Pengetahuan kejuruteraan antena stesen pangkalan 4G dan 5G dan senario aplikasi

1 Gambaran keseluruhan antena stesen pangkalan

Bab ini memperkenalkan pengelasan antena stesen pangkalan dan rupa bentuk pelbagai jenis antena dalam komunikasi mudah alih.

1.1 Klasifikasi antena stesen pangkalan

Antena omniarah:Dalam corak mendatar, ia kelihatan sebagai sinaran seragam 360°, yang biasanya dikenali sebagai bukan berarah. Dalam corak menegak, ia kelihatan sebagai pancaran dengan lebar tertentu. Secara amnya, semakin kecil lebar pancaran, semakin besar gandaan. Antena omni-arah biasanya digunakan dalam sistem komunikasi mudah alih di stesen jenis pinggir bandar dan berasaskan daerah, dengan kawasan liputan yang luas.

Antena berarah:Dalam corak mendatar, ia kelihatan sebagai sinaran dalam julat sudut tertentu, yang biasanya dikenali sebagai kearah. Dalam corak menegak, ia kelihatan sebagai pancaran dengan lebar tertentu. Seperti antena omnidirectional, semakin kecil lebar pancaran, semakin besar gandaan. Antena berarah biasanya digunakan di stesen berasaskan sel bandar dalam sistem komunikasi mudah alih, dengan liputan yang kecil, kepadatan pengguna yang tinggi, dan penggunaan frekuensi yang tinggi.

Pelbagai jenis stesen pangkalan ditubuhkan mengikut keperluan rangkaian, dan pelbagai jenis stesen pangkalan boleh memilih pelbagai jenis antena mengikut keperluan. Pemilihan ini adalah berdasarkan parameter teknikal di atas. Contohnya, stesen omnidirectional menggunakan antena omnidirectional dengan gandaan yang pada asasnya sama dalam setiap arah mendatar, manakala stesen berarah menggunakan antena berarah dengan perubahan ketara dalam gandaan dalam arah mendatar. Secara amnya, antena dengan lebar pancaran mendatar 65° dipilih di kawasan bandar. Antena dengan lebar pancaran mendatar 65°, 90°, atau 120° boleh dipilih di kawasan pinggir bandar (bergantung pada konfigurasi stesen dan persekitaran geografi tempatan). Di kawasan luar bandar, adalah paling menjimatkan untuk memilih antena omnidirectional yang boleh mencapai liputan kawasan luas.

Antena mekanikal:Merujuk kepada antena mudah alih yang menggunakan pelarasan mekanikal sudut condong ke bawah. Selepas antena mekanikal dipasang secara menegak ke tanah, jika pengoptimuman rangkaian diperlukan, adalah perlu untuk melaraskan kedudukan pendakap di bahagian belakang antena dan mengubah kecondongan antena. Semasa proses pelarasan, walaupun jarak liputan dalam arah lobus utama antena berubah dengan ketara, amplitud komponen menegak dan mendatar antena kekal tidak berubah, jadi corak 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 boleh laras secara elektronik:Merujuk kepada antena mudah alih yang menggunakan pelarasan elektronik sudut condong ke bawahnya. Prinsip condong ke bawah elektronik adalah untuk memiringkan corak menegak antena ke bawah dengan mengubah fasa pengayun antena tatasusunan kolinear, mengubah amplitud komponen menegak dan komponen mendatar, dan mengubah kekuatan medan komponen komposit. Memandangkan kekuatan medan dalam semua arah antena meningkat dan berkurangan pada masa yang sama, adalah dipastikan bahawa corak antena berubah sedikit selepas mengubah sudut condong, memendekkan jarak liputan dalam arah lobus utama, dan pada masa yang sama mengurangkan kawasan liputan keseluruhan corak dalam sektor sel perkhidmatan tanpa menyebabkan gangguan. Amalan telah membuktikan bahawa apabila sudut condong ke bawah antena boleh laras elektrik berubah dari 1° hingga 5°, corak antenanya hampir sama dengan antena mekanikal; apabila sudut condong ke bawah berubah dari 5° hingga 10°, corak antenanya sedikit bertambah baik berbanding antena mekanikal; apabila sudut condong ke bawah berubah dari 10° hingga 15°, corak antenanya lebih baik daripada antena mekanikal. Perubahannya lebih besar; Apabila antena mekanikal dimiringkan ke bawah 15°, corak antenanya berbeza dengan ketara daripada antena mekanikal. Pada masa ini, bentuk corak antena tidak banyak berubah, jarak liputan arah lobus utama dipendekkan dengan ketara, dan keseluruhan corak antena berada dalam sektor stesen pangkalan. Meningkatkan sudut condong ke bawah boleh mengurangkan kawasan liputan sektor tanpa menyebabkan gangguan. Oleh itu, penggunaan antena boleh laras secara elektrik boleh mengurangkan kehilangan panggilan dan gangguan. Di samping itu, antena boleh laras secara elektronik membolehkan sistem melaraskan sudut condong bawah corak arah menegak tanpa menutup, dan memantau kesan pelarasan dalam masa nyata. Ketepatan langkah melaraskan sudut condong juga tinggi (0.1°), jadi rangkaian boleh dilaraskan dengan halus; indeks intermodulasi tertib ketiga antena boleh laras secara elektrik ialah -150dBc, iaitu 30dBc berbeza daripada antena mekanikal, yang bermanfaat untuk menghapuskan gangguan saluran bersebelahan dan gangguan palsu.

