Pengetahuan teknik antena stasiun pangkalan 4G dan 5G serta skenario aplikasinya.

1 Gambaran umum antena stasiun pangkalan

Bab ini memperkenalkan klasifikasi antena stasiun pangkalan dan tampilan berbagai jenis antena dalam komunikasi seluler.

1.1 Klasifikasi antena stasiun pangkalan

Antena omnidirectional:Pada pola horizontal, antena ini tampak sebagai radiasi seragam 360°, yang umumnya dikenal sebagai non-arah. Pada pola vertikal, antena ini tampak sebagai berkas dengan lebar tertentu. Umumnya, semakin kecil lebar berkas, semakin besar penguatannya. Antena omnidirectional umumnya digunakan dalam sistem komunikasi seluler di stasiun tipe pinggiran kota dan kabupaten, dengan area cakupan yang luas.

Antena terarah:Pada pola horizontal, ia muncul sebagai radiasi dalam rentang sudut tertentu, yang umumnya dikenal sebagai direktivitas. Pada pola vertikal, ia muncul sebagai berkas dengan lebar tertentu. Seperti antena omnidirectional, semakin kecil lebar berkas, semakin besar gain-nya. Antena directional umumnya digunakan di stasiun berbasis sel perkotaan dalam sistem komunikasi seluler, dengan cakupan kecil, kepadatan pengguna tinggi, dan pemanfaatan frekuensi tinggi.

Berbagai jenis stasiun pangkalan didirikan sesuai dengan kebutuhan jaringan, dan berbagai jenis stasiun pangkalan dapat memilih berbagai jenis antena sesuai kebutuhan. Pemilihan didasarkan pada parameter teknis di atas. Misalnya, stasiun omnidirectional menggunakan antena omnidirectional dengan gain yang pada dasarnya sama di setiap arah horizontal, sedangkan stasiun directional menggunakan antena directional dengan perubahan gain yang signifikan di arah horizontal. Umumnya, antena dengan lebar pancaran horizontal 65° dipilih di daerah perkotaan. Antena dengan lebar pancaran horizontal 65°, 90°, atau 120° dapat dipilih di daerah pinggiran kota (tergantung pada konfigurasi stasiun dan lingkungan geografis setempat). Di daerah pedesaan, yang paling ekonomis adalah memilih antena omnidirectional yang dapat mencapai cakupan area yang luas.

Antena mekanik:Mengacu pada antena bergerak yang menggunakan penyesuaian mekanis sudut kemiringan ke bawah. Setelah antena mekanis dipasang secara vertikal ke tanah, jika diperlukan optimasi jaringan, perlu untuk menyesuaikan posisi braket di bagian belakang antena dan mengubah kemiringan antena. Selama proses penyesuaian, meskipun jarak jangkauan pada arah lobus utama antena berubah secara signifikan, amplitudo komponen vertikal dan horizontal antena tetap tidak berubah, sehingga pola antena mudah berubah bentuk.

Practice proves:The optimal downtilt angle of the mechanical antenna is 1°-5°; when the downtilt angle changes between 5°-10°, its antenna pattern is slightly deformed but not much; when the downtilt angle changes between 10°-15°, its antenna pattern changes greatly; when the mechanical antenna changes After tilting down 15°, the shape of the antenna pattern changes greatly, from a pear shape without tilting to a spindle shape. At this time, although the coverage distance in the main lobe direction is significantly shortened, the entire antenna pattern is not within the sector of the base station. The base station's signal will also be received in the sectors of adjacent base stations, causing serious intra-system interference. In addition, during daily maintenance, if you want to adjust the downtilt angle of the mechanical antenna, the entire system must be shut down, and monitoring cannot be performed while adjusting the antenna inclination. Adjusting the downtilt angle of the mechanical antenna is very troublesome, and maintenance personnel generally need to climb to the place where the antenna is placed to make adjustments. The downtilt angle of the mechanical antenna is a theoretical value calculated through computer simulation analysis software, and there is a certain deviation from the actual best downtilt angle. The number of steps for adjusting the tilt angle of the mechanical antenna is 1°, and the third-order intermodulation index is -120dBc.

