Technische kennis en toepassingsscenario's voor 4G- en 5G-basisstationantennes.

1 Overzicht van basisstationantennes

In dit hoofdstuk wordt de classificatie van basisstationantennes en het uiterlijk van verschillende soorten antennes in mobiele communicatie besproken.

1.1 Classificatie van basisstationantennes

Omnidirectionele antenne:In het horizontale stralingspatroon is er sprake van een uniforme straling van 360°, wat algemeen bekend staat als niet-directioneel. In het verticale stralingspatroon is er sprake van een bundel met een bepaalde breedte. Over het algemeen geldt: hoe smaller de bundelbreedte, hoe groter de versterking. Omnidirectionele antennes worden doorgaans gebruikt in mobiele communicatiesystemen in voorstedelijke en landelijke gebieden met een groot dekkingsgebied.

Richtantenne:Bij een horizontaal stralingspatroon is de straling binnen een bepaald hoekbereik, wat algemeen bekend staat als directiviteit. Bij een verticaal stralingspatroon is de straling een bundel met een bepaalde breedte. Net als bij een omnidirectionele antenne geldt: hoe smaller de bundelbreedte, hoe groter de versterking. Directionele antennes worden over het algemeen gebruikt in stedelijke zendstations in mobiele communicatiesystemen, met een klein dekkingsgebied, een hoge gebruikersdichtheid en een hoog frequentiegebruik.

Afhankelijk van de netwerkvereisten worden verschillende typen basisstations opgezet, en voor elk type basisstation kunnen verschillende antennes worden gekozen. De keuze is gebaseerd op de bovengenoemde technische parameters. Een omnidirectioneel station gebruikt bijvoorbeeld een omnidirectionele antenne met in principe dezelfde versterking in elke horizontale richting, terwijl een directioneel station een directionele antenne gebruikt met significante veranderingen in versterking in de horizontale richting. Over het algemeen worden in stedelijke gebieden antennes met een horizontale bundelhoek van 65° gekozen. In voorstedelijke gebieden kunnen antennes met een horizontale bundelhoek van 65°, 90° of 120° worden gekozen (afhankelijk van de stationconfiguratie en de lokale geografische omstandigheden). In landelijke gebieden is het het meest economisch om een ​​omnidirectionele antenne te kiezen die een breed dekkingsgebied kan bereiken.

Mechanische antenne:Dit verwijst naar een mobiele antenne die gebruikmaakt van mechanische aanpassing van de neerwaartse hellingshoek. Nadat de mechanische antenne verticaal op de grond is geïnstalleerd, is het, indien netwerkoptimalisatie vereist is, nodig om de positie van de beugel aan de achterkant van de antenne aan te passen en de hellingshoek van de antenne te wijzigen. Tijdens dit aanpassingsproces verandert de dekkingsafstand in de hoofdlobrichting van de antenne weliswaar aanzienlijk, maar de amplitudes van de verticale en horizontale componenten van de antenne blijven ongewijzigd, waardoor het antennepatroon gemakkelijk vervormd raakt.

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.

Elektronisch verstelbare antenne:Dit verwijst naar een mobiele antenne die gebruikmaakt van elektronische aanpassing van de neerwaartse kantelhoek. Het principe van elektronische neerwaartse kanteling is het naar beneden kantelen van het verticale stralingspatroon van de antenne door de fase van de collineaire array-antenneoscillator te veranderen, de amplitude van de verticale en horizontale component aan te passen en de veldsterkte van de samengestelde component te wijzigen. Omdat de veldsterkte in alle richtingen van de antenne tegelijkertijd toe- en afneemt, wordt ervoor gezorgd dat het stralingspatroon weinig verandert na het wijzigen van de kantelhoek. Hierdoor wordt de dekkingsafstand in de richting van de hoofdlob verkort en tegelijkertijd het dekkingsgebied van het gehele patroon binnen de sector van de actieve cel verkleind zonder interferentie te veroorzaken. De praktijk heeft aangetoond dat wanneer de neerwaartse kantelhoek van een elektrisch verstelbare antenne verandert van 1° naar 5°, het stralingspatroon nagenoeg gelijk is aan dat van een mechanische antenne; wanneer de neerwaartse kantelhoek verandert van 5° naar 10°, is het stralingspatroon iets beter dan dat van een mechanische antenne; en wanneer de neerwaartse kantelhoek verandert van 10° naar 15°, is het stralingspatroon aanzienlijk beter dan dat van een mechanische antenne. De verbetering is echter groter. Wanneer de mechanische antenne 15° naar beneden wordt gekanteld, is het antennepatroon aanzienlijk anders dan dat van de mechanische antenne. De vorm van het antennepatroon verandert in dit geval niet veel, maar de dekkingsafstand van de hoofdlob wordt aanzienlijk kleiner en het gehele antennepatroon bevindt zich binnen de sector van het basisstation. Door de kantelhoek verder naar beneden te vergroten, kan de dekkingsafstand van de sector worden verkleind zonder interferentie te veroorzaken. Het gebruik van een elektrisch verstelbare antenne kan dus gespreksverlies en interferentie verminderen. Bovendien maakt de elektronisch verstelbare antenne het mogelijk om de kantelhoek van het verticale richtingspatroon aan te passen zonder het systeem uit te schakelen en het effect van de aanpassing in realtime te monitoren. De nauwkeurigheid van de kantelhoek is ook hoog (0.1°), waardoor het netwerk nauwkeurig kan worden afgesteld. De derde-orde intermodulatie-index van de elektrisch verstelbare antenne is -150 dBc, wat 30 dBc lager is dan die van de mechanische antenne. Dit is gunstig voor het elimineren van interferentie tussen aangrenzende kanalen en ongewenste interferentie.