Antena terkutub dua hala:Antena polarisasi dwi ialah sejenis teknologi antena baharu yang menggabungkan dua antena dengan arah polarisasi ortogon +45° dan -45° dan berfungsi dalam mod dupleks penghantaran dan penerimaan pada masa yang sama. Oleh itu, kelebihannya yang paling ketara ialah ia menjimatkan antena stesen pangkalan berarah tunggal. Kuantiti; Secara amnya, stesen pangkalan berarah (tiga sektor) rangkaian komunikasi mudah alih digital LTE menggunakan 9 antena, dan setiap sektor menggunakan 3 antena (kepelbagaian ruang, satu pemancar dan dua penerima). Jika antena dwi-kutub digunakan, setiap sektor hanya memerlukan 1 antena; pada masa yang sama, disebabkan oleh dwi-Antara antena terkutub, ortogonalitas polarisasi ±45° dapat memastikan bahawa pengasingan antara antena +45° dan -45° memenuhi keperluan intermodulasi untuk pengasingan antara antena (≥30dB), jadi jarak ruang antara antena terkutub dwi hanya memerlukan 20-30cm; di samping itu, antena dwi-kutub mempunyai kelebihan antena boleh laras elektrik. Menggunakan antena dwi-kutub dalam rangkaian komunikasi mudah alih, seperti antena boleh laras elektrik, boleh mengurangkan kehilangan panggilan, mengurangkan gangguan, dan meningkatkan kualiti perkhidmatan keseluruhan rangkaian. Jika antena dwi-kutub digunakan, memandangkan antena dwi-kutub tidak mempunyai keperluan yang tinggi untuk pemasangan dan pemasangan, tidak perlu memperoleh tanah untuk membina menara. Anda hanya perlu mendirikan tiang besi dengan diameter 20cm, dan memasang antena dwi-kutub pada tiang besi mengikut arah liputan yang sepadan. Ini menjimatkan pelaburan infrastruktur, menjadikan susun atur stesen pangkalan lebih munasabah, dan memudahkan pemilihan tapak stesen pangkalan.

Bagi pemilihan antena, antena mudah alih yang sesuai dengan keperluan rangkaian mudah alih di rantau ini harus dipilih berdasarkan keadaan sebenar seperti liputan rangkaian, jumlah perniagaan, gangguan dan kualiti perkhidmatan rangkaian:

· Di kawasan trafik tinggi dengan stesen pangkalan yang padat, antena dwi-kutub dan antena boleh laras elektrik harus digunakan sebanyak mungkin;

· Antena mekanikal tradisional boleh digunakan di kawasan seperti sempadan dan pinggir bandar di mana jumlah trafik tidak tinggi, stesen pangkalan tidak padat penduduknya, dan liputan hanya diperlukan.

1.2 Struktur dalaman dan jenis antena stesen pangkalan komunikasi mudah alih

1.2.1 Antena Tatasusunan Elemen Plat Berarah

Antena berarah plat merupakan jenis antena stesen pangkalan yang paling biasa digunakan. Kelebihan antena jenis ini ialah: gandaan tinggi, corak sektor yang baik, cuping belakang yang kecil, kawalan sudut penurunan corak menegak yang mudah, prestasi pengedap yang andal dan jangka hayat yang panjang. Rupa antena ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Rajah 1-1 Gambarajah skematik bagi rupa antena berarah plat

1.2.1.1 Pembentukan antena plat gandaan tinggi

Rajah 1-2 Gunakan berbilang pengayun separuh gelombang untuk membentuk tatasusunan linear menegak

Rajah 1-3 Prinsip menambah plat pantulan pada satu sisi susunan linear untuk mencapai orientasi mendatar (mengambil susunan menegak pengayun dua separuh gelombang dengan plat pantulan sebagai contoh)

Pada masa ini, reka bentuk antena berarah stesen pangkalan pengeluar antena pada dasarnya semuanya menggunakan struktur tatasusunan pengayun jenis plat. Terdapat dua jenis pengayun yang dipilih, seperti yang diterangkan dalam dua bahagian berikut.