Antena yang dapat disesuaikan secara elektronik:Mengacu pada antena bergerak yang menggunakan penyesuaian elektronik pada sudut kemiringannya. Prinsip kemiringan elektronik adalah memiringkan pola vertikal antena ke bawah dengan mengubah fase osilator antena susunan kolinear, mengubah amplitudo komponen vertikal dan horizontal, serta mengubah kekuatan medan komponen komposit. Karena kekuatan medan di semua arah antena meningkat dan menurun secara bersamaan, dipastikan bahwa pola antena hanya sedikit berubah setelah mengubah sudut kemiringan, memperpendek jarak jangkauan di arah lobus utama, dan pada saat yang sama mengurangi area jangkauan seluruh pola di dalam sektor sel layanan tanpa menyebabkan interferensi. Praktik telah membuktikan bahwa ketika sudut kemiringan antena yang dapat disesuaikan secara elektrik berubah dari 1° hingga 5°, pola antenanya hampir sama dengan antena mekanik; ketika sudut kemiringan berubah dari 5° hingga 10°, pola antenanya sedikit lebih baik dibandingkan dengan antena mekanik; Ketika sudut kemiringan berubah dari 10° menjadi 15°, pola antenanya lebih baik daripada antena mekanis. Perubahannya lebih besar; ketika antena mekanis dimiringkan ke bawah 15°, pola antenanya sangat berbeda dari antena mekanis. Pada saat ini, bentuk pola antena tidak banyak berubah, jarak jangkauan arah lobus utama berkurang secara signifikan, dan seluruh pola antena berada di dalam sektor stasiun pangkalan. Meningkatkan sudut kemiringan dapat mengurangi area jangkauan sektor tanpa menyebabkan interferensi. Oleh karena itu, penggunaan antena yang dapat disesuaikan secara elektrik dapat mengurangi kehilangan panggilan dan mengurangi interferensi. Selain itu, antena yang dapat disesuaikan secara elektronik memungkinkan sistem untuk menyesuaikan sudut kemiringan bawah pola pengarahan vertikal tanpa mematikan sistem, dan memantau efek penyesuaian secara real-time. Akurasi langkah penyesuaian sudut kemiringan juga tinggi (0.1°), sehingga jaringan dapat disesuaikan dengan halus; Indeks intermodulasi orde ketiga dari antena yang dapat diatur secara elektrik adalah -150dBc, yang berbeda 30dBc dari antena mekanis, yang bermanfaat untuk menghilangkan interferensi saluran yang berdekatan dan interferensi palsu.

Antena terpolarisasi ganda:Antena polarisasi ganda adalah jenis teknologi antena baru yang menggabungkan dua antena dengan arah polarisasi ortogonal +45° dan -45° dan bekerja dalam mode dupleks transmisi dan penerimaan secara bersamaan. Oleh karena itu, keunggulan utamanya adalah menghemat jumlah antena pada stasiun pangkalan terarah tunggal. Secara umum, stasiun pangkalan terarah (tiga sektor) dari jaringan komunikasi seluler digital LTE menggunakan 9 antena, dan setiap sektor menggunakan 3 antena (keragaman spasial, satu pemancar dan dua penerima). Jika antena polarisasi ganda digunakan, setiap sektor hanya membutuhkan 1 antena; pada saat yang sama, karena antena polarisasi ganda tersebut, ortogonalitas polarisasi ±45° dapat memastikan bahwa isolasi antara antena +45° dan -45° memenuhi persyaratan intermodulasi untuk isolasi antar antena (≥30dB), sehingga jarak spasial antara antena polarisasi ganda hanya membutuhkan 20-30cm; Selain itu, antena dual-polarisasi memiliki keunggulan antena yang dapat diatur secara elektrik. Penggunaan antena dual-polarisasi dalam jaringan komunikasi seluler, seperti antena yang dapat diatur secara elektrik, dapat mengurangi kehilangan panggilan, mengurangi interferensi, dan meningkatkan kualitas layanan seluruh jaringan. Jika antena dual-polarisasi digunakan, karena antena dual-polarisasi tidak memiliki persyaratan tinggi untuk pemasangan dan instalasi, tidak perlu membeli lahan untuk membangun menara. Anda hanya perlu memasang tiang besi dengan diameter 20 cm, dan memasang antena dual-polarisasi pada tiang besi sesuai dengan arah jangkauan yang sesuai. Hal ini menghemat investasi infrastruktur, membuat tata letak stasiun pangkalan lebih rasional, dan mempermudah pemilihan lokasi stasiun pangkalan.

Untuk pemilihan antena, antena mobile yang sesuai dengan kebutuhan jaringan seluler di wilayah tersebut harus dipilih berdasarkan kondisi aktual seperti cakupan jaringan, volume bisnis, interferensi, dan kualitas layanan jaringan:

· Di area dengan lalu lintas tinggi dan stasiun pemancar yang padat, antena dual-polarisasi dan antena yang dapat disesuaikan secara elektrik sebaiknya digunakan sebanyak mungkin;

· Antena mekanik tradisional dapat digunakan di area seperti perbatasan dan pinggiran kota di mana volume lalu lintas tidak tinggi, stasiun pemancar tidak padat, dan cakupan hanya diperlukan.