Dubbel gepolariseerde antenne:Een dual-polarisatieantenne is een nieuwe antennetechnologie die twee antennes combineert met orthogonale polarisatierichtingen van +45° en -45° en die tegelijkertijd in duplexmodus zendt en ontvangt. Het grootste voordeel hiervan is dat het het aantal antennes van een enkelvoudig directioneel basisstation vermindert. Een directioneel basisstation (drie sectoren) van het LTE-netwerk gebruikt doorgaans 9 antennes, waarbij elke sector 3 antennes gebruikt (ruimtelijke diversiteit, één zendantenne en twee ontvangstantennes). Bij gebruik van dual-polarisatieantennes is er per sector slechts 1 antenne nodig. Tegelijkertijd zorgt de orthogonaliteit van de polarisatie van ±45° ervoor dat de isolatie tussen de +45° en -45° antennes voldoet aan de eisen voor intermodulatie-isolatie (≥30 dB), waardoor de benodigde afstand tussen de dual-polarisatieantennes slechts 20-30 cm bedraagt. Bovendien hebben dual-polarisatieantennes het voordeel dat ze elektrisch verstelbaar zijn. Het gebruik van dubbelgepolariseerde antennes in mobiele communicatienetwerken, zoals elektrisch verstelbare antennes, kan gespreksverlies verminderen, interferentie beperken en de servicekwaliteit van het gehele netwerk verbeteren. Omdat een dubbelgepolariseerde antenne geen hoge eisen stelt aan de montage en installatie, is het niet nodig om grond aan te kopen voor de bouw van een zendmast. Het volstaat om een ​​ijzeren kolom met een diameter van 20 cm te plaatsen en de dubbelgepolariseerde antenne daarop te bevestigen in de juiste richting voor de dekking. Dit bespaart investeringen in infrastructuur, zorgt voor een rationelere lay-out van het basisstation en vereenvoudigt de locatiekeuze.

Bij de selectie van antennes moet rekening worden gehouden met de behoeften van de mobiele netwerken in de regio, op basis van feitelijke omstandigheden zoals netwerkdekking, bedrijfsvolume, interferentie en netwerkkwaliteit.

· In drukbezochte gebieden met veel basisstations moeten zoveel mogelijk dubbelgepolariseerde antennes en elektrisch verstelbare antennes worden gebruikt;

· Traditionele mechanische antennes kunnen worden gebruikt in gebieden zoals grensgebieden en voorsteden waar het verkeersvolume laag is, de basisstations niet dicht op elkaar staan ​​en er slechts een beperkt bereik nodig is.

1.2 Interne structuur en typen antennes van mobiele communicatiebasisstations

1.2.1 Richtingsgevoelige plaat-element-arrayantenne

De plaatvormige directionele antenne is het meest gebruikte type antenne voor uiterst belangrijke basisstations. De voordelen van dit type antenne zijn: hoge versterking, een goed sectorpatroon, een kleine achterlob, eenvoudige regeling van de verticale patroonverlagingshoek, betrouwbare afdichting en een lange levensduur. De antenne ziet er als volgt uit:

Figuur 1-1 Schematische weergave van het uiterlijk van een plaatvormige richtantenne

1.2.1.1 Vorming van een plaatantenne met hoge versterking

Figuur 1-2 Gebruik meerdere halfgolfoscillatoren om een ​​verticale lineaire array te vormen.

Figuur 1-3 Het principe van het toevoegen van een reflecterende plaat aan één zijde van de lineaire array om een ​​horizontale oriëntatie te verkrijgen (aan de hand van een verticale array van twee halfgolfoscillatoren met een reflecterende plaat als voorbeeld).