1.2.1.2 Pengayun simetri

Susunan simetri separuh gelombang standard (tambah pengayun tambahan untuk mengurangkan ketinggian pengayun dari tanah dan mengurangkan ketebalan antena)

Rajah 1-4 Antena plat berarah disintesis oleh pelbagai pengayun separuh gelombang

1.2.1.3 Pengayun jalur mikro

Ubah bentuk pengayun separuh gelombang menggunakan prinsip talian penghantaran 1/4 panjang gelombang untuk membentuk sinaran:

Rajah 1-5 Antena plat berarah yang disintesis oleh pelbagai pengayun mikrojalur

1.2.2 Antena dipol suapan siri omnidirectional

Antena omnidirectional menggunakan pelbagai pengayun separuh gelombang untuk mencapai sintesis dan peningkatan penguatan sinaran.

Rajah 1-7 Struktur pengayun suapan siri dan bentuk produk antena omnidirectional

2 4G LTEJenis Antena dan Analisis Perbandingan

Kandungan utama bahagian ini adalah untuk memperkenalkan analisis perbandingan liputan dan trafik antara antena dwi-kutub LTE dan antena berkutub tunggal.

2.1 Analisis korelasi antara antena dwi-kutub LTE dan antena berkutub tunggal

Pengenalan teknologi berbilang antena LTE menambah dimensi kebebasan ruang kepada sumber tanpa wayar dan mengemukakan keperluan baharu untuk model saluran tanpa wayar. Model Saluran Ruang (SCM) dicadangkan dalam 3GPP TR 25.996. Model ini sesuai untuk sistem dengan lebar jalur 5 MHz dan frekuensi pembawa kira-kira 2 GHz. Bilangan maksimum berbilang laluan ialah 6. Sistem LTE memerlukan saluran tanpa wayar boleh menyokong sehingga 20 MHz. Oleh itu, model SCME (Sambungan SCM) digunakan dalam laporan teknikal 36.803 untuk melanjutkan lebar jalur saluran kepada 20 MHz dan menyokong bilangan maksimum berbilang laluan kepada 9. Antaranya, ciri-ciri penghantaran tanpa wayar antara eNB dan UE ialah fungsi yang berubah mengikut masa, yang berubah dengan perubahan dalam konfigurasi antena, sudut arah antena, korelasi antena dan persekitaran serakan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Rajah 2-1 Gambarajah skematik parameter sudut SCM

Perbezaan prestasi tanpa wayar antara antena dwi-kutub dan antena tunggal-kutub (jarak antena 10λ) bergantung terutamanya pada pekali korelasi antena stesen pangkalan. Apabila pekali korelasi ialah 0, ia menunjukkan bahawa antena agak bebas dan korelasinya rendah. Apabila pekali korelasi ialah 1, ia menunjukkan bahawa terdapat korelasi yang kuat antara antena. Apabila sistem menggunakan mod kepelbagaian penghantaran (seperti SFBC), kepelbagaian penerimaan dan mod dwi-strim MIMO, prestasi tanpa wayar antena berkorelasi rendah adalah lebih baik daripada prestasi antena berkorelasi tinggi. Rajah di bawah ialah keputusan simulasi prestasi SFBC dengan pekali korelasi masing-masing 0.25, 0.5, 0.6 dan 1. Daripada keputusan simulasi, apabila pekali korelasi ialah 0.25, prestasinya pada asasnya tidak terjejas (berbanding dengan pekali korelasi 0). Prestasi SFBC dengan pekali korelasi 0.5 dan 0.6 menurun kira-kira 0.3dB kepada 0.4dB.

Rajah 2-2 Perbandingan prestasi aras pautan SFBC dengan pekali korelasi yang berbeza

China Mobile telah menguji pekali korelasi bagi konfigurasi antena yang berbeza pada Julai 2008. Pekali korelasi khusus ditunjukkan dalam jadual di bawah:

Jadual 2-1 Pekali korelasi yang sepadan dengan konfigurasi antena yang berbeza

Nota: Pekali korelasi dalam jadual di atas diperoleh oleh China Mobile berdasarkan ujian model SCME di kawasan bandar yang padat. Di kawasan bandar yang padat, pekali korelasi ini agak mewakili. Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna pekali korelasi ini boleh dipetakan kepada projek tertentu, dan juga tidak bermakna pekali korelasi ini boleh digunakan untuk semua model kawasan bandar yang padat.

