Wiedza z zakresu inżynierii anten stacji bazowych 4G i 5G oraz scenariusze zastosowań

1 Przegląd anten stacji bazowej

W tym rozdziale przedstawiono klasyfikację anten stacji bazowych i różne rodzaje anten stosowanych w komunikacji mobilnej.

1.1 Klasyfikacja anten stacji bazowych

Antena dookólna:W charakterystyce poziomej pojawia się jako 360-stopniowe, jednorodne promieniowanie, powszechnie znane jako promieniowanie bezkierunkowe. W charakterystyce pionowej pojawia się jako wiązka o określonej szerokości. Zasadniczo, im mniejsza szerokość wiązki, tym większy zysk. Anteny dookólne są powszechnie stosowane w systemach komunikacji mobilnej w stacjach podmiejskich i powiatowych, o dużym zasięgu.

Antena kierunkowa:W układzie poziomym pojawia się jako promieniowanie w określonym zakresie kątów, co jest powszechnie znane jako kierunkowość. W układzie pionowym pojawia się jako wiązka o określonej szerokości. Podobnie jak w przypadku anteny dookólnej, im mniejsza szerokość wiązki, tym większy zysk. Anteny kierunkowe są zazwyczaj stosowane w miejskich stacjach komórkowych w systemach komunikacji mobilnej, charakteryzujących się małym zasięgiem, dużym zagęszczeniem użytkowników i wysokim wykorzystaniem częstotliwości.

Różne typy stacji bazowych są konfigurowane zgodnie z wymaganiami sieci, a różne typy stacji bazowych mogą wybierać różne typy anten w zależności od potrzeb. Wybór opiera się na powyższych parametrach technicznych. Na przykład, stacja dookólna używa anteny dookólnej o zasadniczo takim samym zysku w każdym kierunku poziomym, podczas gdy stacja kierunkowa używa anteny kierunkowej o znacznych zmianach zysku w kierunku poziomym. Generalnie, anteny o szerokości wiązki poziomej 65° są wybierane na obszarach miejskich. Anteny o szerokości wiązki poziomej 65°, 90° lub 120° mogą być wybierane na obszarach podmiejskich (w zależności od konfiguracji stacji i lokalnego środowiska geograficznego). Na obszarach wiejskich najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest wybór anteny dookólnej, która może zapewnić szeroki zasięg.

Antena mechaniczna:Odnosi się do anteny mobilnej, która wykorzystuje mechaniczną regulację kąta nachylenia w dół. Po zainstalowaniu anteny mechanicznej pionowo do podłoża, w celu optymalizacji sieci, należy wyregulować położenie uchwytu z tyłu anteny i zmienić jej nachylenie. Podczas procesu regulacji, chociaż zasięg anteny w kierunku głównego listka anteny ulega znacznej zmianie, amplitudy składowych pionowej i poziomej anteny pozostają niezmienione, przez co charakterystyka kierunkowa anteny łatwo ulega deformacji.

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 regulowana elektronicznie:Odnosi się do anteny mobilnej, która wykorzystuje elektroniczną regulację kąta pochylenia w dół. Zasada elektronicznego pochylenia w dół polega na pochyleniu pionowej charakterystyki anteny w dół poprzez zmianę fazy oscylatora anteny kolinearnej, zmianę amplitudy składowej pionowej i poziomej oraz zmianę natężenia pola składowej kompozytowej. Ponieważ natężenie pola we wszystkich kierunkach anteny rośnie i maleje w tym samym czasie, zapewnia się, że charakterystyka anteny zmienia się nieznacznie po zmianie kąta pochylenia, skracając zasięg w kierunku głównego listka, a jednocześnie zmniejszając obszar zasięgu całego wzoru w sektorze obsługującej komórki bez powodowania zakłóceń. Praktyka dowiodła, że ​​gdy kąt pochylenia w dół elektrycznie regulowanej anteny zmienia się z 1° do 5°, jej charakterystyka anteny jest mniej więcej taka sama jak anteny mechanicznej; gdy kąt pochylenia w dół zmienia się z 5° do 10°, jej charakterystyka anteny jest nieznacznie lepsza w porównaniu z anteną mechaniczną; gdy kąt nachylenia w dół zmienia się z 10° do 15°, charakterystyka kierunkowa anteny jest lepsza niż anteny mechanicznej. Zmiana jest większa; gdy antena mechaniczna jest pochylona w dół o 15°, charakterystyka kierunkowa anteny znacznie różni się od charakterystyki anteny mechanicznej. W tym momencie kształt charakterystyki kierunkowej anteny nie zmienia się zbytnio, zasięg głównego kierunku listka jest znacznie skrócony, a cały zasięg anteny znajduje się w sektorze stacji bazowej. Zwiększenie kąta nachylenia w dół może zmniejszyć obszar zasięgu sektora bez powodowania zakłóceń. Dlatego użycie elektrycznie regulowanej anteny może zmniejszyć utratę połączeń i zakłócenia. Ponadto elektronicznie regulowana antena umożliwia systemowi regulację dolnego kąta nachylenia charakterystyki kierunkowości pionowej bez wyłączania i monitorowanie efektu regulacji w czasie rzeczywistym. Dokładność krokowa regulacji kąta nachylenia jest również wysoka (0.1°), więc sieć może być precyzyjnie regulowana; Współczynnik intermodulacji trzeciego rzędu anteny regulowanej elektrycznie wynosi -150 dBc, co stanowi różnicę o 30 dBc w porównaniu do anteny mechanicznej, co jest korzystne ze względu na eliminację zakłóceń sąsiedniokanałowych i zakłóceń niepożądanych.