Momenteel maken de directionele antennes voor basisstations van antennefabrikanten vrijwel allemaal gebruik van plaatvormige oscillatorarrays. Er zijn twee typen oscillatoren beschikbaar, zoals beschreven in de volgende twee paragrafen.

1.2.1.2 Symmetrische oscillator

Standaard halfgolfsymmetrische antenne-array (voeg een extra oscillator toe om de hoogte van de oscillator boven de grond te verkleinen en de dikte van de antenne te reduceren)

Figuur 1-4 Directionele plaatantenne gesynthetiseerd door meerdere halfgolfoscillatoren

1.2.1.3 Microstrip-oscillator

De vervorming van de halfgolfoscillator maakt gebruik van het principe van een transmissielijn met een golflengte van 1/4 om straling te genereren:

Figuur 1-5 Directionele plaatantenne gesynthetiseerd door meerdere microstriposcillatoren

1.2.2 Omnidirectionele serievoedingsdipoolantenne

De omnidirectionele antenne maakt gebruik van meerdere halfgolfoscillatoren om de stralingswinst te synthetiseren en te vergroten.

Figuur 1-7 Structuur van een seriegeschakelde oscillator en de productvorm van een omnidirectionele antenne.

2 4G LTEAntennetypen en vergelijkende analyse

De hoofdinhoud van dit onderdeel is een vergelijkende analyse van de dekking en het dataverkeer tussen LTE-antennes met dubbele polarisatie en antennes met enkele polarisatie.

2.1 Correlatieanalyse tussen een LTE-antenne met dubbele polarisatie en een antenne met enkele polarisatie

De introductie van LTE-multiantennetechnologie voegt een ruimtelijke dimensie van vrijheid toe aan draadloze resources en stelt nieuwe eisen aan draadloze kanaalmodellen. Het Spatial Channel Model (SCM) wordt voorgesteld in 3GPP TR 25.996. Dit model is geschikt voor systemen met een bandbreedte van 5 MHz en een draaggolffrequentie van ongeveer 2 GHz. Het maximale aantal multipaden is 6. Het LTE-systeem vereist dat het draadloze kanaal tot 20 MHz kan ondersteunen. Daarom wordt het SCME-model (SCM Extension) gebruikt in technisch rapport 36.803 om de kanaalbandbreedte uit te breiden naar 20 MHz en het maximale aantal multipaden naar 9 te ondersteunen. De draadloze transmissiekarakteristieken tussen eNB en UE zijn een tijdsvariërende functie, die verandert met veranderingen in de antenneconfiguratie, de antennerichtingshoek, de antennecorrelatie en de verstrooiingsomgeving, zoals weergegeven in de onderstaande figuur.

Figuur 2-1 Schematisch diagram van de SCM-hoekparameters

Het verschil in draadloze prestaties tussen dual-gepolariseerde antennes en single-gepolariseerde antennes (antenneafstand 10λ) hangt voornamelijk af van de correlatiecoëfficiënt van de basisstationantenne. Wanneer de correlatiecoëfficiënt 0 is, geeft dit aan dat de antennes relatief onafhankelijk zijn en de correlatie laag is. Wanneer de correlatiecoëfficiënt 1 is, geeft dit aan dat er een sterke correlatie tussen de antennes bestaat. Wanneer het systeem gebruikmaakt van zenddiversiteit (zoals SFBC), ontvangstdiversiteit en MIMO dual-stream-modus, zijn de draadloze prestaties van antennes met een lage correlatie beter dan die van antennes met een hoge correlatie. De onderstaande figuur toont de simulatieresultaten van de SFBC-prestaties met correlatiecoëfficiënten van respectievelijk 0.25, 0.5, 0.6 en 1. Uit de simulatieresultaten blijkt dat de prestaties bij een correlatiecoëfficiënt van 0.25 in principe niet worden beïnvloed (vergeleken met een correlatiecoëfficiënt van 0). De prestaties van SFBC met correlatiecoëfficiënten van 0.5 en 0.6 dalen met ongeveer 0.3 dB tot 0.4 dB.

Figuur 2-2 Vergelijking van de prestaties van SFBC op linkniveau met verschillende correlatiecoëfficiënten

China Mobile heeft in juli 2008 de correlatiecoëfficiënten van verschillende antenneconfiguraties getest. De specifieke correlatiecoëfficiënten worden weergegeven in de onderstaande tabel:

Tabel 2-1 Correlatiecoëfficiënten corresponderend met verschillende antenneconfiguraties

Opmerking: De correlatiecoëfficiënten in bovenstaande tabel zijn verkregen door China Mobile op basis van SCME-modeltesten in dichtbevolkte stedelijke gebieden. In dichtbevolkte stedelijke gebieden is deze correlatiecoëfficiënt enigszins representatief. Dit betekent echter niet dat deze correlatiecoëfficiënt kan worden gekoppeld aan een specifiek project, noch dat deze correlatiecoëfficiënt van toepassing is op alle modellen van dichtbevolkte stedelijke gebieden.

