ความรู้ด้านวิศวกรรมเสาอากาศสถานีฐาน 4G และ 5G และสถานการณ์การใช้งาน

1 ภาพรวมเสาอากาศสถานีฐาน

บทนี้จะแนะนำการจำแนกประเภทของเสาอากาศสถานีฐานและลักษณะของเสาอากาศประเภทต่างๆ ในระบบสื่อสารเคลื่อนที่

1.1 การจำแนกประเภทเสาอากาศสถานีฐาน

เสาอากาศแบบรับส่งสัญญาณรอบทิศทาง:ในรูปแบบแนวนอน จะปรากฏเป็นการแผ่รังสีสม่ำเสมอ 360° ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าแบบไม่กำหนดทิศทาง ในรูปแบบแนวตั้ง จะปรากฏเป็นลำแสงที่มีความกว้างระดับหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งความกว้างของลำแสงน้อยลงเท่าไร อัตราขยายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เสาอากาศแบบรอบทิศทางมักใช้ในระบบสื่อสารเคลื่อนที่ในสถานีระดับชานเมืองและระดับอำเภอที่มีพื้นที่ครอบคลุมขนาดใหญ่

เสาอากาศแบบกำหนดทิศทาง:ในรูปแบบแนวนอน จะปรากฏเป็นรังสีที่แผ่กระจายภายในช่วงมุมที่กำหนด ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าทิศทาง ในรูปแบบแนวตั้ง จะปรากฏเป็นลำแสงที่มีความกว้างระดับหนึ่ง เช่นเดียวกับเสาอากาศแบบรอบทิศทาง ยิ่งความกว้างของลำแสงแคบลงเท่าใด กำลังขยายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เสาอากาศแบบทิศทางมักใช้ในสถานีฐานในเมืองในระบบสื่อสารเคลื่อนที่ที่มีพื้นที่ครอบคลุมน้อย ความหนาแน่นของผู้ใช้สูง และการใช้ความถี่สูง

มีการติดตั้งสถานีฐานประเภทต่างๆ ตามความต้องการของเครือข่าย และสถานีฐานแต่ละประเภทสามารถเลือกใช้เสาอากาศประเภทต่างๆ ได้ตามความต้องการ การเลือกนั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเทคนิคข้างต้น ตัวอย่างเช่น สถานีแบบรอบทิศทางจะใช้เสาอากาศแบบรอบทิศทางที่มีอัตราขยายเท่ากันในแต่ละทิศทางแนวนอน ในขณะที่สถานีแบบทิศทางจะใช้เสาอากาศแบบทิศทางที่มีการเปลี่ยนแปลงอัตราขยายอย่างมากในทิศทางแนวนอน โดยทั่วไปแล้ว ในเขตเมืองจะเลือกใช้เสาอากาศที่มีมุมกระจายสัญญาณแนวนอน 65° ในเขตชานเมืองสามารถเลือกใช้เสาอากาศที่มีมุมกระจายสัญญาณแนวนอน 65°, 90° หรือ 120° ได้ (ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าสถานีและสภาพแวดล้อมทางภูมิศาสตร์ในท้องถิ่น) ในพื้นที่ชนบท การเลือกใช้เสาอากาศแบบรอบทิศทางที่สามารถครอบคลุมพื้นที่กว้างได้นั้นประหยัดที่สุด

เสาอากาศเชิงกล:หมายถึงเสาอากาศเคลื่อนที่ที่ใช้การปรับมุมเอียงลงด้วยระบบกลไก หลังจากติดตั้งเสาอากาศแบบกลไกในแนวตั้งกับพื้นแล้ว หากต้องการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่าย จำเป็นต้องปรับตำแหน่งของขายึดด้านหลังเสาอากาศและเปลี่ยนมุมเอียงของเสาอากาศ ในระหว่างกระบวนการปรับแต่ง แม้ว่าระยะการครอบคลุมในทิศทางลำแสงหลักของเสาอากาศจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก แต่แอมพลิจูดของส่วนประกอบแนวตั้งและแนวนอนของเสาอากาศยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นรูปแบบเสาอากาศจึงผิดเพี้ยนได้ง่าย

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.

เสาอากาศที่ปรับได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์:หมายถึงเสาอากาศเคลื่อนที่ที่ใช้การปรับมุมเอียงลงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ หลักการของการปรับมุมเอียงลงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์คือการเอียงรูปแบบแนวตั้งของเสาอากาศลงโดยการเปลี่ยนเฟสของออสซิลเลเตอร์เสาอากาศแบบเรียงตัวกัน เปลี่ยนแอมพลิจูดของส่วนประกอบแนวตั้งและส่วนประกอบแนวนอน และเปลี่ยนความแรงของสนามของส่วนประกอบรวม ​​เนื่องจากความแรงของสนามในทุกทิศทางของเสาอากาศเพิ่มขึ้นและลดลงพร้อมกัน จึงมั่นใจได้ว่ารูปแบบของเสาอากาศจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยหลังจากเปลี่ยนมุมเอียง ทำให้ระยะการครอบคลุมในทิศทางของลำแสงหลักสั้นลง และในขณะเดียวกันก็ลดพื้นที่ครอบคลุมของรูปแบบทั้งหมดภายในภาคเซลล์ที่ให้บริการโดยไม่ก่อให้เกิดการรบกวน จากการปฏิบัติจริงพบว่า เมื่อมุมเอียงลงของเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้าเปลี่ยนจาก 1° เป็น 5° รูปแบบของเสาอากาศจะใกล้เคียงกับเสาอากาศแบบกลไก เมื่อมุมเอียงลงเปลี่ยนจาก 5° เป็น 10° รูปแบบของเสาอากาศจะดีขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเสาอากาศแบบกลไก และเมื่อมุมเอียงลงเปลี่ยนจาก 10° เป็น 15° รูปแบบของเสาอากาศจะดีกว่าเสาอากาศแบบกลไก การเปลี่ยนแปลงนั้นมีขนาดใหญ่กว่า เมื่อเสาอากาศเชิงกลเอียงลง 15° รูปแบบการแผ่คลื่นของเสาอากาศจะแตกต่างจากเสาอากาศเชิงกลอย่างเห็นได้ชัด ในขณะนี้ รูปทรงของรูปแบบการแผ่คลื่นไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก ระยะการครอบคลุมของทิศทางลำแสงหลักสั้นลงอย่างมาก และรูปแบบการแผ่คลื่นทั้งหมดอยู่ในเขตสถานีฐาน การเพิ่มมุมเอียงลงสามารถลดพื้นที่ครอบคลุมของเขตได้โดยไม่ก่อให้เกิดการรบกวน ดังนั้น การใช้เสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้าสามารถลดการสูญเสียการโทรและลดการรบกวนได้ นอกจากนี้ เสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้ายังช่วยให้ระบบสามารถปรับมุมเอียงที่ต่ำกว่าของรูปแบบการแผ่คลื่นในแนวตั้งได้โดยไม่ต้องปิดระบบ และตรวจสอบผลของการปรับแบบเรียลไทม์ ความแม่นยำในการปรับมุมเอียงก็สูงเช่นกัน (0.1°) ดังนั้นจึงสามารถปรับเครือข่ายได้อย่างละเอียด ดัชนีการผสมสัญญาณลำดับที่สามของเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้าคือ -150dBc ซึ่งแตกต่างจากเสาอากาศเชิงกล 30dBc ซึ่งเป็นประโยชน์ในการกำจัดสัญญาณรบกวนจากช่องสัญญาณข้างเคียงและสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์

เสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่:เสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่เป็นเทคโนโลยีเสาอากาศชนิดใหม่ที่รวมเสาอากาศสองตัวที่มีทิศทางโพลาไรซ์ตั้งฉากกันที่ +45° และ -45° และทำงานในโหมดส่งและรับแบบดูเพล็กซ์พร้อมกัน ดังนั้นข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดคือช่วยประหยัดจำนวนเสาอากาศของสถานีฐานแบบทิศทางเดียว โดยทั่วไป สถานีฐานแบบทิศทาง (สามภาค) ของเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่ดิจิทัล LTE ใช้เสาอากาศ 9 ตัว และแต่ละภาคใช้เสาอากาศ 3 ตัว (ความหลากหลายเชิงพื้นที่ ส่งหนึ่งตัว รับสองตัว) หากใช้เสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ แต่ละภาคจะต้องการเพียงเสาอากาศ 1 ตัวเท่านั้น ในขณะเดียวกัน เนื่องจากความเป็นตั้งฉากของโพลาไรซ์คู่ระหว่างเสาอากาศสามารถรับประกันได้ว่าการแยกสัญญาณระหว่างเสาอากาศ +45° และ -45° เป็นไปตามข้อกำหนดการแยกสัญญาณระหว่างเสาอากาศ (≥30dB) ดังนั้นระยะห่างเชิงพื้นที่ระหว่างเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่จึงต้องการเพียง 20-30 ซม. เท่านั้น นอกจากนี้ เสาอากาศแบบสองขั้วยังมีข้อดีเช่นเดียวกับเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้า การใช้เสาอากาศแบบสองขั้วในเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่ เช่นเดียวกับเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้า สามารถลดการสูญเสียสัญญาณ ลดการรบกวน และปรับปรุงคุณภาพการบริการของเครือข่ายโดยรวมได้ หากใช้เสาอากาศแบบสองขั้ว เนื่องจากเสาอากาศแบบสองขั้วไม่ต้องการข้อกำหนดสูงในการติดตั้ง จึงไม่จำเป็นต้องจัดหาที่ดินเพื่อสร้างเสา เพียงแค่ติดตั้งเสาเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ซม. และติดตั้งเสาอากาศแบบสองขั้วบนเสาเหล็กตามทิศทางการครอบคลุมที่เหมาะสม ซึ่งจะช่วยประหยัดการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐาน ทำให้การจัดวางสถานีฐานมีความเหมาะสมมากขึ้น และทำให้การเลือกสถานที่ตั้งสถานีฐานง่ายขึ้น

ในการเลือกเสาอากาศ ควรเลือกเสาอากาศเคลื่อนที่ที่เหมาะสมกับความต้องการของเครือข่ายมือถือในภูมิภาค โดยพิจารณาจากสภาพความเป็นจริง เช่น ความครอบคลุมของเครือข่าย ปริมาณการใช้งาน การรบกวน และคุณภาพการให้บริการของเครือข่าย:

· ในพื้นที่ที่มีการจราจรหนาแน่นและมีสถานีฐานจำนวนมาก ควรใช้เสาอากาศแบบสองขั้วและเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้าให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

· เสาอากาศเชิงกลแบบดั้งเดิมสามารถใช้งานได้ในพื้นที่ เช่น บริเวณชายแดนและชานเมือง ที่ปริมาณการจราจรไม่สูง สถานีฐานไม่หนาแน่น และต้องการเพียงแค่การครอบคลุมสัญญาณเท่านั้น

1.2 โครงสร้างภายในและประเภทของเสาอากาศสถานีฐานการสื่อสารเคลื่อนที่

1.2.1 เสาอากาศแบบอาร์เรย์องค์ประกอบแผ่นทิศทาง

เสาอากาศแบบแผ่นทิศทางเป็นเสาอากาศสถานีฐานชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีความสำคัญอย่างยิ่ง ข้อดีของเสาอากาศชนิดนี้ ได้แก่ อัตราขยายสูง รูปแบบการกระจายคลื่นที่ดี กลีบรับคลื่นด้านหลังเล็ก ควบคุมมุมการกดรูปแบบแนวตั้งได้ง่าย ประสิทธิภาพการปิดผนึกที่เชื่อถือได้ และอายุการใช้งานยาวนาน ลักษณะของเสาอากาศแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง:

รูปที่ 1-1 แผนภาพแสดงลักษณะของเสาอากาศทิศทางแบบแผ่น

1.2.1.1 การสร้างเสาอากาศแบบแผ่นที่มีอัตราขยายสูง

รูปที่ 1-2 ใช้ออสซิลเลเตอร์แบบครึ่งคลื่นหลายตัวเพื่อสร้างอาร์เรย์เชิงเส้นแนวตั้ง

รูปที่ 1-3 หลักการของการเพิ่มแผ่นสะท้อนแสงไว้ด้านใดด้านหนึ่งของแถวเชิงเส้นเพื่อให้ได้การวางแนวในแนวนอน (โดยยกตัวอย่างแถวแนวตั้งของออสซิลเลเตอร์ครึ่งคลื่นสองตัวที่มีแผ่นสะท้อนแสง)