Antena o podwójnej polaryzacji:Antena o podwójnej polaryzacji to nowy typ technologii antenowej, który łączy dwie anteny o ortogonalnych kierunkach polaryzacji +45° i -45° i pracuje w trybie dupleksowym nadawania i odbioru w tym samym czasie. Dlatego jej najważniejszą zaletą jest to, że oszczędza antenę pojedynczej kierunkowej stacji bazowej. Ilość; Ogólnie rzecz biorąc, kierunkowa stacja bazowa (trzy sektory) cyfrowej sieci komunikacji mobilnej LTE wykorzystuje 9 anten, a każdy sektor wykorzystuje 3 anteny (różnorodność przestrzenna, jedna nadawcza i dwie odbiorcze). Jeśli używane są anteny o podwójnej polaryzacji, każdy sektor wymaga tylko 1 anteny; jednocześnie, ze względu na podwójną spolaryzowaną antenę, ortogonalność polaryzacji ±45° może zapewnić, że izolacja między antenami +45° i -45° spełnia wymagania intermodulacyjne dotyczące izolacji między antenami (≥30 dB), więc podwójna Odległość przestrzenna między spolaryzowanymi antenami wymaga tylko 20-30 cm; Ponadto anteny dwupolaryzacyjne mają zalety anten regulowanych elektrycznie. Zastosowanie anten dwupolaryzacyjnych w sieciach telefonii komórkowej, podobnie jak anten regulowanych elektrycznie, może zmniejszyć straty sygnału, zredukować zakłócenia i poprawić jakość usług w całej sieci. Zastosowanie anteny dwupolaryzacyjnej, ze względu na jej niskie wymagania montażowe i instalacyjne, eliminuje konieczność zakupu gruntu pod budowę masztu. Wystarczy postawić żelazny słup o średnicy 20 cm i zamocować na nim antenę dwupolaryzacyjną zgodnie z odpowiednim kierunkiem pokrycia. Pozwala to zaoszczędzić na inwestycjach w infrastrukturę, usprawnia rozmieszczenie stacji bazowych i ułatwia wybór lokalizacji stacji bazowej.

Przy wyborze anten należy kierować się rzeczywistymi warunkami, takimi jak zasięg sieci, natężenie ruchu, zakłócenia i jakość usług sieciowych, wybierając anteny mobilne odpowiadające potrzebom sieci komórkowych w danym regionie:

· W obszarach o dużym natężeniu ruchu i dużej gęstości stacji bazowych należy w miarę możliwości stosować anteny dwupolaryzacyjne i anteny regulowane elektrycznie;

· Tradycyjne anteny mechaniczne można stosować na obszarach takich jak granice i przedmieścia, gdzie natężenie ruchu nie jest duże, stacje bazowe nie są gęsto rozmieszczone, a wymagany jest jedynie zasięg.

1.2 Budowa wewnętrzna i typy anten stacji bazowych telefonii komórkowej

1.2.1 Antena kierunkowa z matrycą elementów płytowych

Antena kierunkowa płytkowa to najczęściej stosowany typ niezwykle ważnej anteny stacji bazowych. Zalety tego typu anteny to: wysoki zysk energetyczny, dobra charakterystyka sektorowa, mały tylny listek, łatwa kontrola kąta nachylenia charakterystyki pionowej, niezawodne uszczelnienie i długa żywotność. Wygląd anteny przedstawiono na poniższym rysunku:

Rysunek 1-1 Schematyczny rysunek wyglądu anteny kierunkowej płytkowej

1.2.1.1 Formowanie anteny płytowej o dużym zysku

Rysunek 1-2 Wykorzystanie wielu oscylatorów półfalowych do utworzenia pionowego układu liniowego

Rysunek 1-3 Zasada dodawania płytki odblaskowej do jednej strony układu liniowego w celu uzyskania orientacji poziomej (na przykładzie pionowego układu dwóch oscylatorów półfalowych z płytką odblaskową)

Obecnie, w projektach anten kierunkowych stacji bazowych, producenci anten stosują zasadniczo wyłącznie struktury matryc oscylatorów płytkowych. Wybrane są dwa typy oscylatorów, opisane w kolejnych dwóch sekcjach.