2.2 Prestatievergelijking tussen een LTE-antenne met dubbele polarisatie en een antenne met enkele polarisatie

LTE definieert zeven transmissiemodi met meerdere antennes, waaronder zenddiversiteit, precodering-gebaseerde MIMO, beamforming, enzovoort. De zeven door LTE gedefinieerde transmissiemodi zijn voornamelijk bedoeld om een ​​flexibele selectie van transmissiemodi mogelijk te maken in verschillende scenario's en bij verschillende kanaalmodellen. De knelpunten en tekortkomingen van de prestaties van draadloze mobiele communicatienetwerken worden doorgaans onderverdeeld in de volgende drie categorieën:

Systemen met beperkte energievoorziening:

Typische toepassingsscenario's: Het hoofddoel is het vergroten van de dekking en het tegengaan van signaalverzwakking, bijvoorbeeld in effectieve gebieden, brede dekking in landelijke gebieden, enz.

Gebruikte antennetechnologie: zenddiversiteit, ontvangstdiversiteit

Prestatieverschil: De prestatieverbetering van de 10λ enkelgepolariseerde antenne is minder dan 5% vergeleken met de dubbelgepolariseerde antenne, en het prestatieverschil tussen de twee is niet groot.

Interferentiebeperkte systemen:

Typische toepassingsscenario's: Voornamelijk gebruikt in dichtbevolkte stedelijke gebieden waar de afstand tussen stations relatief klein is. Interferentie is een belangrijke factor die de netwerkprestaties beïnvloedt.

Toegepaste antennetechnologie: RANK=2 MIMO dual stream, RANK=1 MIMO single stream, RANK adaptief

Prestatieverschil: Het adaptieve RANK-algoritme presteert aanzienlijk beter dan de MIMO-methode met geforceerde dual-stream; tegelijkertijd zijn de prestaties van dual-gepolariseerde antennes in principe gelijk aan die van 10λ single-gepolariseerde antennes.

Systemen met beperkte bandbreedte:

Typische toepassingsscenario's: De kanaalomstandigheden (CQI) zijn relatief goed, er is geen continue dekking tussen basisstations, de afstand tussen basisstations is relatief groot en het aantal gebruikers is relatief laag. Bijvoorbeeld: dekking door één cel in de beginfase van het experimentele netwerk, enzovoort.

Antennetechnologie: RANK=2 MIMO dual stream

Prestatievergelijking: De prestaties van een 10λ enkelgepolariseerde antenne zijn beter dan die van een dubbelgepolariseerde antenne, met een prestatieverbetering van ongeveer 20%.

Tabel 2-2 Conclusietabel van toepassingsscenario's voor antennes

Bovenstaande analyseert voornamelijk het prestatieverschil tussen enkelvoudig gepolariseerde en dubbel gepolariseerde antennes. Het is echter belangrijk op te merken dat dubbel gepolariseerde antennes het voordeel hebben van een eenvoudige installatie. Denk hierbij aan de mogelijkheid om slechts één mast te gebruiken, de hellingshoek gelijkmatig aan te passen en de antenne een fraai uiterlijk te geven. In de huidige situatie, waarin de selectie en installatie van locaties voor draadloze netwerken steeds complexer worden, zijn de bovengenoemde voordelen van dubbel gepolariseerde antennes bijzonder belangrijk.

3 4G LTEToepassingsscenario's en selectie van basisstationantennes

In dit gedeelte wordt de classificatie van draadloze netwerkdekkingsgebieden en de bijbehorende antenneselectie uitgelegd, gebaseerd op daadwerkelijke netwerkimplementatiescenario's.

3.1 Antenneselectie voor stedelijke basisstations

Kenmerken van de toepassingsomgeving: Basisstations zijn dicht bij elkaar geplaatst, waardoor een klein dekkingsgebied per basisstation nodig is. Het doel is om de dekking tussen verschillende gebieden te minimaliseren, interferentie tussen basisstations te verminderen en de downloadsnelheid te verhogen.