1.2 Struktur internal dan jenis antena stasiun pangkalan komunikasi seluler

1.2.1 Antena Susunan Elemen Pelat Terarah

Antena pengarah pelat adalah jenis antena stasiun pangkalan yang paling umum digunakan dan sangat penting. Keunggulan antena jenis ini adalah: gain tinggi, pola sektor yang baik, back lobe kecil, kontrol sudut depresi pola vertikal yang mudah, kinerja penyegelan yang andal, dan masa pakai yang lama. Tampilan antena ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 1-1 Diagram skematik tampilan antena pengarah pelat

1.2.1.1 Pembentukan penguatan tinggi pada antena pelat

Gambar 1-2 Menggunakan beberapa osilator setengah gelombang untuk membentuk susunan linier vertikal

Gambar 1-3 Prinsip menambahkan pelat reflektif ke salah satu sisi susunan linier untuk mencapai orientasi horizontal (mengambil contoh susunan vertikal dua osilator setengah gelombang dengan pelat reflektif)

Saat ini, desain antena pengarah stasiun pangkalan dari para produsen antena pada dasarnya semuanya mengadopsi struktur susunan osilator tipe pelat. Ada dua jenis osilator yang dipilih, seperti yang dijelaskan dalam dua bagian berikut.

1.2.1.2 Osilator simetris

Susunan simetris setengah gelombang standar (tambahkan osilator tambahan untuk mengurangi ketinggian osilator dari tanah dan mengurangi ketebalan antena)

Gambar 1-4 Antena pelat terarah yang disintesis oleh beberapa osilator setengah gelombang

1.2.1.3 Osilator mikrostrip

Deformasi osilator setengah gelombang menggunakan prinsip saluran transmisi 1/4 panjang gelombang untuk membentuk radiasi:

Gambar 1-5 Antena pelat terarah yang disintesis oleh beberapa osilator mikrostrip

1.2.2 Antena dipol seri-fed omnidirectional

Antena omnidirectional menggunakan beberapa osilator setengah gelombang untuk mencapai sintesis dan peningkatan penguatan radiasi.

Gambar 1-7 Struktur osilator seri dan bentuk produk antena omnidirectional

2 4G LTEJenis-Jenis Antena dan Analisis Perbandingan

Isi utama bagian ini adalah untuk memperkenalkan analisis perbandingan cakupan dan lalu lintas antara antena dual-polarisasi LTE dan antena single-polarisasi.

2.1 Analisis korelasi antara antena dual-polarisasi LTE dan antena single-polarisasi

Pengenalan teknologi multi-antena LTE menambahkan dimensi kebebasan spasial pada sumber daya nirkabel dan mengajukan persyaratan baru untuk model saluran nirkabel. Model Saluran Spasial (SCM) diusulkan dalam 3GPP TR 25.996. Model ini cocok untuk sistem dengan bandwidth 5 MHz dan frekuensi pembawa sekitar 2 GHz. Jumlah maksimum multipath adalah 6. Sistem LTE membutuhkan saluran nirkabel yang dapat mendukung hingga 20 MHz. Oleh karena itu, model SCME (SCM Extension) digunakan dalam laporan teknis 36.803 untuk memperluas bandwidth saluran hingga 20 MHz dan mendukung jumlah maksimum multipath hingga 9. Di antaranya, karakteristik transmisi nirkabel antara eNB dan UE merupakan fungsi yang berubah terhadap waktu, yang berubah seiring perubahan konfigurasi antena, sudut arah antena, korelasi antena, dan lingkungan hamburan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2-1 Diagram skematik parameter sudut SCM

Perbedaan kinerja nirkabel antara antena terpolarisasi ganda dan antena terpolarisasi tunggal (jarak antar antena 10λ) terutama bergantung pada koefisien korelasi antena stasiun pangkalan. Ketika koefisien korelasi adalah 0, itu menunjukkan bahwa antena relatif independen dan korelasinya rendah. Ketika koefisien korelasi adalah 1, itu menunjukkan bahwa ada korelasi yang kuat antara antena. Ketika sistem menggunakan mode keragaman transmisi (seperti SFBC), keragaman penerimaan, dan mode dual-stream MIMO, kinerja nirkabel antena dengan korelasi rendah lebih baik daripada kinerja antena dengan korelasi tinggi. Gambar di bawah ini adalah hasil simulasi kinerja SFBC dengan koefisien korelasi masing-masing 0.25, 0.5, 0.6, dan 1. Dari hasil simulasi, ketika koefisien korelasi adalah 0.25, kinerjanya pada dasarnya tidak terpengaruh (dibandingkan dengan koefisien korelasi 0). Kinerja SFBC dengan koefisien korelasi 0.5 dan 0.6 turun sekitar 0.3dB hingga 0.4dB.