1.2.1.2 Oscylator symetryczny

Standardowa symetryczna tablica półfalowa (należy dodać dodatkowy oscylator, aby zmniejszyć wysokość oscylatora od podłoża i zmniejszyć grubość anteny)

Rysunek 1-4 Antena płytkowa kierunkowa syntetyzowana przez wiele oscylatorów półfalowych

1.2.1.3 Oscylator mikropaskowy

Deformacja oscylatora półfalowego wykorzystuje zasadę linii transmisyjnej o długości 1/4 długości fali do tworzenia promieniowania:

Rysunek 1-5 Antena płytkowa kierunkowa syntetyzowana przez wiele oscylatorów mikropaskowych

1.2.2 Antena dipolowa dookólna zasilana szeregowo

Antena dookólna wykorzystuje wiele oscylatorów półfalowych w celu syntezy i zwiększenia wzmocnienia promieniowania.

Rysunek 1-7 Struktura oscylatora zasilanego szeregowo i forma produktu anteny dookólnej

2G LTETypy anten i analiza porównawcza

Główną treścią tej sekcji jest wprowadzenie analizy porównawczej zasięgu i ruchu pomiędzy antenami LTE o podwójnej polaryzacji i antenami o pojedynczej polaryzacji.

2.1 Analiza korelacji pomiędzy anteną LTE o podwójnej polaryzacji i anteną o pojedynczej polaryzacji

Wprowadzenie technologii wieloantenowej LTE dodaje przestrzenny wymiar swobody zasobom bezprzewodowym i stawia nowe wymagania dla modeli kanałów bezprzewodowych. Model kanału przestrzennego (SCM) został zaproponowany w 3GPP TR 25.996. Model ten jest odpowiedni dla systemów o szerokości pasma 5 MHz i częstotliwości nośnej około 2 GHz. Maksymalna liczba ścieżek wielotorowych wynosi 6. System LTE wymaga, aby kanał bezprzewodowy obsługiwał do 20 MHz. Dlatego w raporcie technicznym 36.803 zastosowano model SCME (rozszerzenie SCM) w celu rozszerzenia szerokości pasma kanału do 20 MHz i obsługi maksymalnej liczby ścieżek wielotorowych do 9. Spośród nich, charakterystyki transmisji bezprzewodowej między eNB a UE są funkcją zmienną w czasie, która zmienia się wraz ze zmianami konfiguracji anteny, kąta kierunkowego anteny, korelacji anteny i środowiska rozpraszania, jak pokazano na poniższym rysunku.

Rysunek 2-1 Schematyczny diagram parametrów kąta SCM

Różnica w wydajności bezprzewodowej między antenami o podwójnej polaryzacji i antenami o pojedynczej polaryzacji (odstęp antenowy 10λ) zależy głównie od współczynnika korelacji anteny stacji bazowej. Gdy współczynnik korelacji wynosi 0, oznacza to, że anteny są stosunkowo niezależne, a korelacja jest niska. Gdy współczynnik korelacji wynosi 1, oznacza to, że istnieje silna korelacja między antenami. Gdy system używa trybu dywersyfikacji nadawczej (takiego jak SFBC), dywersyfikacji odbiorczej i trybu podwójnego strumienia MIMO, wydajność bezprzewodowa anten o niskiej korelacji jest lepsza niż wydajność anten o wysokiej korelacji. Poniższy rysunek przedstawia wyniki symulacji wydajności SFBC ze współczynnikami korelacji odpowiednio 0.25, 0.5, 0.6 i 1. Z wyników symulacji wynika, że ​​gdy współczynnik korelacji wynosi 0.25, jego wydajność jest zasadniczo niezmieniona (w porównaniu do współczynnika korelacji równego 0). Wydajność SFBC przy współczynnikach korelacji wynoszących 0.5 i 0.6 spada o ok. 0.3 dB do 0.4 dB.

Rysunek 2-2 Porównanie wydajności łącza SFBC na poziomie z różnymi współczynnikami korelacji

W lipcu 2008 roku China Mobile przeprowadziło testy współczynników korelacji różnych konfiguracji anten. Konkretne współczynniki korelacji przedstawiono w poniższej tabeli:

Tabela 2-1 Współczynniki korelacji odpowiadające różnym konfiguracjom anten

Uwaga: Współczynniki korelacji w powyższej tabeli zostały uzyskane przez China Mobile na podstawie testów modelu SCME w gęsto zaludnionych obszarach miejskich. W gęsto zaludnionych obszarach miejskich ten współczynnik korelacji jest w pewnym stopniu reprezentatywny. Nie oznacza to jednak, że ten współczynnik korelacji można odwzorować na konkretny projekt ani że ma on zastosowanie do wszystkich modeli gęsto zaludnionych obszarów miejskich.

2.2 Porównanie wydajności anteny LTE z podwójną polaryzacją i anteny z pojedynczą polaryzacją

LTE definiuje siedem wieloantenowych trybów transmisji, w tym dywersyfikację transmisji, MIMO z prekodowaniem, formowanie wiązki itp. Siedem trybów transmisji zdefiniowanych przez LTE ma na celu przede wszystkim zapewnienie elastycznego wyboru trybów transmisji w różnych scenariuszach i różnych modelach kanałów. Zazwyczaj wąskie gardła i niedociągnięcia w wydajności bezprzewodowych sieci komunikacji mobilnej dzieli się na trzy następujące kategorie:

Systemy o ograniczonym poborze mocy:

Typowe scenariusze zastosowań: Głównym celem jest zwiększenie zasięgu i przeciwdziałanie zanikaniu sygnału, np. w obszarach efektywnych, szerokim zasięgu na obszarach wiejskich itp.

Rodzaj zastosowanej technologii antenowej: różnorodność nadawania, różnorodność odbioru

Różnica w wydajności: Poprawa wydajności anteny 10λ o pojedynczej polaryzacji jest mniejsza niż 5% w porównaniu do anteny o podwójnej polaryzacji, a różnica w wydajności między nimi nie jest duża.

Systemy ograniczone interferencją:

Typowe scenariusze zastosowań: Stosowane głównie w gęsto zaludnionych obszarach miejskich, gdzie odległość między stacjami jest stosunkowo niewielka. Zakłócenia są głównym czynnikiem wpływającym na wydajność sieci.

Zastosowany typ technologii anteny: RANK=2 MIMO podwójny strumień, RANK=1 MIMO pojedynczy strumień, RANK adaptacyjny

Różnica w wydajności: algorytm adaptacyjny RANK jest znacznie lepszy niż wymuszony podwójny strumień MIMO; jednocześnie wydajność anten o podwójnej polaryzacji jest zasadniczo taka sama jak wydajność anten 10λ o pojedynczej polaryzacji.

Systemy o ograniczonej przepustowości:

Typowe scenariusze zastosowań: Warunki kanałowe (CQI) są stosunkowo dobre, brak ciągłego zasięgu między stacjami bazowymi, stosunkowo duża odległość między stacjami bazowymi i stosunkowo niewielka liczba użytkowników. Na przykład: zasięg pojedynczej komórki we wczesnej fazie sieci eksperymentalnej itp.

Typ technologii anteny: RANK=2 MIMO dual stream

Porównanie wydajności: wydajność anteny 10λ o pojedynczej polaryzacji jest lepsza od wydajności anteny o podwójnej polaryzacji, a poprawa wydajności wynosi około 20%.

Tabela 2-2. Tabela wniosków dotyczących scenariuszy zastosowań anten

Powyższy artykuł analizuje głównie różnice w wydajności między antenami jedno- i dwupolaryzacyjnymi. Należy jednak zauważyć, że anteny dwupolaryzacyjne mają tę zaletę, że są łatwe w montażu. Umożliwiają one m.in. zastosowanie pojedynczego bieguna, równomierną regulację kąta nachylenia anteny, co ułatwia jej upiększanie itp. W obecnej sytuacji, gdy wybór lokalizacji i instalacja sieci bezprzewodowej stają się coraz trudniejsze, powyższe zalety anten dwupolaryzacyjnych są szczególnie istotne.

3G LTEScenariusze zastosowań i wybór anten stacji bazowych

Główna treść tej sekcji wyjaśnia klasyfikację obszarów zasięgu sieci bezprzewodowych i odpowiedni wybór anten w oparciu o rzeczywiste scenariusze wdrażania sieci.

3.1 Wybór anteny stacji bazowej miejskiej

Charakterystyka środowiska aplikacji: Stacje bazowe są gęsto rozproszone, co wymaga niewielkiego obszaru zasięgu pojedynczej stacji bazowej. Ma to na celu zminimalizowanie zasięgu międzyobszarowego, redukcję zakłóceń między stacjami bazowymi i zwiększenie szybkości pobierania danych.