Principes voor antenneselectie:

Keuze van de polarisatiemodus: Vanwege de moeilijkheid om geschikte locaties voor basisstations in stedelijke gebieden te vinden en de beperkte ruimte voor antenne-installatie, wordt aanbevolen om antennes met dubbele polarisatie en breedbandantennes te gebruiken;

Keuze van het richtingspatroon: In stedelijke gebieden is het verbeteren van het frequentiehergebruik de belangrijkste overweging, daarom worden over het algemeen directionele antennes gebruikt;

Keuze van de halfvermogensbundelbreedte: Om de dekking van de cel beter te kunnen beheersen en interferentie te onderdrukken, wordt de horizontale halfvermogensbundelbreedte van de stedelijke antenne gekozen op 60~65°.

Keuze van antenneversterking: Omdat basisstations in stedelijke gebieden over het algemeen geen groot dekkingsgebied nodig hebben, wordt aanbevolen een antenne met gemiddelde versterking te gebruiken. Een antenne met een versterking van 15-18 dBi wordt aanbevolen voor stedelijke gebieden. Als de microcelantenne wordt gebruikt om blinde vlekken in stedelijke gebieden op te vullen, kan een antenne met een lagere versterking worden gekozen.

Keuze van de kantelhoek: Omdat de kantelhoek van de antenne in stedelijke gebieden relatief vaak wordt aangepast en sommige antennes een grotere kantelhoek vereisen, en mechanische kantelhoekverstelling niet bevorderlijk is voor interferentiebeheersing, wordt aanbevolen een antenne met een vooraf ingestelde kantelhoek te gebruiken. U kunt kiezen voor een antenne met een vaste, elektrisch verstelbare kantelhoek, of een elektrisch verstelbare antenne wanneer de omstandigheden dit toelaten.

3.2 Antennekeuze voor basisstations in voorstedelijke en landelijke gebieden

Kenmerken van de toepassingsomgeving: basisstations zijn dun verspreid, het bedrijfsvolume is klein, de eisen aan datadiensten zijn relatief laag en een breed dekkingsgebied is vereist. Op sommige plaatsen is er slechts één basisstation, waardoor dekking de belangrijkste factor wordt. In dit geval moet de antennekeuze worden afgestemd op het gebied rondom het basisstation dat gedekt moet worden.

Principes voor antenneselectie:

Keuze van het richtingspatroon: Als het basisstation een omliggend gebied moet bestrijken en er geen duidelijke richting is, en de verkeersverdeling rond het basisstation relatief verspreid is, wordt aanbevolen omnidirectionele dekking te gebruiken. Houd er echter rekening mee dat de dekkingsafstand van omnidirectionele basisstations, vanwege de geringe versterking, kleiner is dan die van directionele basisstations. Let bij de installatie van omnidirectionele antennes op de invloed van de mast op de dekking en zorg ervoor dat de antenne loodrecht op het grondvlak staat. Als de lokale overheid een groter dekkingsgebied vereist, moeten directionele antennes worden gebruikt. Over het algemeen worden directionele antennes met een halfvermogensbundelbreedte van 90°, 105° en 120° in het horizontale vlak aanbevolen.

Antenneversterking kiezen: Selecteer de antenneversterking op basis van de dekkingsvereisten. Het wordt aanbevolen om in voorstedelijke en landelijke gebieden een directionele antenne met een hogere versterking (16-18 dBi) of een omnidirectionele antenne met een versterking van 9-11 dBi te kiezen.

Keuze van de neerwaartse kantelmethode: In voorstedelijke en landelijke gebieden zijn er weinig mogelijkheden om de neerwaartse kantelhoek van de antenne aan te passen, en het instelbereik en de eigenschappen van de kantelhoek zijn beperkt. Het gebruik van een mechanisch neerwaarts kantelbare antenne wordt aanbevolen. Tegelijkertijd, wanneer de antenne op een hoogte van meer dan 50 meter hangt en er behoefte is aan dekking op korte afstand, kan de voorkeur worden gegeven aan antennes die het nulpunt vullen om problemen met signaalonderbrekingen onder de mast te voorkomen.

3.3 Selectie van basisstationantennes voor dekking langs snelwegen

Kenmerken van de applicatieomgeving:In deze omgeving is het bedrijfsvolume laag en bewegen gebruikers zich met hoge snelheid. De focus ligt daarom op het oplossen van het dekkingsprobleem. Over het algemeen streeft men naar strookdekking, dus worden bidirectionele cellen voornamelijk gebruikt voor dekking langs snelwegen; omnidirectionele cellen worden ook gebruikt in gebieden die door steden en toeristische trekplekken lopen; breed bereik wordt benadrukt en het type antenne moet worden bepaald op basis van de locatie en het type locatie. Verschillende snelwegomgevingen variëren sterk. Over het algemeen geldt dat er relatief rechte snelwegen zijn, zoals autosnelwegen, spoorwegen, nationale snelwegen, provinciale wegen, enz. Het is aan te raden een station langs de snelweg te plaatsen, met een S1/1/1- of S1/1-stationtype en directionele antennes met hoge versterking voor een goede dekking. Er zijn bochtige en glooiende wegen, zoals kronkelende bergwegen, zelf aangelegde bergwegen op gemeentelijk niveau, enz. Het is noodzakelijk om de dekking in landelijke gebieden nabij de snelweg te combineren met een hooggelegen locatie voor de plaatsing van het station.