ในปัจจุบัน การออกแบบเสาอากาศทิศทางของสถานีฐานจากผู้ผลิตเสาอากาศส่วนใหญ่ใช้โครงสร้างอาร์เรย์ออสซิลเลเตอร์แบบแผ่น โดยมีออสซิลเลเตอร์ที่เลือกใช้สองประเภท ดังที่อธิบายไว้ในสองส่วนถัดไป

1.2.1.2 ออสซิเลเตอร์สมมาตร

อาร์เรย์สมมาตรครึ่งคลื่นมาตรฐาน (เพิ่มออสซิลเลเตอร์อีกตัวเพื่อลดความสูงของออสซิลเลเตอร์จากพื้นดินและลดความหนาของเสาอากาศ)

รูปที่ 1-4 เสาอากาศแผ่นทิศทางที่สร้างขึ้นจากออสซิลเลเตอร์ครึ่งคลื่นหลายตัว

1.2.1.3 ออสซิลเลเตอร์ไมโครสตริป

การเปลี่ยนรูปของออสซิลเลเตอร์ครึ่งคลื่นใช้หลักการของสายส่งที่มีความยาวคลื่น 1/4 เพื่อสร้างการแผ่รังสี:

รูปที่ 1-5 เสาอากาศแผ่นทิศทางที่สร้างขึ้นจากออสซิลเลเตอร์ไมโครสตริปหลายตัว

1.2.2 เสาอากาศไดโพลแบบป้อนกระแสอนุกรมรอบทิศทาง

เสาอากาศแบบรอบทิศทางใช้ออสซิลเลเตอร์แบบครึ่งคลื่นหลายตัวเพื่อสังเคราะห์และเพิ่มประสิทธิภาพการแผ่รังสี

รูปที่ 1-7 โครงสร้างของออสซิลเลเตอร์แบบป้อนอนุกรมและรูปแบบผลิตภัณฑ์ของเสาอากาศแบบรอบทิศทาง

2 4G แอลทีอีประเภทของเสาอากาศและการวิเคราะห์เปรียบเทียบ

เนื้อหาหลักของส่วนนี้คือการนำเสนอการวิเคราะห์เปรียบเทียบความครอบคลุมและปริมาณการรับส่งข้อมูลระหว่างเสาอากาศ LTE แบบสองขั้วและเสาอากาศแบบขั้วเดียว

2.1 การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างเสาอากาศ LTE แบบสองขั้วและเสาอากาศแบบขั้วเดียว

การนำเทคโนโลยีเสาอากาศหลายตัวของ LTE มาใช้ ทำให้ทรัพยากรไร้สายมีมิติเชิงพื้นที่เพิ่มขึ้น และก่อให้เกิดข้อกำหนดใหม่สำหรับแบบจำลองช่องสัญญาณไร้สาย แบบจำลองช่องสัญญาณเชิงพื้นที่ (Spatial Channel Model: SCM) ได้รับการเสนอใน 3GPP TR 25.996 แบบจำลองนี้เหมาะสำหรับระบบที่มีแบนด์วิดท์ 5 MHz และความถี่พาหะประมาณ 2 GHz จำนวนมัลติพาธสูงสุดคือ 6 ระบบ LTE ต้องการให้ช่องสัญญาณไร้สายรองรับได้ถึง 20 MHz ดังนั้น แบบจำลอง SCME (SCM Extension) จึงถูกนำมาใช้ในรายงานทางเทคนิค 36.803 เพื่อขยายแบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณเป็น 20 MHz และรองรับจำนวนมัลติพาธสูงสุดเป็น 9 โดยที่ลักษณะการส่งสัญญาณไร้สายระหว่าง eNB และ UE เป็นฟังก์ชันที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของการกำหนดค่าเสาอากาศ มุมทิศทางของเสาอากาศ ความสัมพันธ์ของเสาอากาศ และสภาพแวดล้อมการกระเจิง ดังแสดงในรูปด้านล่าง

รูปที่ 2-1 แผนภาพแสดงพารามิเตอร์มุม SCM

ความแตกต่างของประสิทธิภาพการทำงานไร้สายระหว่างเสาอากาศแบบสองขั้วและเสาอากาศแบบขั้วเดียว (ระยะห่างระหว่างเสาอากาศ 10λ) ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเสาอากาศสถานีฐาน เมื่อค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เป็น 0 แสดงว่าเสาอากาศค่อนข้างเป็นอิสระและมีความสัมพันธ์ต่ำ เมื่อค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เป็น 1 แสดงว่ามีความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างเสาอากาศ เมื่อระบบใช้โหมดการส่งสัญญาณแบบหลากหลาย (เช่น SFBC) การรับสัญญาณแบบหลากหลาย และโหมด MIMO แบบสองสตรีม ประสิทธิภาพการทำงานไร้สายของเสาอากาศที่มีสหสัมพันธ์ต่ำจะดีกว่าประสิทธิภาพของเสาอากาศที่มีสหสัมพันธ์สูง รูปด้านล่างแสดงผลการจำลองประสิทธิภาพ SFBC โดยมีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ 0.25, 0.5, 0.6 และ 1 ตามลำดับ จากผลการจำลอง เมื่อค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เป็น 0.25 ประสิทธิภาพโดยพื้นฐานแล้วไม่ได้รับผลกระทบ (เมื่อเทียบกับค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เป็น 0) ประสิทธิภาพของ SFBC ที่มีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ 0.5 และ 0.6 ลดลงประมาณ 0.3dB ถึง 0.4dB

รูปที่ 2-2 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพระดับลิงก์ของ SFBC กับค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน

บริษัทไชน่าโมบายล์ได้ทดสอบค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของการกำหนดค่าเสาอากาศแบบต่างๆ ในเดือนกรกฎาคม 2008 ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์โดยละเอียดแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง:

ตารางที่ 2-1 ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ที่สอดคล้องกับการกำหนดค่าเสาอากาศแบบต่างๆ

หมายเหตุ: ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ในตารางข้างต้นได้มาจากการทดสอบแบบจำลอง SCME ในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูงโดยบริษัทไชน่าโมบายล์ ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์นี้ถือว่าค่อนข้างเป็นตัวแทนที่ดีในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง อย่างไรก็ตาม นั่นไม่ได้หมายความว่าค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์นี้สามารถนำไปใช้กับโครงการใดโครงการหนึ่งโดยเฉพาะได้ และไม่ได้หมายความว่าค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์นี้สามารถใช้ได้กับแบบจำลองทั้งหมดในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง

2.2 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างเสาอากาศ LTE แบบสองขั้วและเสาอากาศแบบขั้วเดียว

LTE กำหนดโหมดการส่งสัญญาณแบบหลายเสาอากาศไว้เจ็ดโหมด รวมถึงการส่งสัญญาณแบบหลากหลาย (transmit diversity), MIMO แบบใช้การเข้ารหัสล่วงหน้า (precoding-based MIMO), การสร้างลำแสง (beam forming) เป็นต้น โหมดการส่งสัญญาณทั้งเจ็ดโหมดที่กำหนดโดย LTE นั้นมีจุดประสงค์หลักเพื่อพิจารณาการเลือกโหมดการส่งสัญญาณที่ยืดหยุ่นภายใต้สถานการณ์ต่างๆ และรูปแบบช่องสัญญาณที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาคอขวดและข้อบกพร่องของประสิทธิภาพเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่ไร้สายจะแบ่งออกเป็นสามประเภทดังต่อไปนี้:

ระบบที่มีข้อจำกัดด้านพลังงาน:

ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป: วัตถุประสงค์หลักคือการเพิ่มความครอบคลุมและเอาชนะปัญหาสัญญาณอ่อน เช่น การขยายพื้นที่ใช้งาน การครอบคลุมพื้นที่กว้างในชนบท เป็นต้น

ประเภทของเทคโนโลยีเสาอากาศที่ใช้: การส่งสัญญาณแบบหลากหลาย (Transmit Diversity), การรับสัญญาณแบบหลากหลาย (Receive Diversity)

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพ: การปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบโพลาไรซ์เดี่ยว 10λ น้อยกว่า 5% เมื่อเทียบกับเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ และช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่างทั้งสองนั้นไม่มากนัก

ระบบที่มีข้อจำกัดด้านการรบกวน:

กรณีการใช้งานทั่วไป: ส่วนใหญ่ใช้ในเขตเมืองที่มีประชากรหนาแน่น ซึ่งระยะห่างระหว่างสถานีค่อนข้างน้อย และสัญญาณรบกวนเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครือข่าย

ประเภทเทคโนโลยีเสาอากาศที่ใช้: RANK=2 MIMO สตรีมคู่, RANK=1 MIMO สตรีมเดียว, RANK แบบปรับได้

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพ: อัลกอริทึมปรับตัว RANK ดีกว่า MIMO แบบบังคับสตรีมคู่มาก ในขณะเดียวกัน ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ก็แทบจะเหมือนกับเสาอากาศแบบโพลาไรซ์เดี่ยว 10λ

ระบบที่มีข้อจำกัดด้านแบนด์วิดท์:

สถานการณ์การใช้งานทั่วไป: สภาพช่องสัญญาณ (CQI) ค่อนข้างดี ไม่มีการครอบคลุมอย่างต่อเนื่องระหว่างสถานีฐาน ระยะห่างระหว่างสถานีฐานค่อนข้างมาก และจำนวนผู้ใช้ค่อนข้างเบาบาง ตัวอย่างเช่น การครอบคลุมเซลล์เดียวในระยะเริ่มต้นของเครือข่ายทดลอง เป็นต้น

ประเภทเทคโนโลยีเสาอากาศ: RANK=2 MIMO สตรีมคู่

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ: ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบโพลาไรซ์เดี่ยว 10λ ดีกว่าเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ โดยประสิทธิภาพดีขึ้นประมาณ 20%

ตารางที่ 2-2 สรุปสถานการณ์การใช้งานเสาอากาศ

ข้างต้นเป็นการวิเคราะห์ช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่างเสาอากาศแบบโพลาไรซ์เดี่ยวและเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่เป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่มีข้อดีคือติดตั้งง่ายในทางวิศวกรรม รวมถึงความเป็นไปได้ในการใช้เสาเดียว การปรับมุมเอียงลงอย่างสม่ำเสมอ ทำให้การตกแต่งเสาอากาศทำได้ง่าย เป็นต้น ในสถานการณ์ปัจจุบันที่การเลือกสถานที่และการติดตั้งเครือข่ายไร้สายมีความยากลำบากมากขึ้นเรื่อยๆ ข้อดีข้างต้นของเสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง

3 4G แอลทีอีสถานการณ์การใช้งานและการเลือกใช้เสาอากาศสถานีฐาน

เนื้อหาหลักในส่วนนี้จะอธิบายถึงการจำแนกประเภทพื้นที่ครอบคลุมของเครือข่ายไร้สายและการเลือกเสาอากาศที่เหมาะสมตามสถานการณ์การใช้งานเครือข่ายจริง

3.1 การเลือกเสาอากาศสถานีฐานในเขตเมือง

ลักษณะของสภาพแวดล้อมการใช้งาน: สถานีฐานกระจายตัวอย่างหนาแน่น ทำให้แต่ละสถานีฐานต้องการพื้นที่ครอบคลุมขนาดเล็ก จึงคาดหวังว่าจะลดพื้นที่การครอบคลุมข้ามพื้นที่ ลดการรบกวนระหว่างสถานีฐาน และเพิ่มอัตราการดาวน์โหลดให้สูงขึ้น

หลักการเลือกเสาอากาศ:

การเลือกโหมดโพลาไรเซชัน: เนื่องจากความยากลำบากในการเลือกสถานที่ตั้งสถานีฐานในเขตเมืองและพื้นที่ติดตั้งเสาอากาศมีจำกัด จึงแนะนำให้ใช้เสาอากาศแบบสองโพลาไรเซชันและเสาอากาศแบบบรอดแบนด์

การเลือกรูปแบบทิศทาง: ในเขตเมือง สิ่งสำคัญคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ความถี่ ดังนั้นจึงมักใช้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทาง

การเลือกความกว้างของลำแสงครึ่งกำลัง: เพื่อให้สามารถควบคุมการครอบคลุมของเซลล์และลดการรบกวนได้ดียิ่งขึ้น จึงเลือกความกว้างของลำแสงครึ่งกำลังในแนวนอนของเสาอากาศในเมืองไว้ที่ 60~65°

การเลือกอัตราขยายของเสาอากาศ: เนื่องจากสถานีฐานในเขตเมืองโดยทั่วไปไม่ต้องการการครอบคลุมพื้นที่กว้างมากนัก จึงแนะนำให้ใช้เสาอากาศที่มีอัตราขยายปานกลาง แนะนำให้ใช้เสาอากาศที่มีอัตราขยาย 15-18 dBi ในเขตเมือง หากใช้เสาอากาศไมโครเซลล์เพื่อเติมเต็มจุดอับสัญญาณในเขตเมือง สามารถเลือกใช้เสาอากาศที่มีอัตราขยายต่ำกว่าได้