2.2 Perbandingan prestasi antara antena dwi-kutub LTE dan antena berkutub tunggal

LTE mentakrifkan tujuh mod penghantaran berbilang antena, termasuk kepelbagaian penghantaran, MIMO berasaskan prakod, pembentukan pancaran, dan sebagainya. Tujuh mod penghantaran yang ditakrifkan oleh LTE terutamanya untuk mempertimbangkan pemilihan mod penghantaran yang fleksibel di bawah senario dan model saluran yang berbeza. Biasanya kesesakan dan kekurangan prestasi rangkaian komunikasi mudah alih tanpa wayar dibahagikan kepada tiga kategori berikut:

Sistem yang dikekang kuasa:

Senario aplikasi biasa: Tujuan utama adalah untuk meningkatkan liputan dan mengatasi pudar, seperti kawasan yang berkesan, liputan yang luas di kawasan luar bandar, dll.

Jenis teknologi antena yang digunakan: menghantar kepelbagaian, menerima kepelbagaian

Jurang prestasi: Peningkatan prestasi antena terkutub tunggal 10λ adalah kurang daripada 5% berbanding antena terkutub dwi, ​​dan jurang prestasi antara kedua-duanya tidak besar.

Sistem gangguan terhad:

Senario aplikasi biasa: Terutamanya digunakan di kawasan bandar yang padat di mana jarak antara stesen agak kecil. Gangguan merupakan faktor utama yang mempengaruhi prestasi rangkaian.

Jenis teknologi antena yang diguna pakai: RANK=2 aliran dwi MIMO, RANK=1 aliran tunggal MIMO, penyesuaian RANK

Jurang prestasi: Algoritma penyesuaian RANK jauh lebih baik daripada dwi-aliran paksa MIMO; pada masa yang sama, prestasi antena dwi-kutub pada dasarnya sama dengan antena berkutub tunggal 10λ.

Sistem yang dikekang lebar jalur:

Senario aplikasi biasa: Keadaan saluran (CQI) agak baik, tiada liputan berterusan antara stesen pangkalan, jarak antara stesen pangkalan agak besar, dan bilangan pengguna agak jarang. Contohnya: liputan sel tunggal pada peringkat awal rangkaian eksperimen, dsb.

Jenis teknologi antena: RANK=2 aliran dwi MIMO

Perbandingan prestasi: Prestasi antena terkutub tunggal 10λ adalah lebih baik daripada antena terkutub dwi, ​​dan peningkatan prestasi adalah kira-kira 20%.

Jadual 2-2 Jadual kesimpulan senario aplikasi antena

Perkara di atas terutamanya menganalisis jurang prestasi antara antena berkutub tunggal dan antena berkutub dua. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa antena berkutub dua mempunyai kelebihan pemasangan yang mudah dalam kejuruteraan. Termasuk kemungkinan menggunakan kutub tunggal, melaraskan sudut kecondongan ke bawah secara seragam, menjadikannya mudah untuk mencantikkan antena, dan sebagainya. Dalam situasi semasa di mana pemilihan dan pemasangan tapak rangkaian tanpa wayar menjadi semakin sukar, kelebihan antena berkutub dua di atas amat penting.

3 4G LTESenario dan pemilihan aplikasi antena stesen pangkalan

Kandungan utama bahagian ini menerangkan pengelasan kawasan liputan rangkaian tanpa wayar dan pemilihan antena yang sepadan berdasarkan senario penggunaan rangkaian sebenar.

3.1 Pemilihan antena stesen pangkalan bandar

Ciri-ciri persekitaran aplikasi: Stesen pangkalan tersebar padat, memerlukan kawasan liputan kecil bagi satu stesen pangkalan. Ia diharapkan dapat meminimumkan liputan rentas kawasan, mengurangkan gangguan antara stesen pangkalan dan meningkatkan kadar muat turun.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan mod polarisasi: Disebabkan oleh kesukaran dalam memilih tapak stesen pangkalan di kawasan bandar dan ruang pemasangan antena yang terhad, adalah disyorkan untuk menggunakan antena dwi-polarisasi dan antena jalur lebar;

Pemilihan corak arah: Di kawasan bandar, pertimbangan utama adalah untuk meningkatkan penggunaan semula frekuensi, jadi antena arah biasanya digunakan;

Pemilihan lebar pancaran separuh kuasa: Untuk mengawal liputan sel dengan lebih baik bagi menyekat gangguan, lebar pancaran separuh kuasa mendatar antena bandar dipilih menjadi 60~65°;