Zasady doboru anteny:

Wybór trybu polaryzacji: Ze względu na trudności w wyborze lokalizacji stacji bazowych na terenach miejskich i ograniczoną przestrzeń do instalacji anten, zaleca się stosowanie anten dwupolaryzacyjnych i anten szerokopasmowych;

Wybór wzoru kierunkowego: Na obszarach miejskich najważniejszym czynnikiem jest poprawa ponownego wykorzystania częstotliwości, dlatego na ogół stosuje się anteny kierunkowe;

Wybór szerokości wiązki połowy mocy: Aby lepiej kontrolować zasięg komórki i tłumić zakłócenia, szerokość poziomej wiązki połowy mocy anteny miejskiej jest wybierana na poziomie 60~65°;

Wybór zysku anteny: Ponieważ stacje bazowe na obszarach miejskich zazwyczaj nie wymagają szerokiego zasięgu, zaleca się stosowanie anteny o średnim zysku. W obszarach miejskich zaleca się stosowanie anteny o zysku 15-18 dBi. Jeśli antena mikrokomórkowa jest używana do wypełniania martwych stref na obszarach miejskich, można wybrać antenę o niższym zysku;

Wybór kąta pochylenia anteny w dół: Ponieważ kąt pochylenia anteny w obszarach miejskich jest stosunkowo często regulowany, a niektóre anteny wymagają ustawienia większego kąta pochylenia, a mechaniczne pochylenie w dół nie sprzyja kontroli zakłóceń, zaleca się użycie anteny z ustawionym kątem pochylenia w dół. Można wybrać antenę ze stałym, elektrycznym kątem pochylenia w dół lub antenę z elektryczną regulacją, jeśli spełnione są odpowiednie warunki.

3.2 Wybór anteny dla stacji bazowych na terenach podmiejskich i wiejskich

Charakterystyka środowiska aplikacji: stacje bazowe są rozproszone, wolumen działalności jest niewielki, wymagania dotyczące usług transmisji danych są stosunkowo niskie, a zasięg jest wymagany. W niektórych miejscach w pobliżu znajduje się tylko jedna stacja bazowa, dlatego zasięg staje się najważniejszym problemem. W tym przypadku wybór anteny należy rozważyć w oparciu o obszar, który ma być objęty zasięgiem wokół stacji bazowej.

Zasady doboru anteny:

Wybór wzoru kierunkowego: Jeśli stacja bazowa ma pokryć otaczający obszar, a nie ma oczywistej kierunkowości, a rozkład ruchu wokół stacji bazowej jest stosunkowo rozproszony, zaleca się użycie dookólnego pokrycia stacji bazowej. Jednocześnie należy zauważyć, że ze względu na mały zysk dookólnych stacji bazowych, zasięg nie jest tak duży, jak w przypadku kierunkowych stacji bazowych. Jednocześnie, podczas instalowania anten dookólnych, należy zwrócić uwagę na wpływ wieży na zasięg, a antena musi być utrzymywana prostopadle do płaszczyzny gruntu. Jeśli władze lokalne mają większe wymagania dotyczące zasięgu stacji bazowej, należy zastosować anteny kierunkowe, aby to osiągnąć. Ogólnie rzecz biorąc, należy stosować anteny kierunkowe o połowie mocy szerokości wiązki 90°, 105° i 120° w płaszczyźnie poziomej;

Wybór zysku anteny: Dobierz zysk anteny zgodnie z wymaganiami zasięgu. Zaleca się wybór anteny kierunkowej o wyższym zysku (16-18 dBi) lub anteny dookólnej o zysku 9-11 dBi na obszarach podmiejskich i wiejskich;

Wybór metody pochylenia anteny w dół: Na obszarach podmiejskich i wiejskich nie ma wielu możliwości regulacji pochylenia anteny w dół, a zakres regulacji i charakterystyka kąta pochylenia w dół nie są duże. Zaleca się stosowanie mechanicznej anteny z pochyleniem w dół. Jednocześnie, gdy antena jest zawieszona powyżej 50 metrów i występują wymagania dotyczące bliskiego zasięgu, anteny z punktem zerowym mogą mieć priorytet, aby uniknąć problemu braku zasilania pod masztem.

3.3 Wybór anteny stacji bazowej o zasięgu autostrady

Charakterystyka środowiska aplikacji:W tym środowisku wolumen biznesu jest niski, a użytkownicy poruszają się z dużą prędkością. W tym momencie koncentruje się na rozwiązaniu problemu zasięgu. Ogólnie rzecz biorąc, celem jest zasięg pasowy, dlatego komórki dwukierunkowe są używane głównie do pokrycia zasięgu autostrad; komórki dookólne są również używane na obszarach przechodzących przez miasta i atrakcje turystyczne; wówczas nacisk kładzie się na szeroki zasięg, a rodzaj użytej anteny musi zostać określony na podstawie wyboru lokalizacji i typu lokalizacji. Różne środowiska autostradowe są bardzo zróżnicowane. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją stosunkowo proste drogi, takie jak autostrady, linie kolejowe, drogi krajowe, drogi wojewódzkie itp. Zaleca się budowę stacji przy autostradzie, używając typu stacji S1/1/1 lub S1/1, z antenami kierunkowymi o wysokim zysku, aby uzyskać zasięg. Istnieją kręte i faliste drogi, takie jak kręte drogi górskie, samodzielnie zbudowane drogi górskie na poziomie powiatu itp. Należy połączyć to z zasięgiem obszarów wiejskich w pobliżu autostrady i wybrać wysoko położone miejsce do budowy stacji.

Wybierając antenę na etapie planowania, spróbuj wybrać antenę o dużym zysku i szerokim zasięgu, aby uzyskać szeroki zasięg.

Zasady doboru anteny:

Wybór charakterystyki kierunkowej: W stacjach bazowych, których celem jest pokrycie zasięgiem linii kolejowych i autostrad, można stosować anteny kierunkowe o wąskiej wiązce i wysokim zysku. Kształt anteny można elastycznie dobierać w zależności od czynników takich jak lokalne nierówności terenu i zakręty w miejscu instalacji;

Wybór wzmocnienia anteny: wzmocnienie anteny kierunkowej można wybrać z zakresu 17 dBi–22 dBi, a wzmocnienie anteny dookólnej można wybrać z zakresu 11 dBi;

Wybór metody downtilt: Zasięg autostrad zazwyczaj nie charakteryzuje się kątem downtilt. Zaleca się użycie tańszej mechanicznej anteny downtilt. W przypadku odległości powyżej 50 metrów i wymagań dotyczących zasięgu bliskiego końca, anteny z zerowym wypełnieniem punktu (powyżej 15%) mogą mieć priorytet, aby rozwiązać problem czarnych punktów pod masztem;

Stosunek przód-tył: Ponieważ większość użytkowników zasięgu autostradowego to szybko poruszający się użytkownicy, aby zapewnić prawidłowe przekazywanie sygnału, stosunek przód-tył anteny kierunkowej nie powinien być zbyt wysoki.

3.4 Wybór anteny stacji bazowej do pokrycia terenu górskiego

Charakterystyka środowiska aplikacji:W odległych, pagórkowatych i górzystych obszarach góry silnie blokują fale radiowe, co powoduje tłumienie propagacji fal radiowych i utrudnia zasięg. Zazwyczaj zasięg jest szeroki, z rozproszonymi użytkownikami w szerokim promieniu zasięgu stacji bazowej, a wolumen działalności jest niewielki. Stacja bazowa może być zbudowana na szczycie góry, na zboczu góry, u podnóża góry lub w odpowiedniej lokalizacji w terenie górskim. Aby wybrać lokalizację stacji bazowej, modele i anteny, konieczne jest rozróżnienie rozmieszczenia użytkowników i charakterystyki terenu. Poniższe sytuacje są stosunkowo powszechne: budowa strony internetowej w górzystym terenie o charakterze kotliny, budowa strony internetowej w wysokiej górze, budowa strony internetowej w połowie wysokości góry, budowa strony internetowej w typowym terenie górskim itp.

Zasady doboru anteny:

Wybór charakterystyki kierunkowej: Wybór charakterystyki kierunkowej zależy od lokalizacji, typu stacji i wymagań dotyczących zasięgu w otoczeniu stacji bazowej. Można wybrać antenę dookólną lub kierunkową. W przypadku stacji bazowych zbudowanych w górach, jeśli lokalizacja, która ma być objęta zasięgiem, znajduje się stosunkowo nisko, należy wybrać charakterystykę o większym kącie połowicznej mocy w pionie, aby lepiej spełnić wymagania dotyczące zasięgu w pionie;

Wybór zysku anteny: Wybierz średni zysk anteny, antenę dookólną (9-11 dBi), antenę kierunkową (15-18 dBi) w zależności od odległości obszaru, który ma zostać pokryty;

Wybór kąta nachylenia: W przypadku budowy stacji bazowej na górze, gdzie obszar do pokrycia znajduje się u podnóża góry, należy wybrać antenę z wypełnieniem punktu zerowego lub wstępnie ustawionym kątem pochylenia w dół. Wielkość wstępnie ustawionego kąta pochylenia w dół należy dobrać na podstawie względnej wysokości stacji bazowej i obszaru do pokrycia. Im większa wysokość względna, tym większy powinien być wstępnie ustawiony kąt pochylenia w dół.

3.5 LTEPodsumowanie scenariuszy zastosowań anten stacji bazowych

Na podstawie powyższych wyborów i w połączeniu ze szczególnymi warunkami LTE, zalecane zasady doboru anteny są następujące:

Tabela 3-1 Podsumowanie scenariuszy zastosowań anten

Zazwyczaj wybór lokalizacji LTE opiera się na istniejących obiektach, więc największym problemem jest to, czy jest wystarczająco dużo miejsca na instalację anten LTE i czy wysokość jest zgodna z planem LTE. Dlatego też, rzeczywisty projekt przyjmuje parametry techniczne, takie jak metoda polaryzacji, czy użyć anteny szerokopasmowej i metoda kąta pochylenia w dół. Konieczne jest przeprowadzenie szczegółowego przeglądu istniejących obiektów i sporządzenie rozsądnego planu w oparciu o rzeczywistą sytuację. Ze względu na obecność technologii MIMO w LTE, obecnie powszechnie stosuje się 2T2R i 4T4R. Biorąc pod uwagę czynniki takie jak koszty budowy witryny, w sytuacjach 2T2R zazwyczaj stosuje się anteny dwupolaryzacyjne; w sytuacjach 4T4R zazwyczaj stosuje się dwie anteny dwupolaryzacyjne, a odległość między antenami wynosi 1-2λ, co odpowiada około 30-50 cm dla 2.6G.

4 5G Masywne jednostki MIMOi scenariusze zastosowań

Główna treść tej sekcji zawiera krótki opis anteny i wyboru scenariusza zastosowania 5G AAU.

4.1 5G Masywna jednostka MIMO AAU

Technologia wielokrotnego wejścia i wyjścia (MIMO), która osiągnęła wysoki poziom rozwoju w erze 4G, może efektywnie wykorzystywać wiele kanałów przestrzennych istniejących pomiędzy wieloma antenami znajdującymi się w systemach nadawczo-odbiorczych i nadawczo-odbiorczych, aby przesyłać wiele wzajemnie ortogonalnych strumieni danych, zwiększając w ten sposób przepustowość danych i stabilność komunikacji bez zwiększania szerokości pasma komunikacyjnego.

Technologia Massive MIMO, opracowana od ery 4G do ery 5G, stanowi udoskonaloną wersję technologii MIMO. Wykorzystując ograniczone zasoby czasowe i częstotliwościowe, setki anten obsługują jednocześnie do kilkudziesięciu terminali mobilnych, co dodatkowo zwiększa przepustowość danych i efektywność energetyczną. Częstotliwość transmisji 5G jest wysoka, a rozmiar anteny zmniejszony, co pozwala na umieszczenie większej liczby anten w pierwotnej przestrzeni. Technologia Massive MIMO nadała ton technologii komunikacyjnej w erze 5G. Dlatego też anteny stały się kolejnym dynamicznie rozwijającym się elementem, po technologii radiowej w erze 5G. Anteny stacji bazowych stanowią 20%, a anteny terminali 80%.

Ze względu na szerokie zastosowanie technologii Massive MIMO w stacjach bazowych 5G, zintegrowana wewnętrznie antena wykorzystuje dużą liczbę oscylatorów i integruje również jednostki nadawczo-odbiorcze, dlatego nazywana jest również aktywnym układem antenowym (AAU). Schemat jej wewnętrznej struktury i wygląd produktu przedstawiono na poniższym rysunku.

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

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

W przypadku jednostek AAU w paśmie częstotliwości <6 GHz producenci urządzeń komunikacyjnych zazwyczaj stosują 192 oscylatory. W kierunku poziomym występuje 12 rzędów, a w kierunku pionowym 8 kolumn oscylatorów. Dodając podwójną polaryzację 45°, mamy łącznie 12 x 8 x 2 = 192 oscylatorów. Każda grupa trzech oscylatorów nazywana jest anteną, zatem AAU ma łącznie 192/3 = 64 anteny. Jeśli każde 6 oscylatorów tworzy antenę, AAU ma 192/6 = 32 anteny.

Rysunek 4-3 Schemat elementów anteny AAU 65TR i 32TR

Jednostki AAU w paśmie <6 GHz zazwyczaj wykorzystują całkowicie cyfrowe formowanie wiązki. Można założyć, że liczba anten, liczba kanałów transmisyjnych i liczba wzmacniaczy mocy są takie same. Liczba anten jest ważnym czynnikiem wpływającym na zasięg. Im większa liczba elementów, tym węższa wiązka i bardziej skoncentrowana energia. Im więcej anten i kanałów, tym więcej wzmacniaczy mocy w jednostce AAU, tym większe zużycie zasobów pasma podstawowego i wyższy koszt sprzętu.

4.2 5GModel zanikania sygnału

Norma 3GPP TR 38.901 przewiduje cztery scenariusze: obszar biurowy z punktem dostępu (InH-Office), ulica z mikrokomórką miejską (UMi-Street Canyon), makrokomórka miejska (Uma) i makrokomórka wiejska (RMa). Każdy typ scenariusza jest podzielony na scenariusze bez widoczności (NLOS) i z widocznością (LOS), z łącznie ośmioma modelami propagacji. W niniejszym artykule wybrano model tłumienia sygnału w scenariuszu Uma-LOS/NLOS dla stacji makro miejskiej. gdzie fcCzęstotliwość robocza (GHz), godz.BSEfektywna wysokość anteny stacji bazowej (m), hUTEfektywna wysokość anteny stacji ruchomej (m), d2DOdległość pozioma między stacją bazową a stacją ruchomą (m), d3DOdległość w linii prostej między anteną stacji bazowej a anteną stacji mobilnej (m).

Zgodnie z powyższą tabelą, typowe maksymalne dopuszczalne tłumienie sygnału (MAPL) dla różnych kanałów stacji makro miejskich można obliczyć według poniższego wzoru. Widać, że maksymalna dopuszczalna różnica tłumienia sygnału między łączem w górę a łączem w dół sieci 5G NR 3.5 GHz sięga 13.65 dB, a zasięg sieci jest ograniczony w łączu w górę i jest ograniczony przez kanał PUSCH łącza w górę.

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

gdzie PTxMoc nadawania stacji bazowej, LfUtrata podajnika, GTxZysk anteny stacji bazowej, MfBlaknięcie cieni i margines szybkiego blaknięcia, MlMargines interferencyjny, GRxZysk anteny telefonu komórkowego, LpStrata penetracji budynku, LbZużycie karoserii, SRxCzułość odbioru telefonu komórkowego

4.3 jednostki AAU 5GScenariusze zastosowań

W gęsto zaludnionych obszarach miejskich złożone środowisko bezprzewodowe prowadzi do nasilenia zakłóceń, a wysokie budynki wymuszają wysokie wymagania dotyczące zasięgu pionowego i dużej przepustowości. Urządzenia 64TR zapewniają lepsze formowanie wiązki Massive MIMO, umożliwiają transmisję MIMO dla wielu użytkowników przy dużym natężeniu ruchu oraz znacząco poprawiają zasięg pionowy. Na przedmieściach i obszarach wiejskich wskaźnik powodzenia parowania MU-MIMO spada, a urządzenia 64TR nie mogą w pełni wykorzystać zalet swojej przepustowości, dlatego można stosować urządzenia o niskiej konfiguracji. Użycie 32 anten może zaspokoić te potrzeby. W bardziej oddalonych obszarach wymagania dotyczące przepustowości nie są wysokie, a głównym problemem jest rozwiązanie problemu zasięgu. Obecnie nawet Massive MIMO nie jest potrzebne. Wystarczy użyć 8-portowego RRU do podłączenia anteny.

Poniższy rysunek przedstawia rozwiązanie zasięgu sieci oparte na scenariuszach, zaproponowane przez producenta sprzętu. Najważniejszą formą produktu jest makrolokalizacja. Jednostka AAU 64TR zaspokaja ciągłe zapotrzebowanie na wysoką przepustowość w fazie 4G/5G, a jednostka AAU 32TR o niskiej konfiguracji zaspokaja zapotrzebowanie na tanią budowę sieci w obszarach o niskim natężeniu ruchu 4G/5G. Produkty do systemów dystrybucji wewnętrznej obejmują urządzenia 2TR i 4TR, które wykorzystują pasywne systemy dystrybucji wewnętrznej w istniejącej sieci lub w nowym budownictwie, aby sprostać scenariuszom o wysokiej wartości i dużym natężeniu ruchu w pomieszczeniach. Ponadto, mikrostacje bazowe 4TR z jednostką częstotliwości radiowej (RRU) są szeroko stosowane w miejscach o dużym natężeniu ruchu i ogrzewaniu, takich jak obszary mieszkalne i ulice dla pieszych.

Rysunek 4-4 Rozwiązanie dotyczące zasięgu sieci oparte na scenariuszach od producenta sprzętu

Z wyników obliczeń w rozdziale 4.2 wynika, że ​​zasięg pasma 3.5 GHz 5G NR w łączu w górę jest ograniczony, głównie ze względu na ograniczoną moc terminala. Biorąc pod uwagę, że wymagania dotyczące szybkości łącza w górę i w dół będą nadal asymetryczne w przyszłości po uruchomieniu 5G (wymagania dotyczące szybkości łącza w dół są znacznie wyższe niż łącza w górę), w celu utrzymania istniejącej struktury sieci bez zmian i zmniejszenia kosztów budowy sieci, tak aby operatorzy mogli szybko nałożyć i wdrożyć 5G na działające lokalizacje 4G, można zastosować rozdzielenie łącza w górę i łącza w dół (SUL) w celu rozwiązania problemu wąskich gardeł w zasięgu łącza w górę. Oznacza to, że stary sprzęt LTE jest używany w łączu w górę, część pasma 1.8 GHz FDD jest ponownie kultywowana dla 5G NR w celu poprawy zasięgu, a 5G NR jest wdrażany w paśmie 3.5 GHz w łączu w dół.

Rysunek 4-5 Rozwiązanie rozdzielające przy użyciu różnych pasm częstotliwości dla łącza w górę i łącza w dół

Ten artykuł jest reprodukowany z " Microwave Radio Frequency Network „Wspieramy ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.