การเลือกมุมเอียงลง: เนื่องจากมุมเอียงของเสาอากาศในเขตเมืองมักถูกปรับค่อนข้างบ่อย และเสาอากาศบางชนิดจำเป็นต้องตั้งค่ามุมเอียงที่มากขึ้น ซึ่งการปรับมุมเอียงลงด้วยกลไกไม่เอื้อต่อการควบคุมสัญญาณรบกวน จึงแนะนำให้ใช้เสาอากาศที่มีมุมเอียงลงที่ตั้งไว้ล่วงหน้า คุณสามารถเลือกเสาอากาศที่มีมุมเอียงลงแบบไฟฟ้าคงที่ หรือเสาอากาศที่ปรับได้ด้วยไฟฟ้าเมื่อเงื่อนไขเหมาะสม

3.2 การเลือกเสาอากาศสำหรับสถานีฐานในเขตชานเมืองและชนบท

ลักษณะเฉพาะของสภาพแวดล้อมการใช้งาน: สถานีฐานกระจายตัวอย่างเบาบาง ปริมาณธุรกิจน้อย ความต้องการบริการข้อมูลค่อนข้างต่ำ และต้องการการครอบคลุมพื้นที่กว้าง ในบางพื้นที่อาจมีสถานีฐานเพียงแห่งเดียว ดังนั้นการครอบคลุมจึงกลายเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด ในขณะนี้ การเลือกเสาอากาศควรพิจารณาจากพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุมรอบๆ สถานีฐาน

หลักการเลือกเสาอากาศ:

การเลือกรูปแบบทิศทาง: หากสถานีฐานจำเป็นต้องครอบคลุมพื้นที่โดยรอบ และไม่มีทิศทางที่ชัดเจน และการกระจายตัวของปริมาณการใช้งานรอบสถานีฐานค่อนข้างกระจัดกระจาย แนะนำให้ใช้สถานีฐานแบบครอบคลุมรอบทิศทาง อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่าเนื่องจากอัตราขยายของสถานีฐานแบบครอบคลุมรอบทิศทางต่ำ ระยะการครอบคลุมจึงไม่ไกลเท่าสถานีฐานแบบกำหนดทิศทาง ขณะเดียวกัน เมื่อติดตั้งเสาอากาศแบบครอบคลุมรอบทิศทาง ควรคำนึงถึงผลกระทบของเสาต่อการครอบคลุม และต้องติดตั้งเสาอากาศให้ตั้งฉากกับพื้น หากหน่วยงานท้องถิ่นมีข้อกำหนดด้านการครอบคลุมที่ไกลกว่าสำหรับสถานีฐาน จำเป็นต้องใช้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทางเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ โดยทั่วไปควรใช้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทางที่มีมุมกระจายกำลังครึ่งหนึ่งที่ 90°, 105° และ 120° ในระนาบแนวนอน

การเลือกอัตราขยายของเสาอากาศ: เลือกอัตราขยายของเสาอากาศตามความต้องการในการครอบคลุมพื้นที่ แนะนำให้เลือกเสาอากาศแบบทิศทางที่มีอัตราขยายสูง (16-18dBi) หรือเสาอากาศแบบรอบทิศทาง 9-11dBi ในพื้นที่ชานเมืองและชนบท

การเลือกวิธีการปรับมุมเอียงเสาอากาศ: ในพื้นที่ชานเมืองและชนบท การปรับมุมเอียงเสาอากาศทำได้ไม่มากนัก และช่วงการปรับและคุณลักษณะของมุมเอียงก็ไม่สูง จึงแนะนำให้ใช้เสาอากาศแบบปรับมุมเอียงด้วยกลไก ในขณะเดียวกัน เมื่อติดตั้งเสาอากาศสูงกว่า 50 เมตร และมีความต้องการครอบคลุมพื้นที่ใกล้เคียง ควรให้ความสำคัญกับเสาอากาศแบบเติมจุดศูนย์ (zero-point filling antenna) เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาไฟดับใต้เสา

3.3 การเลือกเสาอากาศสถานีฐานครอบคลุมทางหลวง

ลักษณะสภาพแวดล้อมการใช้งาน:ในสภาพแวดล้อมนี้ ปริมาณธุรกิจต่ำและผู้ใช้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ในขณะนี้ จุดสนใจอยู่ที่การแก้ปัญหาเรื่องความครอบคลุม โดยทั่วไปแล้ว สิ่งที่ต้องการคือการครอบคลุมแบบเป็นแถบ ดังนั้นเซลล์แบบสองทิศทางจึงมักใช้สำหรับการครอบคลุมทางหลวง เซลล์แบบรอบทิศทางจะใช้ในพื้นที่ที่ผ่านเมืองและแหล่งท่องเที่ยว จากนั้นจึงเน้นการครอบคลุมในวงกว้าง และประเภทของเสาอากาศที่จะใช้ต้องพิจารณาจากสถานที่และประเภทของสถานที่ สภาพแวดล้อมของทางหลวงแต่ละแห่งแตกต่างกันอย่างมาก โดยทั่วไปแล้ว มีทางหลวงที่ค่อนข้างตรง เช่น ทางหลวง ทางรถไฟ ทางหลวงแห่งชาติ ทางหลวงจังหวัด ฯลฯ แนะนำให้สร้างสถานีข้างทางหลวง โดยใช้สถานีแบบ S1/1/1 หรือ S1/1 พร้อมเสาอากาศทิศทางที่มีกำลังขยายสูงเพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่ มีถนนที่คดเคี้ยวและเป็นเนิน เช่น ถนนบนภูเขาที่คดเคี้ยว ถนนบนภูเขาที่สร้างเองในระดับอำเภอ ฯลฯ ต้องผสมผสานกับการครอบคลุมในชนบทใกล้ทางหลวงและเลือกสถานที่สูงเพื่อสร้างสถานี

ในขั้นตอนการวางแผนเบื้องต้นในการเลือกเสาอากาศ ควรเลือกเสาอากาศที่มีอัตราขยายสูงและครอบคลุมพื้นที่กว้าง เพื่อให้ได้การครอบคลุมสัญญาณที่กว้างขวาง