Gambar 2-2 Perbandingan kinerja tingkat tautan SFBC dengan koefisien korelasi yang berbeda

China Mobile menguji koefisien korelasi dari berbagai konfigurasi antena pada Juli 2008. Koefisien korelasi spesifiknya ditunjukkan pada tabel di bawah ini:

Tabel 2-1 Koefisien korelasi yang sesuai dengan konfigurasi antena yang berbeda

Catatan: Koefisien korelasi dalam tabel di atas diperoleh oleh China Mobile berdasarkan pengujian model SCME di daerah perkotaan padat penduduk. Di daerah perkotaan padat penduduk, koefisien korelasi ini agak representatif. Namun, bukan berarti koefisien korelasi ini dapat dipetakan ke proyek tertentu, dan bukan pula berarti koefisien korelasi ini berlaku untuk semua model daerah perkotaan padat penduduk.

2.2 Perbandingan kinerja antara antena dual-polarisasi LTE dan antena single-polarisasi

LTE mendefinisikan tujuh mode transmisi multi-antena, termasuk keragaman transmisi, MIMO berbasis precoding, pembentukan beam, dll. Ketujuh mode transmisi yang didefinisikan oleh LTE terutama untuk mempertimbangkan pemilihan mode transmisi yang fleksibel di bawah berbagai skenario dan model saluran yang berbeda. Biasanya hambatan dan kekurangan kinerja jaringan komunikasi seluler nirkabel dibagi menjadi tiga kategori berikut:

Sistem dengan keterbatasan daya:

Skenario aplikasi umum: Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan jangkauan dan mengatasi pelemahan sinyal, seperti area efektif, jangkauan luas di daerah pedesaan, dll.

Jenis teknologi antena yang digunakan: keragaman transmisi, keragaman penerimaan

Selisih kinerja: Peningkatan kinerja antena 10λ terpolarisasi tunggal kurang dari 5% dibandingkan dengan antena terpolarisasi ganda, dan selisih kinerja antara keduanya tidak besar.

Sistem dengan keterbatasan interferensi:

Skenario aplikasi umum: Terutama digunakan di daerah perkotaan padat di mana jarak antar stasiun relatif kecil. Interferensi merupakan faktor utama yang memengaruhi kinerja jaringan.

Jenis teknologi antena yang diadopsi: RANK=2 MIMO dual stream, RANK=1 MIMO single stream, RANK adaptif

Selisih performa: Algoritma adaptif RANK secara signifikan lebih baik daripada MIMO dual-stream paksa; pada saat yang sama, performa antena dual-polarisasi pada dasarnya sama dengan antena single-polarisasi 10λ.

Sistem dengan keterbatasan bandwidth:

Skenario aplikasi tipikal: Kondisi saluran (CQI) relatif baik, tidak ada cakupan kontinu antar stasiun pangkalan, jarak antar stasiun pangkalan relatif besar, dan jumlah pengguna relatif jarang. Misalnya: cakupan sel tunggal pada tahap awal jaringan eksperimental, dll.

Jenis teknologi antena: RANK=2 MIMO dual stream

Perbandingan kinerja: Kinerja antena 10λ terpolarisasi tunggal lebih baik daripada antena terpolarisasi ganda, dan peningkatan kinerjanya sekitar 20%.

Tabel 2-2 Tabel kesimpulan skenario aplikasi antena

Analisis di atas terutama membahas kesenjangan kinerja antara antena polarisasi tunggal dan antena polarisasi ganda. Namun, perlu dicatat bahwa antena polarisasi ganda memiliki keunggulan kemudahan pemasangan dalam rekayasa. Termasuk kemungkinan menggunakan satu tiang, menyesuaikan sudut kemiringan ke bawah secara seragam, memudahkan penataan antena, dan lain-lain. Dalam situasi saat ini di mana pemilihan dan pemasangan lokasi jaringan nirkabel semakin sulit, keunggulan antena polarisasi ganda di atas menjadi sangat penting.

3 4G LTESkenario aplikasi dan pemilihan antena stasiun pangkalan

Isi utama bagian ini menjelaskan klasifikasi area cakupan jaringan nirkabel dan pemilihan antena yang sesuai berdasarkan skenario penyebaran jaringan aktual.

3.1 Pemilihan antena stasiun pangkalan perkotaan

Karakteristik lingkungan aplikasi: Stasiun basis tersebar secara padat, sehingga membutuhkan area cakupan yang kecil untuk satu stasiun basis. Diharapkan dapat meminimalkan cakupan lintas area, mengurangi interferensi antar stasiun basis, dan meningkatkan kecepatan unduhan.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan mode polarisasi: Karena kesulitan dalam memilih lokasi stasiun pangkalan di daerah perkotaan dan keterbatasan ruang pemasangan antena, disarankan untuk menggunakan antena polarisasi ganda dan antena pita lebar;

Pemilihan pola arah: Di daerah perkotaan, pertimbangan utama adalah untuk meningkatkan penggunaan kembali frekuensi, sehingga antena terarah umumnya digunakan;

Pemilihan lebar pancaran setengah daya: Untuk mengontrol cakupan sel dengan lebih baik guna menekan interferensi, lebar pancaran setengah daya horizontal antena perkotaan dipilih sebesar 60~65°;

Pemilihan gain antena: Karena stasiun pangkalan di daerah perkotaan umumnya tidak memerlukan jangkauan yang luas, disarankan untuk menggunakan antena dengan gain sedang. Disarankan untuk menggunakan antena dengan gain 15-18dBi di daerah perkotaan. Jika antena mikrosel digunakan untuk mengisi area tanpa jangkauan di daerah perkotaan, antena dengan gain yang lebih rendah dapat dipilih;

Pemilihan sudut kemiringan antena: Karena sudut kemiringan antena di daerah perkotaan relatif sering disesuaikan, dan beberapa antena perlu diatur ke sudut kemiringan yang lebih besar, dan kemiringan mekanis tidak kondusif untuk pengendalian interferensi, disarankan untuk menggunakan antena dengan sudut kemiringan yang telah ditentukan sebelumnya. Anda dapat memilih antena dengan sudut kemiringan listrik tetap, atau antena yang dapat disesuaikan secara elektrik jika kondisinya memungkinkan.

3.2 Pemilihan antena untuk stasiun pangkalan di daerah pinggiran kota atau pedesaan.

Karakteristik lingkungan aplikasi: stasiun pangkalan tersebar jarang, volume bisnis kecil, kebutuhan layanan data relatif rendah, dan cakupan yang luas diperlukan. Di beberapa tempat, hanya ada satu stasiun pangkalan, sehingga cakupan menjadi perhatian terpenting. Pada saat ini, pemilihan antena harus dipertimbangkan berdasarkan area yang perlu dicakup di sekitar stasiun pangkalan.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan pola arah: Jika stasiun pangkalan diperlukan untuk mencakup area sekitarnya, dan tidak ada arah yang jelas, serta distribusi lalu lintas di sekitar stasiun pangkalan relatif tersebar, disarankan untuk menggunakan cakupan stasiun pangkalan omnidirectional. Pada saat yang sama, perlu diperhatikan bahwa karena gain stasiun pangkalan omnidirectional yang kecil, jarak cakupannya tidak sejauh stasiun pangkalan directional. Selain itu, saat memasang antena omnidirectional, perhatikan dampak menara terhadap cakupan, dan antena harus tetap tegak lurus terhadap bidang tanah. Jika pemerintah daerah memiliki persyaratan cakupan yang lebih panjang untuk cakupan stasiun pangkalan, antena directional perlu digunakan untuk mencapai hal ini. Secara umum, antena directional dengan lebar pancaran setengah daya 90°, 105°, dan 120° pada bidang horizontal harus digunakan;

Pemilihan penguatan antena: Pilih penguatan antena sesuai dengan kebutuhan jangkauan. Disarankan untuk memilih antena directional dengan penguatan lebih tinggi (16-18dBi) atau antena omnidirectional 9-11dBi di daerah pinggiran kota dan pedesaan;

Pemilihan metode kemiringan antena: Di daerah pinggiran kota dan pedesaan, tidak banyak pilihan pengaturan kemiringan antena, dan rentang pengaturan serta karakteristik sudut kemiringannya tidak tinggi. Disarankan untuk menggunakan antena dengan kemiringan mekanis. Pada saat yang sama, ketika antena digantung di atas ketinggian 50 meter dan terdapat persyaratan jangkauan dekat, antena pengisi titik nol dapat diprioritaskan untuk menghindari masalah pemadaman sinyal di bawah menara.