Bij de selectie van een antenne tijdens de eerste planningsfase, probeer een antenne met hoge versterking en een groot bereik te kiezen voor een breed dekkingsgebied.

Principes voor antenneselectie:

Keuze van het richtingspatroon: In basisstations die bedoeld zijn om spoorwegen en snelwegen te dekken, kunnen smalle, directionele antennes met een hoge versterking worden gebruikt. De antennevorm kan flexibel worden gekozen op basis van factoren zoals lokale terreinverschillen en bochten op de locatie.

De antenneversterking kan worden gekozen uit 17dBi-22dBi voor een directionele antenne en 11dBi voor een omnidirectionele antenne.

Keuze van de neerwaartse kantelmethode: Bij dekking langs snelwegen is er over het algemeen geen neerwaartse kantelhoek. Het wordt aanbevolen om een ​​goedkopere, mechanische neerwaartse kantelantenne te gebruiken. Wanneer de afstand meer dan 50 meter bedraagt ​​en er behoefte is aan dekking op korte afstand, kan de voorkeur worden gegeven aan antennes met een nulpuntsvulling (groter dan 15%) om het probleem van dode zones onder de mast op te lossen.

Voor-achterverhouding: Aangezien de meeste gebruikers van snelwegdekking snel rijden, mag de voor-achterverhouding van de richtantenne niet te hoog zijn om een ​​normale overdracht te garanderen.

3.4 Selectie van basisstationantennes voor dekking in bergachtig gebied

Kenmerken van de applicatieomgeving:In afgelegen heuvelachtige en bergachtige gebieden blokkeren bergen de radiogolven sterk, wat leidt tot verzwakking van de radiogolfvoortplanting en een lastig bereik. Het bereik is doorgaans breed, met verspreide gebruikers binnen een grote straal rond het basisstation, en het bedrijfsvolume is klein. Het basisstation kan op de top van een berg, op de helling, aan de voet van een berg of op een geschikte locatie in het berggebied worden gebouwd. Het is noodzakelijk om rekening te houden met de verschillende gebruikersverdeling en terreinkenmerken om de locatie, het model en de antennes van het basisstation te selecteren. Relatief veelvoorkomende situaties zijn: het bouwen van een website in een dalvormig berggebied, het bouwen van een website op een hoge berg, het bouwen van een website halverwege een berg, het bouwen van een website in een gewoon berggebied, enzovoort.

Principes voor antenneselectie:

Keuze van het richtingspatroon: De keuze van het richtingspatroon hangt af van de locatie, het type station en de vereisten voor de omgevingsdekking van het basisstation. U kunt kiezen voor een omnidirectionele of een directionele antenne. Voor basisstations die in bergachtig gebied zijn gebouwd, moet, als het te dekken gebied relatief laag ligt, een patroon met een grotere verticale halfvermogenshoek worden gekozen om beter te voldoen aan de vereisten voor verticale dekking.

Antenneversterking selecteren: Kies een antenne met gemiddelde versterking, een omnidirectionele antenne (9-11 dBi) of een directionele antenne (15-18 dBi), afhankelijk van de afstand van het te dekken gebied;

Keuze van de hellingshoek: Bij het bouwen van een station op een berg en het te dekken gebied zich aan de voet van de berg bevindt, moet een antenne met nulpuntsvulling of een vooraf ingestelde neerwaartse hellingshoek worden gekozen. De grootte van de vooraf ingestelde neerwaartse hellingshoek moet worden gekozen op basis van de relatieve hoogte van het basisstation ten opzichte van het te dekken gebied. Hoe groter de relatieve hoogte, hoe groter de vooraf ingestelde neerwaartse hellingshoek moet zijn.