หลักการเลือกเสาอากาศ:

การเลือกรูปแบบทิศทาง: ในสถานีฐานที่มุ่งครอบคลุมทางรถไฟและทางหลวง สามารถใช้เสาอากาศแบบทิศทางที่มีลำแสงแคบและกำลังขยายสูงได้ รูปทรงของเสาอากาศสามารถเลือกได้อย่างยืดหยุ่นตามปัจจัยต่างๆ เช่น ลักษณะภูมิประเทศที่เป็นเนินและทางโค้ง ณ จุดติดตั้ง

การเลือกอัตราขยายของเสาอากาศ สามารถเลือกอัตราขยายของเสาอากาศแบบทิศทางได้ตั้งแต่ 17dBi ถึง 22dBi และอัตราขยายของเสาอากาศแบบรอบทิศทางสามารถเลือกได้ตั้งแต่ 11dBi ขึ้นไป

การเลือกวิธีการปรับมุมเสาอากาศ: โดยทั่วไปแล้ว การครอบคลุมพื้นที่บนทางหลวงจะไม่มีมุมเอียงลง จึงแนะนำให้ใช้เสาอากาศแบบปรับมุมลงเชิงกลที่มีราคาถูกกว่า เมื่อระยะทางมากกว่า 50 เมตร และมีความต้องการการครอบคลุมพื้นที่ใกล้เคียง ควรให้ความสำคัญกับเสาอากาศที่มีจุดอับสัญญาณเป็นศูนย์ (มากกว่า 15%) เพื่อแก้ปัญหาจุดอับสัญญาณใต้เสา

อัตราส่วนด้านหน้าต่อด้านหลัง: เนื่องจากผู้ใช้บริการเครือข่ายบนทางหลวงส่วนใหญ่เป็นผู้ใช้ที่เคลื่อนที่เร็ว เพื่อให้การส่งต่อสัญญาณเป็นไปอย่างราบรื่น อัตราส่วนด้านหน้าต่อด้านหลังของเสาอากาศแบบทิศทางจึงไม่ควรสูงเกินไป

3.4 การเลือกเสาอากาศสถานีฐานสำหรับการครอบคลุมพื้นที่ภูเขา

ลักษณะสภาพแวดล้อมการใช้งาน:ในพื้นที่ภูเขาและเนินเขาที่ห่างไกล ภูเขาจะกีดขวางคลื่นวิทยุอย่างรุนแรง ทำให้การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุลดลง และทำให้การครอบคลุมสัญญาณเป็นไปได้ยาก โดยทั่วไปแล้ว พื้นที่ครอบคลุมสัญญาณจะกว้าง มีผู้ใช้งานกระจายตัวอยู่ภายในรัศมีครอบคลุมกว้างของสถานีฐาน และปริมาณธุรกิจมีขนาดเล็ก สถานีฐานอาจสร้างอยู่บนยอดเขา บนเนินเขา ที่เชิงเขา หรือในตำแหน่งที่เหมาะสมในพื้นที่ภูเขา จำเป็นต้องแยกแยะการกระจายตัวของผู้ใช้งานและลักษณะภูมิประเทศที่แตกต่างกันเพื่อเลือกตำแหน่งสถานีฐาน รุ่น และเสาอากาศ สถานการณ์ต่อไปนี้ค่อนข้างพบได้บ่อย: การสร้างสถานีฐานในพื้นที่ภูเขาแบบแอ่ง การสร้างสถานีฐานบนภูเขาสูง การสร้างสถานีฐานกลางภูเขา การสร้างสถานีฐานในพื้นที่ภูเขาทั่วไป เป็นต้น

หลักการเลือกเสาอากาศ:

การเลือกรูปแบบทิศทาง: การเลือกรูปแบบทิศทางขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ตั้ง ประเภทของสถานี และข้อกำหนดด้านการครอบคลุมพื้นที่โดยรอบของสถานีฐาน คุณสามารถเลือกใช้เสาอากาศแบบรอบทิศทางหรือเสาอากาศแบบทิศทางได้ สำหรับสถานีฐานที่สร้างบนภูเขา หากตำแหน่งที่ต้องการครอบคลุมพื้นที่ค่อนข้างต่ำ ควรเลือกรูปแบบที่มีมุมครึ่งกำลังในแนวตั้งที่ใหญ่กว่า เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านการครอบคลุมในแนวตั้งได้ดียิ่งขึ้น

การเลือกอัตราขยายของเสาอากาศ: เลือกอัตราขยายเสาอากาศระดับปานกลาง เสาอากาศแบบรอบทิศทาง (9-11dBi) หรือเสาอากาศแบบทิศทางเดียว (15-18dBi) ขึ้นอยู่กับระยะทางของพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุม

การเลือกมุมเอียง: เมื่อสร้างสถานีบนภูเขาและพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุมอยู่บริเวณเชิงเขา ควรเลือกเสาอากาศที่มีจุดเติมเต็มเป็นศูนย์หรือมุมเอียงลงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ขนาดของมุมเอียงลงที่กำหนดไว้ล่วงหน้าควรเลือกตามความสูงสัมพัทธ์ของสถานีฐานและพื้นที่ที่ต้องการครอบคลุม ยิ่งความสูงสัมพัทธ์มากเท่าใด มุมเอียงลงที่กำหนดไว้ล่วงหน้าก็ควรมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่านั้น

3.5 แอลทีอีสรุปสถานการณ์การใช้งานเสาอากาศสถานีฐาน

จากตัวเลือกข้างต้นและเมื่อรวมกับเงื่อนไขพิเศษของ LTE หลักการเลือกเสาอากาศที่แนะนำมีดังนี้:

ตารางที่ 3-1 สรุปสถานการณ์การใช้งานเสาอากาศ

โดยทั่วไป การเลือกสถานที่ตั้ง LTE มักใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่แล้ว ดังนั้นปัญหาใหญ่ที่สุดคือมีพื้นที่เพียงพอสำหรับการติดตั้งเสาอากาศ LTE หรือไม่ และความสูงตรงตามแผน LTE หรือไม่ ด้วยเหตุนี้ โครงการจริงจึงจำเป็นต้องสำรวจสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่โดยละเอียดและวางแผนอย่างเหมาะสมตามสถานการณ์จริง เนื่องจากเทคโนโลยี MIMO ใน LTE ปัจจุบันจึงนิยมใช้ 2T2R และ 4T4R โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น ต้นทุนการก่อสร้างสถานที่ สำหรับสถานการณ์ 2T2R มักใช้เสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่ ส่วนสถานการณ์ 4T4R มักใช้เสาอากาศแบบโพลาไรซ์คู่สองตัว และระยะห่างระหว่างเสาอากาศอยู่ที่ 1-2λ ซึ่งเทียบเท่ากับประมาณ 30-50 ซม. สำหรับ 2.6G