3.3 pemilihan antena stasiun pangkalan cakupan jalan raya

Karakteristik lingkungan aplikasi:Dalam lingkungan ini, volume bisnis rendah dan pengguna bergerak dengan kecepatan tinggi. Saat ini, fokusnya adalah pada penyelesaian masalah cakupan. Secara umum, yang ingin dicapai adalah cakupan jalur, sehingga sel dua arah sebagian besar digunakan untuk cakupan jalan raya; sel omnidirectional juga digunakan di area yang melewati kota dan tempat wisata; kemudian, cakupan luas ditekankan, dan jenis antena yang akan digunakan harus ditentukan berdasarkan pilihan lokasi dan jenis lokasi. Lingkungan jalan raya yang berbeda sangat bervariasi. Secara umum, ada jalan raya yang relatif lurus, seperti jalan raya, jalur kereta api, jalan raya nasional, jalan raya provinsi, dll. Disarankan untuk membangun stasiun di dekat jalan raya, menggunakan tipe stasiun S1/1/1 atau S1/1, dengan antena directional gain tinggi untuk mencapai cakupan. Ada jalan yang berkelok-kelok dan bergelombang seperti jalan pegunungan yang berkelok-kelok, jalan pegunungan buatan sendiri di tingkat kabupaten, dll. Harus dikombinasikan dengan cakupan pedesaan di dekat jalan raya dan memilih tempat yang tinggi untuk membangun stasiun.

Saat memilih antena selama perencanaan awal, cobalah untuk memilih antena dengan penguatan tinggi dan jangkauan luas untuk cakupan yang lebih besar.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan pola arah: Pada stasiun pangkalan yang bertujuan untuk mencakup jalur kereta api dan jalan raya, antena arah dengan pancaran sempit dan penguatan tinggi dapat digunakan. Bentuk antena dapat dipilih secara fleksibel sesuai dengan faktor-faktor seperti undulasi medan lokal dan belokan di lokasi pemasangan;

Pemilihan penguatan antena, penguatan antena terarah dapat dipilih dari 17dBi-22dBi, dan penguatan antena omnidirectional dapat dipilih dari 11dBi;

Pemilihan metode kemiringan antena: Jangkauan di jalan raya umumnya tidak memiliki sudut kemiringan antena. Disarankan untuk menggunakan antena kemiringan mekanis yang lebih murah. Ketika jarak lebih dari 50 meter dan ada persyaratan jangkauan di dekat ujung menara, antena dengan pengisian titik nol (lebih dari 15%) dapat diprioritaskan untuk mengatasi masalah titik hitam di bawah menara;

Rasio depan-belakang: Karena sebagian besar pengguna jangkauan jalan raya adalah pengguna yang bergerak cepat, untuk memastikan peralihan yang normal, rasio depan-belakang antena pengarah tidak boleh terlalu tinggi.

3.4 Pemilihan antena stasiun pangkalan untuk jangkauan di daerah pegunungan.

Karakteristik lingkungan aplikasi:Di daerah perbukitan dan pegunungan terpencil, pegunungan menghalangi gelombang udara secara signifikan, mengakibatkan pelemahan propagasi gelombang radio, sehingga menyulitkan jangkauan. Biasanya jangkauannya luas, dengan pengguna yang tersebar dalam radius jangkauan yang luas dari stasiun pangkalan, dan volume bisnisnya kecil. Stasiun pangkalan dapat dibangun di puncak gunung, di lereng gunung, di kaki gunung, atau di lokasi yang sesuai di daerah pegunungan. Penting untuk membedakan distribusi pengguna dan karakteristik medan yang berbeda untuk memilih lokasi, model, dan antena stasiun pangkalan. Situasi berikut relatif umum: membangun situs web di daerah pegunungan tipe lembah, membangun situs web di gunung tinggi, membangun situs web di tengah gunung, membangun situs web di daerah pegunungan biasa, dll.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan pola arah: Pilihan pola arah bergantung pada lokasi, jenis stasiun, dan persyaratan cakupan di sekitar stasiun pangkalan. Anda dapat memilih antena omnidirectional atau antena directional. Untuk stasiun pangkalan yang dibangun di pegunungan, jika lokasi yang akan dicakup relatif rendah, pola dengan sudut setengah daya vertikal yang lebih besar harus dipilih untuk memenuhi persyaratan cakupan vertikal dengan lebih baik;

Pemilihan penguatan antena: Pilih penguatan antena sedang, antena omnidirectional (9-11dBi), antena directional (15-18dBi) tergantung pada jarak area yang perlu dicakup;

Pemilihan sudut kemiringan: Saat membangun stasiun di gunung dan area yang akan dicakup berada di kaki gunung, antena dengan pengisian titik nol atau sudut kemiringan ke bawah yang telah ditentukan sebelumnya harus dipilih. Ukuran sudut kemiringan ke bawah yang telah ditentukan sebelumnya harus dipilih berdasarkan ketinggian relatif stasiun pangkalan dan area yang akan dicakup. Semakin besar ketinggian relatif, semakin besar sudut kemiringan ke bawah yang telah ditentukan sebelumnya.

3.5LTERingkasan skenario aplikasi antena stasiun pangkalan

Berdasarkan pilihan di atas dan dikombinasikan dengan kondisi khusus LTE, prinsip pemilihan antena yang direkomendasikan adalah:

Tabel 3-1 Ringkasan skenario aplikasi antena

Secara umum, pemilihan lokasi LTE menggunakan fasilitas yang sudah ada, sehingga ketersediaan ruang untuk memasang antena LTE dan ketinggian yang sesuai dengan rencana LTE merupakan masalah terbesar. Oleh karena itu, proyek aktual mengadopsi parameter teknis seperti metode polarisasi, penggunaan antena pita lebar, dan metode sudut kemiringan. Survei detail terhadap fasilitas yang ada dan pembuatan rencana yang masuk akal berdasarkan situasi aktual sangat diperlukan. Karena adanya teknologi MIMO pada LTE, 2T2R dan 4T4R saat ini umum digunakan. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti biaya pembangunan lokasi, untuk situasi 2T2R, antena dual-polarisasi umumnya digunakan; untuk situasi 4T4R, dua antena dual-polarisasi umumnya digunakan, dan jarak antar antena adalah 1-2λ, yang setara dengan sekitar 30-50cm untuk 2.6G.

4 5G MIMO AAU Besardan skenario aplikasi

Isi utama bagian ini secara singkat menjelaskan pemilihan antena dan skenario aplikasi 5G AAU.

4.1 5G MIMO AAU Besar

Teknologi input dan output ganda (MIMO), yang telah sangat matang di era 4G, dapat secara efektif memanfaatkan beberapa saluran spasial yang ada di antara beberapa antena antara sistem pemancar dan penerima untuk mengirimkan beberapa aliran data yang saling tegak lurus, sehingga meningkatkan throughput data dan stabilitas komunikasi tanpa meningkatkan bandwidth komunikasi.

Teknologi Massive MIMO yang dikembangkan dari era 4G hingga 5G merupakan versi peningkatan dari teknologi MIMO. Berdasarkan keterbatasan waktu dan sumber daya frekuensi, ratusan unit antena digunakan untuk melayani hingga puluhan terminal seluler secara bersamaan, sehingga semakin meningkatkan throughput data dan efisiensi penggunaan energi. Frekuensi komunikasi 5G tinggi dan ukuran antena diperkecil, memungkinkan lebih banyak antena untuk ditempatkan dalam ruang yang sama. Teknologi Massive MIMO telah menetapkan standar teknologi komunikasi di era 5G. Oleh karena itu, antena menjadi komponen pertumbuhan eksplosif lainnya setelah front-end frekuensi radio di era 5G. Antena stasiun pangkalan mencakup 20%, dan antena terminal mencakup 80%.

Karena penggunaan teknologi Massive MIMO yang luas pada stasiun pangkalan 5G, antena terintegrasi internal menggunakan sejumlah besar osilator dan juga mengintegrasikan unit transceiver, sehingga disebut juga unit susunan antena aktif (AAU). Diagram skematik struktur internal dan bentuk produknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

Figure 4-2 Exploded view of Massive MIMO AAU product form

Untuk AAU pada pita frekuensi <6GHz, produsen peralatan komunikasi umumnya menggunakan 192 osilator. Terdapat 12 baris dalam arah horizontal dan 8 kolom osilator dalam arah vertikal. Ditambah polarisasi ganda 45°, totalnya menjadi 12x8x2=192 osilator. Setiap kelompok tiga osilator disebut antena, sehingga AAU memiliki total 192/3=64 antena. Jika setiap 6 osilator membentuk sebuah antena, maka AAU memiliki 192/6=32 antena.

Gambar 4-3 Diagram elemen antena AAU 65TR dan 32TR

AAU (Automatic Antenna System) pada pita <6GHz biasanya menggunakan beamforming serba digital. Dapat dianggap bahwa jumlah antena, jumlah saluran transmisi, dan jumlah penguat daya adalah sama. Jumlah antena merupakan faktor penting dalam jangkauan. Semakin banyak elemen, semakin sempit beam dan semakin terkonsentrasi energinya. Semakin banyak antena dan saluran, semakin banyak penguat daya di dalam AAU, semakin besar konsumsi sumber daya baseband, dan semakin tinggi biaya peralatannya.

4.2 5GModel pelemahan sinyal

3GPP TR 38.901 menyediakan empat skenario: area kantor hotspot dalam ruangan (InH-Office), jalan mikro-sel perkotaan (UMi-Street Canyon), sel makro perkotaan (Uma), dan sel makro pedesaan (RMa). Setiap jenis skenario dibagi menjadi skenario non-garis pandang (NLOS) dan garis pandang (LOS), dengan total delapan model propagasi. Artikel ini memilih model kehilangan jalur pada skenario stasiun makro perkotaan Uma-LOS/NLOS. di mana fcFrekuensi operasi (GHz), hBSTinggi efektif antena stasiun pangkalan (m), hUTTinggi efektif antena stasiun seluler (m), d2DJarak horizontal antara stasiun pangkalan dan stasiun seluler (m), d3DJarak garis lurus antara antena stasiun pangkalan dan antena stasiun seluler (m).