Pemilihan penguatan antena: Memandangkan stesen pangkalan di kawasan bandar secara amnya tidak memerlukan julat liputan yang luas, adalah disyorkan untuk menggunakan antena penguatan sederhana. Adalah disyorkan untuk menggunakan antena dengan penguatan 15-18dBi di kawasan bandar. Jika antena mikrosel digunakan untuk mengisi titik buta di kawasan bandar, antena yang lebih rendah boleh dipilih;

Pemilihan sudut condong ke bawah: Memandangkan sudut condong antena di kawasan bandar dilaraskan dengan agak kerap, dan sesetengah antena perlu ditetapkan kepada sudut condong yang lebih besar, dan condong ke bawah mekanikal tidak kondusif untuk kawalan gangguan, adalah disyorkan untuk menggunakan antena sudut condong ke bawah yang telah ditetapkan. Anda boleh memilih antena dengan sudut condong ke bawah elektrik yang tetap, atau antena yang boleh dilaraskan secara elektrik apabila keadaan dipenuhi.

3.2 Pemilihan antena untuk stesen pangkalan luar bandar pinggir bandar

Ciri-ciri persekitaran aplikasi: stesen pangkalan tersebar secara jarang, jumlah perniagaan kecil, keperluan perkhidmatan data agak rendah, dan liputan yang luas diperlukan. Di sesetengah tempat, hanya terdapat satu stesen pangkalan, jadi liputan menjadi perhatian yang paling penting. Pada masa ini, pemilihan antena harus dipertimbangkan berdasarkan kawasan yang perlu diliputi di sekitar stesen pangkalan.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan corak arah: Jika stesen pangkalan diperlukan untuk meliputi kawasan sekitarnya, dan tiada arah yang jelas, dan taburan trafik di sekitar stesen pangkalan agak berselerak, adalah disyorkan untuk menggunakan liputan stesen pangkalan omnidirectional. Pada masa yang sama, perlu diingatkan bahawa disebabkan oleh keuntungan kecil stesen pangkalan omnidirectional, jarak liputan tidak sejauh stesen pangkalan berarah. Pada masa yang sama, semasa memasang antena omnidirectional, beri perhatian kepada impak menara pada liputan, dan antena mesti dikekalkan serenjang dengan satah tanah. Jika pihak berkuasa tempatan mempunyai keperluan liputan yang lebih panjang untuk liputan stesen pangkalan, antena berarah perlu digunakan untuk mencapai matlamat ini. Secara amnya, antena berarah dengan lebar pancaran separuh kuasa 90°, 105°, dan 120° dalam satah mendatar harus digunakan;

Pemilihan gandaan antena: Pilih gandaan antena mengikut keperluan liputan. Adalah disyorkan untuk memilih antena berarah gandaan yang lebih tinggi (16-18dBi) atau antena omnidirectional 9-11dBi di kawasan pinggir bandar dan luar bandar;

Pemilihan kaedah kecondongan menurun: Di kawasan pinggir bandar dan luar bandar, tidak banyak pelarasan pada kecondongan menurun antena, dan julat pelarasan serta ciri-ciri sudut kecondongan menurun tidak tinggi. Adalah disyorkan untuk menggunakan antena kecondongan menurun mekanikal. Pada masa yang sama, apabila antena digantung melebihi 50 meter dan terdapat keperluan liputan hampir hujung, antena pengisian titik sifar boleh diberi keutamaan untuk mengelakkan masalah pemadaman di bawah menara.

3.3 Pemilihan antena stesen pangkalan liputan lebuh raya

Ciri-ciri persekitaran aplikasi:Dalam persekitaran ini, jumlah perniagaan adalah rendah dan pengguna bergerak pada kelajuan tinggi. Pada masa ini, tumpuan adalah untuk menyelesaikan masalah liputan. Secara amnya, apa yang ingin dicapai ialah liputan jalur, jadi sel dua hala kebanyakannya digunakan untuk liputan lebuh raya; sel omni-arah juga digunakan di kawasan yang melalui bandar dan tempat pelancongan; kemudian, liputan yang luas ditekankan, dan jenis antena yang akan digunakan mesti ditentukan berdasarkan pilihan tapak dan jenis tapak. Persekitaran lebuh raya yang berbeza sangat berbeza. Secara amnya, terdapat lebuh raya yang agak lurus, seperti lebuh raya, kereta api, lebuh raya kebangsaan, lebuh raya wilayah, dsb. Adalah disyorkan untuk membina stesen di sebelah lebuh raya, menggunakan jenis stesen S1/1/1 atau S1/1, dengan antena arah bergandingan tinggi untuk mencapai liputan. Terdapat jalan berliku dan beralun seperti jalan gunung berliku, jalan gunung yang dibina sendiri di peringkat daerah, dsb. Ia mesti digabungkan dengan liputan luar bandar berhampiran lebuh raya dan memilih tempat yang tinggi untuk membina stesen.

Apabila memilih antena semasa perancangan awal, cuba pilih antena bergain tinggi dengan jarak liputan yang luas untuk liputan yang luas.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan corak arah: Di stesen pangkalan yang bertujuan untuk meliputi landasan kereta api dan lebuh raya, antena arah pancaran sempit dan bergain tinggi boleh digunakan. Bentuk antena boleh dipilih secara fleksibel mengikut faktor seperti ondulasi rupa bumi tempatan dan selekoh di tapak penggunaan;

Pemilihan gandaan antena, gandaan antena berarah boleh dipilih daripada 17dBi-22dBi, dan gandaan antena omniarah boleh dipilih daripada 11dBi;

Pemilihan kaedah kecondongan menurun: Liputan lebuh raya secara amnya tidak mempunyai sudut kecondongan menurun. Adalah disyorkan untuk menggunakan antena kecondongan menurun mekanikal yang lebih murah. Apabila jaraknya lebih daripada 50 meter dan terdapat keperluan liputan hampir hujung, antena dengan pengisian titik sifar (lebih daripada 15%) boleh diberi keutamaan untuk menyelesaikan masalah bintik hitam di bawah menara;

Nisbah hadapan-ke-belakang: Memandangkan kebanyakan pengguna liputan lebuh raya adalah pengguna yang bergerak pantas, bagi memastikan penyerahan yang normal, nisbah hadapan-ke-belakang antena berarah tidak boleh terlalu tinggi.

3.4 Pemilihan antena stesen pangkalan untuk liputan gunung

Ciri-ciri persekitaran aplikasi:Di kawasan berbukit dan pergunungan yang terpencil, gunung-ganang menyekat gelombang udara dengan teruk, mengakibatkan pelemahan penyebaran gelombang radio, menjadikan liputan sukar. Ia biasanya mempunyai liputan yang luas, dengan pengguna yang berselerak diagihkan dalam jejari liputan yang luas dari stesen pangkalan, dan jumlah perniagaan adalah kecil. Stesen pangkalan boleh dibina di puncak gunung, di lereng gunung, di kaki gunung, atau di lokasi yang sesuai di kawasan pergunungan. Adalah perlu untuk membezakan taburan pengguna dan ciri rupa bumi yang berbeza untuk memilih lokasi, model dan antena stesen pangkalan. Situasi berikut agak biasa: membina laman web di kawasan pergunungan jenis lembangan, membina laman web di gunung yang tinggi, membina laman web di pertengahan gunung, membina laman web di kawasan pergunungan biasa, dsb.

Prinsip pemilihan antena:

Pemilihan corak arah: Pemilihan corak arah bergantung pada lokasi, jenis stesen dan keperluan liputan sekitar stesen pangkalan. Anda boleh memilih antena omniarah atau antena arah. Bagi stesen pangkalan yang dibina di atas gunung, jika lokasi yang hendak diliputi agak rendah, corak dengan sudut separuh kuasa menegak yang lebih besar harus dipilih untuk memenuhi keperluan liputan menegak dengan lebih baik;

Pemilihan gandaan antena: Pilih gandaan antena sederhana, antena omnidirectional (9-11dBi), antena berarah (15-18dBi) bergantung pada jarak kawasan yang perlu diliputi;

Pemilihan sudut kecondongan: Apabila membina stesen di atas gunung dan kawasan yang hendak diliputi berada di kaki gunung, antena dengan pengisian titik sifar atau sudut condong ke bawah yang telah ditetapkan hendaklah dipilih. Saiz sudut condong ke bawah yang telah ditetapkan hendaklah dipilih berdasarkan ketinggian relatif stesen pangkalan dan kawasan yang hendak diliputi. Semakin besar ketinggian relatif, semakin besar sudut condong ke bawah yang telah ditetapkan sepatutnya.

3.5 LTERingkasan senario aplikasi antena stesen pangkalan

Berdasarkan pilihan di atas dan digabungkan dengan syarat khas LTE, prinsip pemilihan antena yang disyorkan adalah:

Jadual 3-1 Ringkasan senario aplikasi antena

Secara amnya, pemilihan tapak LTE menggunakan kemudahan sedia ada, jadi sama ada terdapat ruang yang cukup untuk memasang antena LTE dan sama ada ketinggian memenuhi pelan LTE adalah masalah terbesar. Oleh itu, projek sebenar menggunakan parameter teknikal seperti kaedah polarisasi, sama ada menggunakan antena jalur lebar, dan kaedah sudut condong ke bawah. Adalah perlu untuk menjalankan tinjauan terperinci terhadap kemudahan sedia ada dan membuat pelan yang munasabah berdasarkan situasi sebenar. Disebabkan oleh kehadiran teknologi MIMO dalam LTE, 2T2R dan 4T4R kini biasa digunakan. Dengan mengambil kira faktor seperti kos pembinaan laman web, untuk situasi 2T2R, antena dwi-kutub biasanya digunakan; untuk situasi 4T4R, dua antena dwi-kutub biasanya digunakan, dan jarak antara antena ialah 1-2λ, yang bersamaan dengan kira-kira 30-50cm untuk 2.6G.

4 5G MIMO AAU Besar-besarandan senario aplikasi

Kandungan utama bahagian ini menerangkan secara ringkas pemilihan senario antena dan aplikasi AAU 5G.

4.1 5G MIMO AAU secara besar-besaran

Teknologi input dan output berbilang (MIMO), yang telah sangat matang dalam era 4G, boleh menggunakan pelbagai saluran ruang yang sedia ada antara berbilang antena antara sistem transceiver dan transceiver dengan berkesan untuk menghantar pelbagai aliran data yang saling ortogon, sekali gus meningkatkan daya pemprosesan data dan kestabilan komunikasi tanpa meningkatkan lebar jalur komunikasi.

Teknologi Massive MIMO yang dibangunkan dari era 4G ke 5G merupakan versi teknologi MIMO yang dinaik taraf. Berdasarkan masa dan sumber frekuensi yang terhad, beratus-ratus unit antena digunakan untuk melayani sehingga berpuluh-puluh terminal mudah alih pada masa yang sama, sekali gus meningkatkan lagi daya pemprosesan data dan kecekapan penggunaan tenaga. Frekuensi komunikasi 5G adalah tinggi dan saiz antena dipendekkan, membolehkan lebih banyak antena dikemas dalam ruang asal. Teknologi Massive MIMO telah menetapkan nada untuk teknologi komunikasi dalam era 5G. Oleh itu, antena telah menjadi satu lagi komponen pertumbuhan yang pesat selepas bahagian hadapan frekuensi radio dalam era 5G. Antena stesen pangkalan menyumbang 20%, dan antena terminal menyumbang 80%.

Disebabkan penggunaan teknologi Massive MIMO yang meluas di stesen pangkalan 5G, antena bersepadu dalaman menggunakan sebilangan besar pengayun dan juga mengintegrasikan unit transceiver, jadi ia juga dipanggil unit tatasusunan antena aktif (AAU). Gambarajah skematik struktur dalamannya dan bentuk produk ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

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

Bagi AAU dalam jalur frekuensi <6GHz, pengeluar peralatan komunikasi biasanya menggunakan 192 pengayun. Terdapat 12 baris dalam arah mendatar dan 8 lajur pengayun dalam arah menegak. Ditambah dengan pengutuban berganda 45°, terdapat sejumlah 12x8x2=192 pengayun. Setiap kumpulan tiga pengayun dipanggil antena, jadi AAU mempunyai sejumlah 192/3=64 antena. Jika setiap 6 pengayun membentuk antena, AAU mempunyai 192/6=32 antena.

Rajah 4-3 Gambarajah elemen antena 65TR dan 32TR AAU

AAU dalam jalur <6GHz biasanya menggunakan pembentukan pancaran semua digital. Boleh dianggap bahawa bilangan antena, bilangan saluran penghantaran dan bilangan penguat kuasa adalah sama. Bilangan antena merupakan faktor penting dalam liputan. Lebih banyak bilangan elemen, lebih sempit pancaran dan lebih tertumpu tenaga. Lebih banyak antena dan saluran, lebih banyak penguat kuasa di dalam AAU, lebih besar penggunaan sumber jalur asas dan lebih tinggi kos peralatan.

4.2 5 XNUMXGModel pudar isyarat

3GPP TR 38.901 menyediakan empat senario: kawasan pejabat hotspot dalaman (InH-Office), jalan mikro-sel bandar (UMi-Street Canyon), makro sel bandar (Uma), dan makro sel luar bandar (RMa). Setiap jenis senario dibahagikan kepada senario bukan garis pandangan (NLOS) dan garis pandangan (LOS), dengan sejumlah lapan model perambatan. Artikel ini memilih model kehilangan laluan dalam senario stesen makro bandar Uma-LOS/NLOS. di mana fcFrekuensi operasi (GHz), jamBSKetinggian berkesan antena stesen pangkalan (m), hUTKetinggian berkesan antena stesen mudah alih (m), d2DJarak mendatar antara stesen pangkalan dan stesen bergerak (m), d3DJarak garis lurus antara antena stesen pangkalan dan antena stesen bergerak (m).

Menurut jadual di atas, kehilangan laluan maksimum yang dibenarkan (MAPL) biasa bagi saluran berbeza stesen makro bandar boleh dikira mengikut formula berikut. Dapat dilihat bahawa jurang kehilangan laluan maksimum yang dibenarkan antara pautan atas dan pautan bawah 5G NR 3.5GHz mencapai 13.65 dB, liputan rangkaian adalah terhad dalam pautan atas, dan dihadkan oleh saluran PUSCH pautan atas.

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

di mana PTxKuasa penghantaran stesen pangkalan, LfKehilangan pengumpan, GTxPenggandaan antena stesen pangkalan, MfPudar bayang dan margin pudar pantas, MlMargin gangguan, GRxPenggandaan antena telefon bimbit, LpKehilangan penembusan bangunan, LbHaus dan lusuh badan, SRxKepekaan penerimaan telefon bimbit

4.3 5G AAUSenario berkenaan

Di kawasan bandar yang padat, persekitaran tanpa wayar yang kompleks membawa kepada gangguan yang lebih teruk, dan bangunan tinggi membawa kepada keperluan liputan menegak yang tinggi dan keperluan kapasiti pengguna yang tinggi. Peralatan 64TR boleh menyediakan pembentukan pancaran MIMO besar-besaran yang lebih baik, mencapai penghantaran MIMO berbilang pengguna trafik tinggi, dan meningkatkan liputan dimensi menegak dengan ketara. Di kawasan pinggir bandar dan luar bandar, kadar kejayaan gandingan MU-MIMO berkurangan dan peralatan 64TR tidak dapat menggunakan sepenuhnya kelebihan kapasitinya, jadi peralatan konfigurasi rendah boleh digunakan. Menggunakan 32 antena boleh memenuhi keperluan. Untuk kawasan yang lebih terpencil, keperluan kapasiti tidak tinggi dan masalah utama adalah untuk menyelesaikan masalah liputan. Pada masa ini, MIMO Besar-besaran pun tidak diperlukan. Hanya gunakan RRU 8-port untuk menyambungkan antena.

Rajah di bawah menunjukkan penyelesaian liputan rangkaian berasaskan senario yang dicadangkan oleh pengeluar peralatan. Tapak makro merupakan bentuk produk yang paling penting. 64TR AAU menyelesaikan permintaan kapasiti tinggi yang berterusan dalam peringkat 4G/5G, dan 32TR AAU konfigurasi rendah menyelesaikan permintaan pembinaan rangkaian kos rendah di kawasan trafik rendah 4G/5G. Produk sistem pengedaran dalaman termasuk peralatan 2TR dan 4TR, yang menggunakan sistem pengedaran dalaman pasif pada rangkaian sedia ada atau pembinaan baharu untuk menyelesaikan senario dalaman bernilai tinggi dan trafik tinggi. Di samping itu, produk unit frekuensi radio (RRU) stesen pangkalan mikro 4TR digunakan secara meluas dalam senario sibuk dan pemanasan seperti kawasan kediaman dan jalan pejalan kaki.

Rajah 4-4 Penyelesaian liputan rangkaian berasaskan senario daripada pengilang peralatan

Dapat dilihat daripada keputusan pengiraan dalam Bahagian 4.2 bahawa liputan pautan naik NR jalur 3.5 GHz adalah terhad, terutamanya disebabkan oleh kuasa terminal yang terhad. Memandangkan keperluan kadar perkhidmatan pautan naik dan pautan turun masih akan menjadi asimetri pada masa hadapan selepas pelancaran 5G (keperluan kadar pautan turun jauh lebih tinggi daripada pautan naik), untuk memastikan struktur rangkaian sedia ada tidak berubah dan mengurangkan kos pembinaan rangkaian, supaya pengendali boleh dengan cepat menindih dan menggunakan 5G pada tapak langsung 4G, penyahgandingan pautan naik dan pautan turun (SUL) boleh digunakan untuk menyelesaikan masalah kesesakan liputan pautan naik. Iaitu, peralatan LTE lama digunakan dalam pautan naik, sebahagian daripada lebar jalur FDD 1.8 GHz diusahakan semula untuk NR 5G bagi meningkatkan liputan, dan NR 5G digunakan dalam jalur 3.5 GHz dalam pautan turun.

Rajah 4-5 Penyelesaian penyahgandingan menggunakan jalur frekuensi berbeza untuk pautan atas dan pautan bawah

Artikel ini diterbitkan semula daripada " Microwave Radio Frequency Network ", menyokong perlindungan hak harta intelek, sila nyatakan sumber asal dan pengarang semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.