3.5 LTEOverzicht van toepassingsscenario's voor basisstationantennes

Op basis van bovenstaande keuzes en in combinatie met de specifieke omstandigheden van LTE, zijn de aanbevolen principes voor antenneselectie als volgt:

Tabel 3-1 Samenvatting van toepassingsscenario's voor antennes

Over het algemeen wordt bij de selectie van LTE-locaties gebruikgemaakt van bestaande faciliteiten. De grootste problemen zijn dan ook of er voldoende ruimte is voor de installatie van LTE-antennes en of de hoogte voldoet aan de LTE-specificaties. Daarom is het bij de daadwerkelijke projectuitvoering van belang om technische parameters zoals de polarisatiemethode, het gebruik van breedbandantennes en de downtilt-hoek te bepalen. Een gedetailleerd onderzoek van de bestaande faciliteiten en een realistisch plan op basis van de feitelijke situatie zijn essentieel. Vanwege de MIMO-technologie in LTE worden momenteel 2T2R- en 4T4R-configuraties veelvuldig gebruikt. Rekening houdend met factoren zoals de bouwkosten van de locatie, worden voor 2T2R-situaties doorgaans twee gepolariseerde antennes gebruikt; voor 4T4R-situaties worden meestal twee gepolariseerde antennes gebruikt, met een afstand van 1-2λ tussen de antennes, wat overeenkomt met ongeveer 30-50 cm voor 2.6 GHz.

4 5G Enorme MIMO AAUen toepassingsscenario's

In dit gedeelte wordt in het kort de selectie van antennes en toepassingsscenario's voor 5G AAU beschreven.

4.1 5G Enorme MIMO AAU

De Multiple Input and Output (MIMO)-technologie, die in het 4G-tijdperk zeer volwassen is geworden, kan effectief gebruikmaken van meerdere ruimtelijke kanalen tussen meerdere antennes tussen de zendontvanger en de ontvanger om meerdere onderling orthogonale datastromen te verzenden. Hierdoor worden de datadoorvoer en de communicatiestabiliteit verbeterd zonder de communicatiebandbreedte te vergroten.

De Massive MIMO-technologie, ontwikkeld van 4G naar 5G, is een verbeterde versie van de MIMO-technologie. Met beperkte tijd en frequentie worden honderden antennes ingezet om tientallen mobiele terminals tegelijkertijd te bedienen, waardoor de datadoorvoer en de energie-efficiëntie verder worden verbeterd. De 5G-communicatiefrequentie is hoog en de antennes zijn kleiner, waardoor er meer antennes in dezelfde ruimte passen. Massive MIMO-technologie heeft de toon gezet voor de communicatietechnologie in het 5G-tijdperk. Daarom zijn antennes, na de radiofrequentie-front-end, een andere explosief groeiende component in het 5G-tijdperk. Basisstationantennes vertegenwoordigen 20% en terminalantennes 80%.

Door het veelvuldige gebruik van Massive MIMO-technologie in 5G-basisstations maakt de intern geïntegreerde antenne gebruik van een groot aantal oscillatoren en integreert deze ook zendontvangers. Daarom wordt deze ook wel een actieve antenne-array-eenheid (AAU) genoemd. Het schematische diagram van de interne structuur en de productvorm worden in de onderstaande afbeelding weergegeven.

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

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

Voor AAU's in de frequentieband onder 6 GHz gebruiken fabrikanten van communicatieapparatuur doorgaans 192 oscillatoren. Er zijn 12 rijen in horizontale richting en 8 kolommen oscillatoren in verticale richting. Plus 45° dubbele polarisatie, zijn er in totaal 12 x 8 x 2 = 192 oscillatoren. Elke groep van drie oscillatoren wordt een antenne genoemd, dus de AAU heeft in totaal 192/3 = 64 antennes. Als elke 6 oscillatoren een antenne vormen, heeft de AAU 192/6 = 32 antennes.

Figuur 4-3 Diagram van de antenne-elementen van de 65TR en 32TR AAU

AAU's in de <6GHz-band maken doorgaans gebruik van volledig digitale beamforming. Hierbij kan ervan worden uitgegaan dat het aantal antennes, het aantal transmissiekanalen en het aantal eindversterkers gelijk zijn. Het aantal antennes is een belangrijke factor voor de dekking. Hoe meer elementen, hoe smaller de bundel en hoe geconcentreerder de energie. Hoe meer antennes en kanalen, hoe meer eindversterkers er in de AAU zitten, hoe groter het verbruik van basisbandbronnen en hoe hoger de kosten van de apparatuur.

4.2 5GSignaalvervagingsmodel

3GPP TR 38.901 biedt vier scenario's: indoor hotspot kantoorgebied (InH-Office), stedelijke microcel straat (UMi-Street Canyon), stedelijke macrocel (Uma) en landelijke macrocel (RMa). Elk type scenario is onderverdeeld in scenario's zonder direct zicht (NLOS) en met direct zicht (LOS), met in totaal acht propagatiemodellen. In dit artikel wordt het padverliesmodel geselecteerd voor het stedelijke macrostation Uma-LOS/NLOS-scenario, waarbij fcBedrijfsfrequentie (GHz), hBSEffectieve hoogte van de basisstationantenne (m), hUTEffectieve hoogte van de antenne van het mobiele station (m), d2DHorizontale afstand tussen basisstation en mobiel station (m), d3DDe rechte-lijnafstand tussen de antenne van het basisstation en de antenne van het mobiele station (m).

Volgens de bovenstaande tabel kan het typische maximaal toelaatbare padverlies (MAPL) van verschillende kanalen van stedelijke macrostations worden berekend met de volgende formule. Hieruit blijkt dat het maximaal toelaatbare padverlies tussen de uplink en downlink van 5G NR 3.5 GHz 13.65 dB bedraagt. De netwerkdekking is beperkt in de uplink en wordt verder beperkt door het uplink PUSCH-kanaal.

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

waar PTxZendvermogen van het basisstation, LfFeederverlies, GTxAntenneversterking van het basisstation, MfSchaduwvervaging en snel vervagende marge, MlInterferentiemarge, GRxAntenneversterking van mobiele telefoons, LpIndringingsverlies in het gebouw, LbSlijtage aan de carrosserie, SRxGevoeligheid voor mobiele telefoonontvangst

4.3 5G AAUApplication scenario

In dichtbevolkte stedelijke gebieden leidt de complexe draadloze omgeving tot verergerde interferentie, en hoogbouw stelt hoge eisen aan de verticale dekking en de gebruikerscapaciteit. Apparatuur met 64 TR's kan betere Massive MIMO-beamforming bieden, MIMO-transmissie met hoge verkeersbelasting voor meerdere gebruikers mogelijk maken en de verticale dekking aanzienlijk verbeteren. In voorsteden en landelijke gebieden neemt het succespercentage van MU-MIMO-koppeling af en kan apparatuur met 64 TR's de capaciteitsvoordelen niet volledig benutten, waardoor apparatuur met een lagere configuratie kan worden gebruikt. Het gebruik van 32 antennes kan aan de behoeften voldoen. Voor meer afgelegen gebieden zijn de capaciteitseisen niet hoog en is het belangrijkste probleem het oplossen van het dekkingsprobleem. In dit geval is zelfs Massive MIMO niet nodig. Het volstaat om een ​​8-poorts RRU te gebruiken om de antennes aan te sluiten.

De onderstaande afbeelding toont een scenario-gebaseerde netwerkdekkingsoplossing, voorgesteld door een fabrikant van apparatuur. Macro-sites vormen de belangrijkste productvorm. De 64TR AAU voldoet aan de continue vraag naar hoge capaciteit in het 4G/5G-tijdperk, terwijl de 32TR AAU met lage configuratie voldoet aan de vraag naar goedkope netwerkaanleg in 4G/5G-gebieden met weinig verkeer. Producten voor indoor distributiesystemen omvatten 2TR- en 4TR-apparatuur, die gebruikmaken van passieve indoor distributiesystemen op bestaande netwerken of in nieuwbouwprojecten om hoogwaardige, drukbezochte indoor scenario's op te lossen. Daarnaast worden micro-station basisstations met 4TR radiofrequentie-eenheden (RRU's) veelvuldig gebruikt in drukke en warme omgevingen zoals woonwijken en voetgangersgebieden.

Figuur 4-4 Een scenario-gebaseerde netwerkdekkingsoplossing van een fabrikant van apparatuur.

Uit de berekeningsresultaten in paragraaf 4.2 blijkt dat de 5G NR-uplinkdekking in de 3.5 GHz-band beperkt is, voornamelijk door het beperkte vermogen van de terminals. Gezien het feit dat de vereisten voor de uplink- en downlinksnelheden na de introductie van 5G in de toekomst nog steeds asymmetrisch zullen zijn (de downlinksnelheid is veel hoger dan de uplinksnelheid), kan, om de bestaande netwerkstructuur ongewijzigd te laten en de kosten voor netwerkaanleg te verlagen, zodat operators snel 5G kunnen implementeren op bestaande 4G-locaties, uplink-downlink-ontkoppeling (SUL) worden gebruikt om het probleem van knelpunten in de uplinkdekking op te lossen. Dit houdt in dat oude LTE-apparatuur wordt gebruikt voor de uplink, een deel van de 1.8 GHz FDD-bandbreedte opnieuw wordt benut voor 5G NR om de dekking te verbeteren, en 5G NR wordt ingezet in de 3.5 GHz-band voor de downlink.

Figuur 4-5 Ontkoppelingsoplossing met behulp van verschillende frequentiebanden voor uplink en downlink

Dit artikel is overgenomen uit " Microwave Radio Frequency Network Wij steunen de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we de betreffende inhoud kunnen verwijderen.