Berdasarkan tabel di atas, kerugian jalur maksimum yang diizinkan (MAPL) tipikal dari berbagai saluran stasiun makro perkotaan dapat dihitung menurut rumus berikut. Dapat dilihat bahwa celah kerugian jalur maksimum yang diizinkan antara uplink dan downlink 5G NR 3.5GHz mencapai 13.65 dB, cakupan jaringan terbatas pada uplink, dan dibatasi oleh saluran PUSCH uplink.

PLmax=PTx-Lf+GTx-Mf-Ml+GRx-Lp-Lb-SR

dimana PTxDaya pancar stasiun pangkalan, LfKehilangan pengumpan, GTxPenguatan antena stasiun pangkalan, MfBayangan memudar dan margin memudar cepat, MlBatas interferensi, GRxPenguatan antena ponsel, LpKerugian penetrasi bangunan, LbKeausan bodi, SRxSensitivitas penerimaan sinyal telepon seluler

4.3 5G AAUSkenario aplikasi

Di daerah perkotaan padat, lingkungan nirkabel yang kompleks menyebabkan interferensi yang memburuk, dan gedung-gedung tinggi menyebabkan kebutuhan cakupan vertikal yang tinggi dan kebutuhan kapasitas pengguna yang tinggi. Peralatan 64TR dapat memberikan pembentukan berkas MIMO masif yang lebih baik, mencapai transmisi MIMO multi-pengguna dengan lalu lintas tinggi, dan secara signifikan meningkatkan cakupan dimensi vertikal. Di daerah pinggiran kota dan pedesaan, tingkat keberhasilan pemasangan MU-MIMO menurun dan peralatan 64TR tidak dapat sepenuhnya memanfaatkan keunggulan kapasitasnya, sehingga peralatan konfigurasi rendah dapat digunakan. Menggunakan 32 antena dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Untuk daerah yang lebih terpencil, kebutuhan kapasitas tidak tinggi dan masalah utamanya adalah mengatasi masalah cakupan. Pada saat ini, bahkan MIMO masif pun tidak diperlukan. Cukup gunakan RRU 8 port untuk menghubungkan antena.

Gambar di bawah ini menunjukkan solusi cakupan jaringan berbasis skenario yang diusulkan oleh produsen peralatan. Situs makro adalah bentuk produk yang paling penting. AAU 64TR memecahkan permintaan kapasitas tinggi yang berkelanjutan pada tahap 4G/5G, dan AAU 32TR dengan konfigurasi rendah memecahkan permintaan pembangunan jaringan berbiaya rendah di area lalu lintas rendah 4G/5G. Produk sistem distribusi dalam ruangan mencakup peralatan 2TR dan 4TR, yang menggunakan sistem distribusi dalam ruangan pasif pada jaringan yang ada atau konstruksi baru untuk memecahkan skenario dalam ruangan bernilai tinggi dan lalu lintas tinggi. Selain itu, produk unit frekuensi radio (RRU) stasiun pangkalan mikro 4TR banyak digunakan dalam skenario yang ramai dan padat seperti area perumahan dan jalan pejalan kaki.

Gambar 4-4 Solusi cakupan jaringan berbasis skenario dari produsen peralatan

Dari hasil perhitungan di Bagian 4.2 dapat dilihat bahwa cakupan uplink 5G NR pada pita 3.5 GHz terbatas, terutama karena keterbatasan daya terminal. Mengingat bahwa persyaratan laju layanan uplink dan downlink akan tetap asimetris di masa mendatang setelah peluncuran 5G (persyaratan laju downlink jauh lebih tinggi daripada uplink), untuk menjaga struktur jaringan yang ada tetap tidak berubah dan mengurangi biaya pembangunan jaringan, sehingga operator dapat dengan cepat menambahkan dan menerapkan 5G pada lokasi 4G yang sudah ada, decoupling uplink dan downlink (SUL) dapat digunakan untuk mengatasi masalah hambatan cakupan uplink. Artinya, peralatan LTE lama digunakan pada uplink, sebagian bandwidth FDD 1.8 GHz dikembangkan kembali untuk 5G NR guna meningkatkan cakupan, dan 5G NR diterapkan pada pita 3.5 GHz pada downlink.

Gambar 4-5 Solusi decoupling menggunakan pita frekuensi berbeda untuk uplink dan downlink

Artikel ini direproduksi dari " Microwave Radio Frequency Network ", mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual, mohon sebutkan sumber asli dan penulis saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya."