通信發(fā)展的過程中，如何運(yùn)用大模塊天線準(zhǔn)確有效且迅速地捕捉不同終端信號，同時將中斷信號對捕捉成本帶來的影響盡可能降低是現(xiàn)階段急需解決的問題。想要促進(jìn)大規(guī)模天線進(jìn)一步優(yōu)化與完善，應(yīng)以時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）系統(tǒng)為基礎(chǔ)對導(dǎo)頻以及信道加以設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度算法降低計(jì)算難度[5]。在天線數(shù)量和用戶數(shù)量不斷增加的情況下，通過在建設(shè)基站的過程中科學(xué)運(yùn)用大規(guī)模天線技術(shù)，進(jìn)而全面提升上網(wǎng)速率。在運(yùn)用大規(guī)模天線技術(shù)時，通常應(yīng)配合使用正導(dǎo)交頻技術(shù)，從而有效降低導(dǎo)頻開銷。在獲取信息時，倘若用戶數(shù)量低于導(dǎo)頻開銷數(shù)量，會對信息獲取帶來一定影響[6]。以雙工系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在滿足控制信道需求之后應(yīng)校正其他因素，防止給系統(tǒng)帶來負(fù)面影響。通常情況下，校正因素含有硬件電路以及空間信號。對于硬件電路而言，應(yīng)將系統(tǒng)接送線路加以連接形成回路之后再進(jìn)行其他工作。對于空間信號來講，應(yīng)在接收過程中加以校正，并將校正系數(shù)計(jì)算出來。

結(jié)合相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用戶數(shù)量增加時，會使信息傳輸難度增大，對傳輸效率產(chǎn)生影響，無法確保傳輸任務(wù)能夠按時保質(zhì)完成。秉持互異性原則對信道加以校準(zhǔn)，對電路加以判斷，并展開空間信號的校正工作[7]。在5G移動通信發(fā)展的過程中，有時也需要向下傳遞天線接收的信息。若總體天線的使用主體越來越多，會降低信息和連接點(diǎn)互相結(jié)合的可能性，難以對信息進(jìn)行有效接收，同時難以向下傳遞信息，無法構(gòu)建信息傳輸?shù)耐ǖ馈Ｓ行?yīng)用天線技術(shù)線路間的互異性，提升連接可靠性和精確度，進(jìn)而推動信息向下傳遞。對天線連接點(diǎn)間信號加以判斷和計(jì)算，進(jìn)而促使信息快速安全傳遞。對系統(tǒng)資源配置加以優(yōu)化，促進(jìn)大規(guī)模天線技術(shù)的運(yùn)用，將資源配置具體難度減少，將其使用性能全面提升[8]。在科技不斷發(fā)展的影響下，大規(guī)模天線技術(shù)也在不斷完善，可以做到無線傳輸資源，能夠有效解決有線傳輸存在的諸多難題。結(jié)合相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對于無線傳輸系統(tǒng)而言，要想實(shí)現(xiàn)安全高效傳輸，還應(yīng)通過分簇方法合理進(jìn)行資源配置。

在5G通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用大規(guī)模天線技術(shù)，可以提高信息傳遞質(zhì)量與效率。結(jié)合大規(guī)模天線技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，秉持互異性原則對TDD系統(tǒng)進(jìn)行處理。以上下行間互異性為基礎(chǔ)，對上行通道進(jìn)行測量，進(jìn)而得到下行通道的信息，通過整體性技術(shù)確保反饋的可靠性與精確性，防止外在條件導(dǎo)致的負(fù)面影響，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)技術(shù)和結(jié)構(gòu)的完善和升級[9]。

3 5G毫米波天線技術(shù)應(yīng)用分析

毫米波天線技術(shù)是現(xiàn)階段應(yīng)用比較成熟的通信技術(shù)之一，其含有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)天線和新理念設(shè)計(jì)天線，前者包括陳列天線等，后者則包括微帶天線、極化天線等。基于5G通信網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的陣列天線可以運(yùn)用在較大規(guī)模的MIMO基站，而新理念設(shè)計(jì)的微帶天線可以運(yùn)用在MIMO終端內(nèi)。在獲取分集增益和波束賦形的過程中，較大規(guī)模的基站MIMO天線陣列需要的振子數(shù)高達(dá)上百個。通過空分多址，將整個集群視為單獨(dú)陣列，進(jìn)而將分集增益和波束賦形分配給用戶。除此之外，類微帶天線能夠?qū)⑤椛鋯卧陀性雌骷显谕挥∷㈦娐钒寤蛏榛壔瑑?nèi)，進(jìn)而變?yōu)槲⑿吞炀€。

4 天線技術(shù)的發(fā)展趨勢

結(jié)合電信、移動等運(yùn)營商實(shí)際情況，天線技術(shù)正朝著小型化、功能模式智能化以及射頻模塊與天線連接集中化等方向發(fā)展。在天線性能良好的前提下，不斷縮小天線體積是促進(jìn)天線發(fā)展的重要基礎(chǔ)。多種制式運(yùn)用于同一個超寬帶天線，也可以結(jié)合系統(tǒng)具體要求獨(dú)立調(diào)節(jié)單個制式。多制式天線的運(yùn)用可以減少天面資源與建站成本，還能夠滿足不同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求[10]。波束的賦形和分裂可以做到智能化，進(jìn)而滿足各場景的運(yùn)用需求。天線智能化可以促使系統(tǒng)間資源運(yùn)用、操作更加完善，進(jìn)而促使運(yùn)維方式也更加簡單便捷。此外，集中式設(shè)備會逐漸替代分離式設(shè)備，光纖會替代電纜，主設(shè)備與天線能夠一體化發(fā)展，促進(jìn)天面資源利用與部署更加高效、科學(xué)，進(jìn)而滿足網(wǎng)絡(luò)趨于扁平化方向發(fā)展的具體需求。

5 結(jié) 論

總而言之，科技的迅速發(fā)展也促進(jìn)了5G移動通信的天線技術(shù)優(yōu)化與完善。目前對該技術(shù)的研究任重道遠(yuǎn)，有諸多問題仍需要進(jìn)一步解決，對此應(yīng)持續(xù)深入研究，全面拓展5G移動通信的應(yīng)用范圍，從而促進(jìn)通信行業(yè)實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。