4 5G MIMO AAU ขนาดใหญ่และสถานการณ์การใช้งาน

เนื้อหาหลักในส่วนนี้จะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับการเลือกเสาอากาศและสถานการณ์การใช้งานของ 5G AAU

4.1 5G MIMO AAU ขนาดใหญ่

เทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลหลายช่องทาง (MIMO) ซึ่งพัฒนาไปมากแล้วในยุค 4G สามารถใช้ประโยชน์จากช่องสัญญาณเชิงพื้นที่หลายช่องที่มีอยู่ระหว่างเสาอากาศหลายตัวระหว่างตัวรับส่งสัญญาณและระบบรับส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อส่งกระแสข้อมูลหลายกระแสที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน ส่งผลให้เพิ่มปริมาณข้อมูลและเสถียรภาพในการสื่อสารโดยไม่ต้องเพิ่มแบนด์วิดธ์ในการสื่อสาร

เทคโนโลยี Massive MIMO ที่พัฒนาขึ้นจากยุค 4G สู่ยุค 5G เป็นเวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุงของเทคโนโลยี MIMO โดยใช้ทรัพยากรด้านเวลาและความถี่ที่จำกัด เสาอากาศหลายร้อยตัวถูกใช้งานเพื่อให้บริการอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้มากถึงหลายสิบเครื่องพร้อมกัน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลและการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น ความถี่ในการสื่อสารของ 5G สูงและขนาดของเสาอากาศสั้นลง ทำให้สามารถติดตั้งเสาอากาศได้มากขึ้นในพื้นที่เดิม เทคโนโลยี Massive MIMO ได้กำหนดทิศทางของเทคโนโลยีการสื่อสารในยุค 5G ดังนั้น เสาอากาศจึงกลายเป็นส่วนประกอบที่มีการเติบโตอย่างรวดเร็วอีกส่วนหนึ่งรองจากส่วนหน้าของคลื่นความถี่วิทยุในยุค 5G โดยเสาอากาศสถานีฐานคิดเป็น 20% และเสาอากาศอุปกรณ์ปลายทางคิดเป็น 80%

เนื่องจากการใช้งานเทคโนโลยี Massive MIMO อย่างแพร่หลายในสถานีฐาน 5G เสาอากาศแบบรวมภายในจึงใช้ออสซิลเลเตอร์จำนวนมากและยังรวมหน่วยรับส่งสัญญาณไว้ด้วย ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าหน่วยอาร์เรย์เสาอากาศแบบแอคทีฟ (AAU) แผนภาพโครงสร้างภายในและรูปแบบผลิตภัณฑ์แสดงอยู่ในรูปด้านล่าง

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

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

สำหรับ AAU ในย่านความถี่ <6GHz ผู้ผลิตอุปกรณ์สื่อสารโดยทั่วไปจะใช้ออสซิลเลเตอร์ 192 ตัว โดยมี 12 แถวในแนวนอนและ 8 คอลัมน์ในแนวตั้ง บวกกับการโพลาไรซ์คู่ 45° ทำให้มีออสซิลเลเตอร์ทั้งหมด 12x8x2=192 ตัว แต่ละกลุ่มของออสซิลเลเตอร์สามตัวเรียกว่าเสาอากาศ ดังนั้น AAU จึงมีเสาอากาศทั้งหมด 192/3=64 ต้น หากออสซิลเลเตอร์ทุกๆ 6 ตัวประกอบเป็นเสาอากาศหนึ่งต้น AAU ก็จะมีเสาอากาศ 192/6=32 ต้น

รูปที่ 4-3 แผนภาพองค์ประกอบเสาอากาศ AAU 65TR และ 32TR

โดยทั่วไปแล้ว AAU ในย่านความถี่ <6GHz จะใช้การสร้างลำแสงแบบดิจิทัลทั้งหมด ซึ่งอาจถือได้ว่าจำนวนเสาอากาศ จำนวนช่องสัญญาณ และจำนวนเครื่องขยายกำลังนั้นเท่ากัน จำนวนเสาอากาศเป็นปัจจัยสำคัญต่อการครอบคลุมพื้นที่ ยิ่งจำนวนองค์ประกอบมากเท่าไร ลำแสงก็จะยิ่งแคบลงและพลังงานก็จะยิ่งเข้มข้นมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งมีเสาอากาศและช่องสัญญาณมากเท่าไร ก็ยิ่งมีเครื่องขยายกำลังภายใน AAU มากขึ้นเท่านั้น การใช้ทรัพยากรเบสแบนด์ก็จะยิ่งมากขึ้น และต้นทุนของอุปกรณ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น

4.2 5Gแบบจำลองการลดทอนสัญญาณ

มาตรฐาน 3GPP TR 38.901 กำหนดสถานการณ์ไว้สี่แบบ ได้แก่ พื้นที่ฮอตสปอตภายในอาคารในสำนักงาน (InH-Office), ถนนในเมืองที่มีไมโครเซลล์ (UMi-Street Canyon), สถานีมาโครในเมือง (Uma) และสถานีมาโครในชนบท (RMa) โดยแต่ละสถานการณ์จะแบ่งออกเป็นสถานการณ์ที่ไม่เห็นเส้นตรง (NLOS) และสถานการณ์ที่เห็นเส้นตรง (LOS) รวมทั้งหมดแปดแบบจำลองการแพร่กระจายสัญญาณ บทความนี้เลือกแบบจำลองการสูญเสียเส้นทางในสถานการณ์สถานีมาโครในเมือง Uma-LOS/NLOS โดยที่ fcความถี่ในการทำงาน (GHz), hBSความสูงที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศสถานีฐาน (เมตร), hUTความสูงประสิทธิผลของเสาอากาศสถานีเคลื่อนที่ (เมตร), d2Dระยะห่างในแนวนอนระหว่างสถานีฐานและสถานีเคลื่อนที่ (เมตร), d3Dระยะทางเป็นเส้นตรงระหว่างเสาอากาศสถานีฐานและเสาอากาศสถานีเคลื่อนที่ (เมตร)

จากตารางข้างต้น ค่าการสูญเสียสัญญาณสูงสุดที่อนุญาต (MAPL) ทั่วไปของช่องสัญญาณต่างๆ ของสถานีมาโครในเมืองสามารถคำนวณได้ตามสูตรต่อไปนี้ จะเห็นได้ว่าช่องว่างการสูญเสียสัญญาณสูงสุดที่อนุญาตระหว่างการส่งสัญญาณขึ้น (uplink) และการส่งสัญญาณลง (downlink) ของ 5G NR 3.5GHz อยู่ที่ 13.65 dB ซึ่งหมายความว่าการครอบคลุมเครือข่ายมีข้อจำกัดในด้านการส่งสัญญาณขึ้น และถูกจำกัดโดยช่องสัญญาณ PUSCH ในการส่งสัญญาณขึ้น

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

โดยที่ PTxกำลังส่งของสถานีฐาน, Lfการสูญเสียของตัวป้อน, GTxอัตราขยายของเสาอากาศสถานีฐาน, Mfเงาจางหายและขอบจางหายอย่างรวดเร็ว, Mlระยะขอบการรบกวน, GRxอัตราขยายของเสาอากาศโทรศัพท์มือถือ, Lpการสูญเสียการทะลุทะลวงของอาคาร, Lbการสึกหรอของร่างกาย, SRxความไวในการรับสัญญาณโทรศัพท์มือถือ

4.3 5G AAUสถานการณ์การประยุกต์ใช้

ในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง สภาพแวดล้อมไร้สายที่ซับซ้อนทำให้เกิดการรบกวนมากขึ้น และอาคารสูงทำให้มีความต้องการการครอบคลุมในแนวตั้งสูงและความต้องการความจุผู้ใช้สูง อุปกรณ์ 64TR สามารถให้การสร้างลำแสง Massive MIMO ที่ดีกว่า บรรลุการส่งสัญญาณ MIMO แบบหลายผู้ใช้ที่มีปริมาณการใช้งานสูง และปรับปรุงการครอบคลุมในมิติแนวตั้งได้อย่างมีนัยสำคัญ ในชานเมืองและพื้นที่ชนบท อัตราความสำเร็จในการจับคู่ MU-MIMO ลดลง และอุปกรณ์ 64TR ไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านความจุได้อย่างเต็มที่ ดังนั้นจึงสามารถใช้อุปกรณ์ที่มีการกำหนดค่าต่ำได้ การใช้เสาอากาศ 32 ตัวก็เพียงพอต่อความต้องการ สำหรับพื้นที่ห่างไกลออกไป ความต้องการความจุไม่สูง และปัญหาหลักคือการแก้ปัญหาการครอบคลุม ในเวลานี้ แม้แต่ Massive MIMO ก็ไม่จำเป็น เพียงแค่ใช้ RRU 8 พอร์ตเพื่อเชื่อมต่อเสาอากาศก็เพียงพอแล้ว

ภาพด้านล่างแสดงโซลูชันการครอบคลุมเครือข่ายตามสถานการณ์จำลองที่เสนอโดยผู้ผลิตอุปกรณ์ สถานีฐานขนาดใหญ่ (Macro site) เป็นรูปแบบผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุด AAU 64TR ช่วยแก้ปัญหาความต้องการความจุสูงอย่างต่อเนื่องในยุค 4G/5G และ AAU 32TR ที่มีการกำหนดค่าต่ำ ช่วยแก้ปัญหาความต้องการการสร้างเครือข่ายต้นทุนต่ำในพื้นที่ที่มีปริมาณการใช้งานต่ำของ 4G/5G ผลิตภัณฑ์ระบบกระจายสัญญาณภายในอาคารประกอบด้วยอุปกรณ์ 2TR และ 4TR ซึ่งใช้ระบบกระจายสัญญาณภายในอาคารแบบพาสซีฟบนเครือข่ายที่มีอยู่หรือการก่อสร้างใหม่ เพื่อแก้ปัญหาสถานการณ์ภายในอาคารที่มีมูลค่าสูงและปริมาณการใช้งานสูง นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์หน่วยความถี่วิทยุ (RRU) 4TR สถานีฐานขนาดเล็กยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์ที่มีผู้คนพลุกพล่านและร้อนจัด เช่น พื้นที่อยู่อาศัยและถนนคนเดิน

รูปที่ 4-4 โซลูชันการครอบคลุมเครือข่ายตามสถานการณ์จำลองจากผู้ผลิตอุปกรณ์

จากผลการคำนวณในส่วนที่ 4.2 จะเห็นได้ว่าการครอบคลุมสัญญาณอัปลิงก์ของ 5G NR ในย่านความถี่ 3.5 GHz นั้นมีจำกัด ส่วนใหญ่เกิดจากกำลังส่งของอุปกรณ์ปลายทางที่จำกัด เมื่อพิจารณาว่าความต้องการอัตราการรับส่งข้อมูลอัปลิงก์และดาวน์โหลดลิงก์จะยังคงไม่สมมาตรในอนาคตหลังจากการเปิดตัว 5G (ความต้องการอัตราการดาวน์โหลดลิงก์สูงกว่าอัปลิงก์มาก) เพื่อรักษาสภาพโครงสร้างเครือข่ายที่มีอยู่เดิมและลดต้นทุนการก่อสร้างเครือข่าย เพื่อให้ผู้ให้บริการสามารถติดตั้งและใช้งาน 5G ในพื้นที่ใช้งาน 4G ได้อย่างรวดเร็ว การแยกสัญญาณอัปลิงก์และดาวน์โหลดลิงก์ (SUL) สามารถนำมาใช้แก้ปัญหาคอขวดของการครอบคลุมสัญญาณอัปลิงก์ได้ กล่าวคือ ใช้อุปกรณ์ LTE เก่าในการอัปลิงก์ ปรับปรุงแบนด์วิดท์ FDD 1.8 GHz บางส่วนสำหรับ 5G NR เพื่อเพิ่มการครอบคลุม และติดตั้ง 5G NR ในย่านความถี่ 3.5 GHz ในการดาวน์โหลด

รูปที่ 4-5 โซลูชันการแยกสัญญาณโดยใช้แถบความถี่ที่แตกต่างกันสำหรับการส่งสัญญาณขึ้นและลง

บทความนี้คัดลอกมาจาก " Microwave Radio Frequency Network เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปพิมพ์ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก