4G ve 5G baz istasyonu anten mühendisliği bilgisi ve uygulama senaryoları

1 Baz istasyonu antenine genel bakış

Bu bölümde, baz istasyonu antenlerinin sınıflandırılması ve mobil iletişimde farklı anten türlerinin ortaya çıkışı ele alınmaktadır.

1.1 Baz istasyonu anten sınıflandırması

Çok yönlü anten:Yatay yönde, genellikle yönsüz olarak bilinen 360°'lik düzgün bir radyasyon olarak görünür. Dikey yönde ise belirli bir genişliğe sahip bir ışın olarak görünür. Genellikle ışın genişliği ne kadar küçükse, kazanç o kadar büyük olur. Çok yönlü antenler genellikle geniş kapsama alanlarına sahip banliyö ve ilçe bazlı istasyon tiplerindeki mobil iletişim sistemlerinde kullanılır.

Yönlü anten:Yatay desende, belirli bir açı aralığında radyasyon olarak görünür ki bu genellikle yönlülük olarak bilinir. Dikey desende ise belirli bir genişliğe sahip bir ışın olarak görünür. Çok yönlü bir anten gibi, ışın genişliği ne kadar küçükse, kazanç o kadar büyük olur. Yönlü antenler genellikle mobil iletişim sistemlerinde, küçük kapsama alanı, yüksek kullanıcı yoğunluğu ve yüksek frekans kullanımı olan kentsel baz istasyonlarında kullanılır.

Şebekenin gereksinimlerine göre farklı tipte baz istasyonları kurulur ve farklı tipteki baz istasyonları ihtiyaçlarına göre farklı anten tipleri seçebilir. Seçim, yukarıdaki teknik parametrelere dayanır. Örneğin, çok yönlü bir istasyon, her yatay yönde temelde aynı kazanıma sahip çok yönlü bir anten kullanırken, yönlü bir istasyon yatay yönde kazanımda önemli değişiklikler gösteren yönlü bir anten kullanır. Genellikle, kentsel alanlarda 65° yatay ışın genişliğine sahip antenler seçilir. Banliyö alanlarında (istasyon konfigürasyonuna ve yerel coğrafi ortama bağlı olarak) 65°, 90° veya 120° yatay ışın genişliğine sahip antenler seçilebilir. Kırsal alanlarda, geniş alan kapsama alanı sağlayabilen çok yönlü bir anten seçmek en ekonomik olanıdır.

Mekanik anten:Mekanik olarak aşağı eğim açısının ayarlanmasını kullanan mobil bir anteni ifade eder. Mekanik anten yere dikey olarak monte edildikten sonra, ağ optimizasyonu gerekiyorsa, antenin arkasındaki braketin konumunu ayarlamak ve antenin eğimini değiştirmek gerekir. Ayarlama işlemi sırasında, antenin ana lob yönündeki kapsama mesafesi önemli ölçüde değişse de, antenin dikey ve yatay bileşenlerinin genlikleri değişmeden kalır, bu nedenle anten deseni kolayca bozulabilir.

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.

Elektronik olarak ayarlanabilir anten:Elektronik olarak aşağı eğim açısının ayarlanmasını kullanan mobil bir anteni ifade eder. Elektronik aşağı eğim prensibi, doğrusal dizi anten osilatörünün fazını değiştirerek, dikey ve yatay bileşenlerin genliğini değiştirerek ve bileşik bileşenin alan şiddetini değiştirerek antenin dikey desenini aşağı doğru eğmektir. Antenin tüm yönlerindeki alan şiddeti aynı anda artıp azaldığı için, eğim açısı değiştirildikten sonra anten deseninin az değişmesi sağlanır, ana lob yönündeki kapsama mesafesi kısaltılır ve aynı zamanda parazite neden olmadan hizmet veren hücre sektörü içindeki tüm desenin kapsama alanı azaltılır. Uygulamada, elektrikle ayarlanabilir bir antenin aşağı eğim açısı 1° ile 5° arasında değiştiğinde, anten deseninin mekanik bir anteninkiyle yaklaşık olarak aynı olduğu; aşağı eğim açısı 5° ile 10° arasında değiştiğinde, anten deseninin mekanik bir anteninkine göre biraz daha iyi olduğu; aşağı eğim açısı 10° ile 15° arasında değiştiğinde ise anten deseninin mekanik bir anteninkinden daha iyi olduğu kanıtlanmıştır. Değişim daha büyüktür; mekanik anten 15° aşağı eğildiğinde, anten deseni mekanik antenden önemli ölçüde farklıdır. Bu durumda, anten deseninin şekli fazla değişmez, ana lob yönündeki kapsama mesafesi önemli ölçüde kısalır ve tüm anten deseni baz istasyonu sektörünün içinde kalır. Aşağı eğim açısını artırmak, parazite neden olmadan sektör kapsama alanını azaltabilir. Bu nedenle, elektrikle ayarlanabilir bir anten kullanmak, çağrı kaybını ve paraziti azaltabilir. Ek olarak, elektrikle ayarlanabilir anten, sistemin kapanmadan dikey yönlendirme deseninin alt eğim açısını ayarlamasına ve ayarlamanın etkisini gerçek zamanlı olarak izlemesine olanak tanır. Eğim açısını ayarlama adım doğruluğu da yüksektir (0.1°), bu nedenle ağ ince ayar yapılabilir; elektrikle ayarlanabilir antenin üçüncü dereceden intermodülasyon indeksi -150dBc'dir, bu da mekanik antenden 30dBc farklıdır ve bitişik kanal parazitini ve istenmeyen paraziti ortadan kaldırmak için faydalıdır.

Çift kutuplu anten:Çift kutuplu anten, +45° ve -45° dik kutuplama yönlerine sahip iki anteni birleştiren ve aynı anda hem iletim hem de alım çift yönlü modunda çalışan yeni bir anten teknolojisidir. Bu nedenle, en belirgin avantajı, tek yönlü baz istasyonunun anten sayısını azaltmasıdır. Genellikle, LTE dijital mobil iletişim ağının yönlü baz istasyonu (üç sektör) 9 anten kullanır ve her sektör 3 anten kullanır (uzamsal çeşitlilik, bir iletim ve iki alım). Çift kutuplu antenler kullanıldığında, her sektör yalnızca 1 anten gerektirir; aynı zamanda, çift kutuplu antenler arasında ±45°'lik kutuplama dikliği sayesinde, +45° ve -45° antenler arasındaki izolasyon, antenler arası izolasyon için gerekli olan ara modülasyon gereksinimlerini (≥30dB) karşılar, bu nedenle çift kutuplu antenler arasındaki uzamsal mesafe yalnızca 20-30 cm'ye ihtiyaç duyar; ayrıca, çift kutuplu antenler elektriksel olarak ayarlanabilir antenler olma avantajına sahiptir. Elektrikle ayarlanabilen antenler gibi çift kutuplu antenlerin mobil iletişim ağlarında kullanılması, çağrı kayıplarını azaltabilir, paraziti azaltabilir ve tüm ağın hizmet kalitesini iyileştirebilir. Çift kutuplu anten kullanıldığında, kurulum ve montaj için yüksek gereksinimler olmadığı için kule inşa etmek için arazi satın almaya gerek yoktur. Sadece 20 cm çapında bir demir direk dikmeniz ve çift kutuplu anteni ilgili kapsama yönüne göre demir direğe sabitlemeniz yeterlidir. Bu, altyapı yatırımından tasarruf sağlar, baz istasyonu yerleşimini daha mantıklı hale getirir ve baz istasyonu yeri seçimini kolaylaştırır.

Anten seçiminde, bölgedeki mobil ağların ihtiyaçlarına uygun mobil antenler, ağ kapsama alanı, iş hacmi, parazit ve ağ hizmet kalitesi gibi gerçek koşullar dikkate alınarak seçilmelidir:

· Yoğun trafiğin olduğu ve baz istasyonlarının yoğun bulunduğu alanlarda, mümkün olduğunca çift kutuplu antenler ve elektrikle ayarlanabilir antenler kullanılmalıdır;

· Geleneksel mekanik antenler, trafik yoğunluğunun yüksek olmadığı, baz istasyonlarının yoğun nüfuslu olmadığı ve yalnızca kapsama alanının gerekli olduğu sınır bölgeleri ve banliyöler gibi alanlarda kullanılabilir.

1.2 Mobil iletişim baz istasyonu antenlerinin iç yapısı ve tipleri

1.2.1 Yönlü Plaka Eleman Dizisi Anteni

Plaka yönlü anten, son derece önemli baz istasyonu antenlerinin en yaygın kullanılan türüdür. Bu anten türünün avantajları şunlardır: yüksek kazanç, iyi sektör deseni, küçük arka lob, dikey desen çökme açısının kolay kontrolü, güvenilir sızdırmazlık performansı ve uzun hizmet ömrü. Antenin görünümü aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:

Şekil 1-1. Plaka tipi yönlü antenin görünümünün şematik diyagramı.

1.2.1.1 Plaka antenin yüksek kazançlı hale getirilmesi

Şekil 1-2: Dikey doğrusal bir dizi oluşturmak için birden fazla yarım dalga osilatörünün kullanılması

Şekil 1-3 Yatay yönelim elde etmek için doğrusal dizinin bir tarafına yansıtıcı bir plaka ekleme prensibi (yansıtıcı plakalı iki yarım dalga osilatörden oluşan dikey diziyi örnek olarak alarak)

Şu anda, anten üreticilerinin baz istasyonu yönlü anten tasarımlarının neredeyse tamamı plaka tipi osilatör dizisi yapılarını kullanmaktadır. Aşağıdaki iki bölümde açıklandığı gibi, iki tip osilatör seçeneği mevcuttur.

1.2.1.2 Simetrik osilatör

Standart yarım dalga simetrik dizi (osilatörün yerden yüksekliğini azaltmak ve antenin kalınlığını küçültmek için ek bir osilatör ekleyin)

Şekil 1-4 Çoklu yarım dalga osilatörleri ile sentezlenen yönlü plaka anteni

1.2.1.3 Mikroşerit osilatör

Yarım dalga osilatörünün deformasyonu, radyasyon oluşturmak için 1/4 dalga boyu iletim hattı prensibini kullanır:

Şekil 1-5 Çoklu mikroşerit osilatörler tarafından sentezlenen yönlü plaka anteni

1.2.2 Çok yönlü seri beslemeli dipol anten

Çok yönlü anten, radyasyon kazancının sentezlenmesi ve artırılması için birden fazla yarım dalga osilatörü kullanır.

Şekil 1-7 Seri beslemeli osilatör yapısı ve çok yönlü antenin ürün formu

2 4G LTEAnten Tipleri ve Karşılaştırmalı Analiz

Bu bölümün temel amacı, LTE çift kutuplu antenler ve tek kutuplu antenler arasındaki kapsama alanı ve trafik performansının karşılaştırmalı analizini sunmaktır.

2.1 LTE çift kutuplu anten ve tek kutuplu anten arasındaki korelasyon analizi

LTE çoklu anten teknolojisinin tanıtılması, kablosuz kaynaklara uzamsal bir özgürlük boyutu ekler ve kablosuz kanal modelleri için yeni gereksinimler ortaya koyar. Uzamsal Kanal Modeli (SCM), 3GPP TR 25.996'da önerilmiştir. Bu model, 5 MHz bant genişliğine ve yaklaşık 2 GHz taşıyıcı frekansına sahip sistemler için uygundur. Maksimum çoklu yol sayısı 6'dır. LTE sistemi, kablosuz kanalın 20 MHz'e kadar destekleyebilmesini gerektirir. Bu nedenle, kanal bant genişliğini 20 MHz'e genişletmek ve maksimum çoklu yol sayısını 9'a çıkarmak için 36.803 numaralı teknik raporda SCME (SCM Uzantısı) modeli kullanılmıştır. Bunlar arasında, eNB ve UE arasındaki kablosuz iletim özellikleri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, anten konfigürasyonundaki, anten yön açısındaki, anten korelasyonundaki ve saçılma ortamındaki değişikliklerle değişen, zamana bağlı bir fonksiyondur.

Şekil 2-1 SCM açı parametrelerinin şematik diyagramı

Çift kutuplu antenler ile tek kutuplu antenler (anten aralığı 10λ) arasındaki kablosuz performans farkı, esas olarak baz istasyonu anteninin korelasyon katsayısına bağlıdır. Korelasyon katsayısı 0 olduğunda, antenlerin nispeten bağımsız olduğu ve korelasyonun düşük olduğu anlamına gelir. Korelasyon katsayısı 1 olduğunda, antenler arasında güçlü bir korelasyon olduğu anlamına gelir. Sistem, iletim çeşitliliği modu (SFBC gibi), alım çeşitliliği ve MIMO çift akış modu kullandığında, düşük korelasyonlu antenlerin kablosuz performansı, yüksek korelasyonlu antenlerin performansından daha iyidir. Aşağıdaki şekil, sırasıyla 0.25, 0.5, 0.6 ve 1 korelasyon katsayılarıyla SFBC performans simülasyon sonuçlarını göstermektedir. Simülasyon sonuçlarından, korelasyon katsayısı 0.25 olduğunda, performansın temelde etkilenmediği (0 korelasyon katsayısına kıyasla) görülmektedir. 0.5 ve 0.6 korelasyon katsayılarıyla SFBC performansı yaklaşık 0.3 dB ila 0.4 dB düşmektedir.

Şekil 2-2 Farklı korelasyon katsayılarıyla SFBC bağlantı seviyesi performansının karşılaştırılması

China Mobile, Temmuz 2008'de farklı anten konfigürasyonlarının korelasyon katsayılarını test etti. Spesifik korelasyon katsayıları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

Tablo 2-1 Farklı anten konfigürasyonlarına karşılık gelen korelasyon katsayıları

Not: Yukarıdaki tabloda yer alan korelasyon katsayıları, China Mobile tarafından yoğun kentsel alanlarda SCME model testleri temel alınarak elde edilmiştir. Yoğun kentsel alanlarda bu korelasyon katsayısı bir ölçüde temsili niteliktedir. Ancak bu, bu korelasyon katsayısının belirli bir projeye eşlenebileceği veya yoğun kentsel alanlardaki tüm modeller için geçerli olduğu anlamına gelmez.

2.2 LTE çift kutuplu anten ve tek kutuplu anten arasında performans karşılaştırması

LTE, iletim çeşitliliği, ön kodlama tabanlı MIMO, ışın şekillendirme vb. dahil olmak üzere yedi çoklu anten iletim modunu tanımlar. LTE tarafından tanımlanan yedi iletim modu, farklı senaryolar ve farklı kanal modelleri altında iletim modlarının esnek seçimini dikkate almak içindir. Genellikle kablosuz mobil iletişim ağ performansının darboğazları ve eksiklikleri aşağıdaki üç kategoriye ayrılır:

Güç kısıtlamalı sistemler:

Tipik uygulama senaryoları: Temel amaç, kapsama alanını artırmak ve sinyal zayıflamasını (fade) ortadan kaldırmaktır; örneğin etkili alanlar, kırsal alanlarda geniş kapsama alanı vb.

Kullanılan anten teknolojisi türü: iletim çeşitliliği, alım çeşitliliği

Performans farkı: 10λ tek kutuplu antenin performans iyileştirmesi, çift kutuplu antene kıyasla %5'ten azdır ve ikisi arasındaki performans farkı büyük değildir.

Parazit sınırlı sistemler:

Tipik uygulama senaryoları: Genellikle istasyonlar arasındaki mesafenin nispeten kısa olduğu yoğun kentsel alanlarda kullanılır. Girişim, ağ performansını etkileyen önemli bir faktördür.

Kullanılan anten teknolojisi türü: RANK=2 MIMO çift akışlı, RANK=1 MIMO tek akışlı, RANK adaptif

Performans farkı: RANK adaptif algoritması, MIMO zorlamalı çift akışlı yöntemden önemli ölçüde daha iyidir; aynı zamanda, çift kutuplu antenlerin performansı, 10λ tek kutuplu antenlerin performansıyla temelde aynıdır.

Bant genişliği kısıtlı sistemler:

Tipik uygulama senaryoları: Kanal koşulları (CQI) nispeten iyidir, baz istasyonları arasında sürekli kapsama alanı yoktur, baz istasyonları arasındaki mesafe nispeten büyüktür ve kullanıcı sayısı nispeten seyrektir. Örneğin: deneysel ağın erken aşamasında tek hücreli kapsama alanı, vb.

Anten teknolojisi türü: RANK=2 MIMO çift akış

Performans karşılaştırması: 10λ tek kutuplu antenin performansı, çift kutuplu antenden daha iyidir ve performans artışı yaklaşık %20'dir.

Tablo 2-2 Anten uygulama senaryolarının sonuç tablosu

Yukarıda, tek kutuplu antenler ile çift kutuplu antenler arasındaki performans farkı analiz edilmiştir. Bununla birlikte, çift kutuplu antenlerin mühendislikte kolay kurulum avantajına sahip olduğu belirtilmelidir. Tek kutup kullanma imkanı, eğim açısının eşit şekilde ayarlanabilmesi, antenin estetik görünümünün kolaylaştırılması gibi avantajlar buna dahildir. Kablosuz ağ yer seçimi ve kurulumunun giderek zorlaştığı günümüzde, çift kutuplu antenlerin bu avantajları özellikle önem kazanmaktadır.

3 4G LTEBaz istasyonu anteni uygulama senaryoları ve seçimi

Bu bölümün ana içeriği, kablosuz ağ kapsama alanlarının sınıflandırılmasını ve gerçek ağ kurulum senaryolarına dayalı olarak ilgili anten seçimini açıklamaktadır.

3.1 Şehir içi baz istasyonu anten seçimi

Uygulama ortamının özellikleri: Baz istasyonları yoğun bir şekilde dağıtılmış olup, tek bir baz istasyonunun küçük bir kapsama alanına ihtiyaç duymaktadır. Alanlar arası kapsamanın en aza indirilmesi, baz istasyonları arasındaki parazitin azaltılması ve indirme hızlarının artırılması hedeflenmektedir.

Anten seçim ilkeleri:

Polarizasyon modu seçimi: Kentsel alanlarda baz istasyonu yerlerinin seçilmesinin zorluğu ve anten kurulum alanının sınırlı olması nedeniyle, çift polarizasyonlu antenlerin ve geniş bant antenlerin kullanılması önerilir;

Yön deseni seçimi: Kentsel alanlarda temel amaç frekans yeniden kullanımını iyileştirmektir, bu nedenle genellikle yönlü antenler kullanılır;

Yarı güç ışın genişliğinin seçimi: Girişimi bastırmak için hücrenin kapsama alanını daha iyi kontrol etmek amacıyla, kentsel antenin yatay yarı güç ışın genişliği 60~65° olarak seçilmiştir;

Anten kazancının seçimi: Kentsel alanlardaki baz istasyonları genellikle geniş bir kapsama alanına ihtiyaç duymadığından, orta kazançlı bir anten kullanılması önerilir. Kentsel alanlarda 15-18 dBi kazançlı bir anten kullanılması tavsiye edilir. Kentsel alanlardaki kör noktaları doldurmak için mikro hücre anteni kullanılıyorsa, daha düşük kazançlı bir anten seçilebilir;

Eğim açısı seçimi: Kentsel alanlarda anten eğim açısı nispeten sık ayarlandığından ve bazı antenlerin daha büyük bir eğim açısına ayarlanması gerektiğinden ve mekanik eğim, parazit kontrolüne elverişli olmadığından, önceden ayarlanmış eğim açısına sahip bir anten kullanılması önerilir. Koşullar uygun olduğunda, sabit elektriksel eğim açısına sahip bir anten veya elektriksel olarak ayarlanabilir bir anten seçebilirsiniz.

3.2 Banliyö ve kırsal bölgelerdeki baz istasyonları için anten seçimi

Uygulama ortamı özellikleri: Baz istasyonları seyrek dağılmış, iş hacmi küçük, veri hizmeti gereksinimleri nispeten düşük ve geniş kapsama alanı gerekiyor. Bazı yerlerde çevrede sadece bir baz istasyonu bulunuyor, bu nedenle kapsama alanı en önemli husus haline geliyor. Bu durumda, anten seçimi baz istasyonunun etrafındaki kapsanması gereken alana göre yapılmalıdır.

Anten seçim ilkeleri:

Yönlendirme deseni seçimi: Baz istasyonunun çevredeki alanı kapsaması gerekiyorsa, belirgin bir yönlendirme yoksa ve baz istasyonu çevresindeki trafik dağılımı nispeten dağınık ise, çok yönlü baz istasyonu kapsama alanı kullanılması önerilir. Aynı zamanda, çok yönlü baz istasyonlarının düşük kazancı nedeniyle, kapsama mesafesinin yönlü baz istasyonlarına göre daha kısa olduğu unutulmamalıdır. Ayrıca, çok yönlü antenler kurulurken, kulenin kapsama alanı üzerindeki etkisine dikkat edilmeli ve anten zemin düzlemine dik tutulmalıdır. Yerel yönetimlerin baz istasyonu kapsama alanı için daha uzun mesafeli gereksinimleri varsa, bunu sağlamak için yönlü antenler kullanılmalıdır. Genel olarak, yatay düzlemde 90°, 105° ve 120° yarı güç ışın genişliğine sahip yönlü antenler kullanılmalıdır;

Anten kazancının seçimi: Anten kazancını kapsama alanı gereksinimlerine göre seçin. Banliyö ve kırsal alanlarda daha yüksek kazançlı (16-18 dBi) yönlü bir anten veya 9-11 dBi çok yönlü bir anten seçilmesi önerilir;

Anten eğim yöntemi seçimi: Banliyö ve kırsal alanlarda anten eğiminde fazla ayarlama imkanı bulunmamaktadır ve eğim açısının ayar aralığı ve özellikleri yüksek değildir. Mekanik eğimli anten kullanılması önerilir. Aynı zamanda, anten 50 metrenin üzerinde asılı olduğunda ve uç noktaya yakın kapsama gereksinimleri olduğunda, kule altındaki kararma sorununu önlemek için sıfır nokta doldurma antenlerine öncelik verilebilir.

3.3 Otoyol kapsama alanı baz istasyonu anten seçimi

Uygulama ortamı özellikleri:Bu ortamda, iş hacmi düşük ve kullanıcılar yüksek hızda hareket ediyor. Bu aşamada odak noktası kapsama sorununu çözmektir. Genel olarak, şerit kapsama elde etmek amaçlanmaktadır, bu nedenle otoyol kapsaması için çoğunlukla çift yönlü hücreler kullanılır; kasabalardan ve turistik yerlerden geçen alanlarda ise çok yönlü hücreler de kullanılır; daha sonra geniş kapsama vurgulanır ve kullanılacak anten tipi, yer seçimi ve yer tipine göre belirlenmelidir. Farklı otoyol ortamları büyük ölçüde değişmektedir. Genel olarak, otoyollar, demiryolları, ulusal karayolları, il karayolları vb. gibi nispeten düz otoyollar vardır. Kapsama elde etmek için S1/1/1 veya S1/1 istasyon tipi kullanılarak otoyolun yanına bir istasyon kurulması önerilir. Virajlı dağ yolları, ilçe düzeyindeki kendi yapımı dağ yolları vb. gibi kıvrımlı ve inişli çıkışlı yollar vardır. Otoyolun yakınındaki kırsal kapsama ile birleştirilmeli ve istasyon için yüksek bir yer seçilmelidir.

İlk planlama aşamasında anten seçerken, geniş kapsama alanı için geniş kapsama mesafesine sahip yüksek kazançlı bir anten seçmeye çalışın.

Anten seçim ilkeleri:

Yönlü anten seçimi: Demiryolları ve karayollarını kapsamayı amaçlayan baz istasyonlarında, dar ışınlı, yüksek kazançlı yönlü antenler kullanılabilir. Anten şekli, yerel arazi engebeleri ve kurulum yerindeki dönüşler gibi faktörlere göre esnek bir şekilde seçilebilir;

Anten kazancının seçimi şu şekildedir: yönlü anten kazancı 17dBi-22dBi arasında, çok yönlü anten kazancı ise 11dBi'den itibaren seçilebilir;

Eğim yöntemi seçimi: Otoyol kapsama alanlarında genellikle eğim açısı gerekmez. Daha ucuz mekanik eğimli antenlerin kullanılması önerilir. Mesafe 50 metreden fazla olduğunda ve yakın uç kapsama gereksinimleri olduğunda, kule altındaki karanlık noktalar sorununu çözmek için sıfır nokta dolum oranı (%15'ten fazla) olan antenlere öncelik verilebilir;

Ön-arka oranı: Otoyol kapsama alanını kullananların çoğu hızlı hareket eden kullanıcılar olduğundan, normal geçişi sağlamak için yönlü antenin ön-arka oranı çok yüksek olmamalıdır.

3.4 Dağlık bölgelerde kapsama alanı için baz istasyonu anteni seçimi

Uygulama ortamı özellikleri:Uzak tepelik ve dağlık bölgelerde, dağlar radyo dalgalarını ciddi şekilde engeller ve bu da radyo dalgası yayılımının zayıflamasına ve kapsama alanının zorlaşmasına neden olur. Genellikle geniş bir kapsama alanına sahip olup, kullanıcılar baz istasyonunun geniş bir kapsama yarıçapı içinde dağınık halde bulunur ve iş hacmi küçüktür. Baz istasyonu dağın tepesine, yamacına, eteğine veya dağlık bölgedeki uygun bir yere kurulabilir. Baz istasyonu konumlarını, modellerini ve antenlerini seçmek için farklı kullanıcı dağılımını ve arazi özelliklerini ayırt etmek gerekir. Aşağıdaki durumlar nispeten yaygındır: havza tipi dağlık bir alanda web sitesi kurmak, yüksek bir dağda web sitesi kurmak, dağın ortasında web sitesi kurmak, sıradan bir dağlık alanda web sitesi kurmak vb.

Anten seçim ilkeleri:

Yönsel anten deseni seçimi: Yönsel anten deseni seçimi, baz istasyonunun konumuna, istasyon tipine ve çevresel kapsama gereksinimlerine bağlıdır. Çok yönlü bir anten veya yönlü bir anten seçebilirsiniz. Dağlara kurulan baz istasyonları için, kapsanacak konum nispeten alçaksa, dikey kapsama gereksinimlerini daha iyi karşılamak için daha büyük bir dikey yarı güç açısına sahip bir desen seçilmelidir;

Anten kazancı seçimi: Kapsama alanı mesafesine bağlı olarak orta seviye anten kazancı, çok yönlü anten (9-11dBi) veya yönlü anten (15-18dBi) seçin;

Eğim açısı seçimi: Bir dağda istasyon kurulurken ve kapsanacak alan dağın eteğinde yer alıyorsa, sıfır nokta dolumlu veya önceden ayarlanmış bir aşağı eğim açısına sahip bir anten seçilmelidir. Önceden ayarlanmış aşağı eğim açısının boyutu, baz istasyonunun ve kapsanacak alanın göreceli yüksekliğine göre seçilmelidir. Göreceli yükseklik ne kadar büyükse, önceden ayarlanmış aşağı eğim açısı da o kadar büyük olmalıdır.

3.5 LTE'deBaz istasyonu anteni uygulama senaryolarının özeti

Yukarıdaki seçenekler ve LTE'nin özel koşulları göz önünde bulundurularak, önerilen anten seçim prensipleri şunlardır:

Tablo 3-1 Anten uygulama senaryolarının özeti

Genel olarak, LTE saha seçimi mevcut tesisleri kullanır; bu nedenle, LTE antenlerinin kurulumu için yeterli alan olup olmadığı ve yüksekliğin LTE planına uygun olup olmadığı en büyük sorunlardır. Bu nedenle, gerçek proje, hangi polarizasyon yönteminin kullanılacağı, geniş bant anten kullanılıp kullanılmayacağı ve eğim açısı yöntemi gibi teknik parametreleri benimser. Mevcut tesislerin detaylı bir şekilde incelenmesi ve gerçek duruma göre makul bir plan yapılması gereklidir. LTE'de MIMO teknolojisinin varlığı nedeniyle, şu anda yaygın olarak 2T2R ve 4T4R kullanılmaktadır. Saha kurulum maliyetleri gibi faktörler dikkate alındığında, 2T2R durumlarında genellikle çift kutuplu antenler kullanılır; 4T4R durumlarında ise genellikle iki adet çift kutuplu anten kullanılır ve antenler arasındaki mesafe 1-2λ'dir, bu da 2.6G için yaklaşık 30-50 cm'ye karşılık gelir.

4 5G Büyük MIMO AAUve uygulama senaryoları

Bu bölümün ana içeriği, 5G AAU'nun anten ve uygulama senaryosu seçimini kısaca açıklamaktadır.

4.1 5G Büyük MIMO AAU

4G çağında oldukça gelişmiş olan çoklu giriş ve çıkış teknolojisi (MIMO), alıcı-verici sistemleri arasındaki çoklu antenler arasında bulunan çoklu uzamsal kanalları etkili bir şekilde kullanarak, birbirine dik çoklu veri akışlarını iletebilir; böylece iletişim bant genişliğini artırmadan veri aktarım hızını ve iletişim istikrarını iyileştirir.

4G'den 5G çağına kadar geliştirilen Massive MIMO teknolojisi, MIMO teknolojisinin yükseltilmiş bir versiyonudur. Sınırlı zaman ve frekans kaynaklarına dayanarak, aynı anda onlarca mobil terminale hizmet vermek için yüzlerce anten ünitesi kullanılır ve bu da veri aktarım hızını ve enerji kullanım verimliliğini daha da artırır. 5G iletişim frekansı yüksektir ve anten boyutu küçülmüştür, bu da orijinal alana daha fazla antenin yerleştirilmesine olanak tanır. Massive MIMO teknolojisi, 5G çağında iletişim teknolojisinin tonunu belirlemiştir. Bu nedenle, antenler 5G çağında radyo frekans ön ucundan sonra bir diğer hızlı büyüme bileşeni haline gelmiştir. Baz istasyonu antenleri %20, terminal antenleri ise %80 oranında paya sahiptir.

5G baz istasyonlarında Massive MIMO teknolojisinin yaygın kullanımı nedeniyle, dahili olarak entegre edilmiş anten çok sayıda osilatör kullanır ve ayrıca alıcı-verici ünitelerini de entegre eder; bu nedenle aktif anten dizisi ünitesi (AAU) olarak da adlandırılır. İç yapısının şematik diyagramı ve ürün formu aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Figure 4-1 Massive MIMO AAU structural schematic diagram

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

<6GHz frekans bandındaki AAU için, iletişim ekipmanı üreticileri genellikle 192 osilatör kullanır. Yatay yönde 12 sıra ve dikey yönde 8 sütun osilatör bulunur. Ayrıca 45° çift polarizasyon ile toplamda 12x8x2=192 osilatör vardır. Her üç osilatör grubu bir anten olarak adlandırılır, bu nedenle AAU'nun toplam 192/3=64 anteni vardır. Her 6 osilatör bir anten oluşturuyorsa, AAU'nun 192/6=32 anteni vardır.

Şekil 4-3 65TR ve 32TR AAU anten elemanı diyagramı

<6GHz bandındaki AAU'lar genellikle tamamen dijital ışın biçimlendirme kullanır. Anten sayısı, iletim kanalı sayısı ve güç amplifikatörü sayısı aynı kabul edilebilir. Anten sayısı kapsama alanında önemli bir faktördür. Eleman sayısı ne kadar fazla olursa, ışın o kadar dar ve enerji o kadar yoğunlaşır. Anten ve kanal sayısı arttıkça, AAU içindeki güç amplifikatörlerinin sayısı da artar, temel bant kaynaklarının tüketimi ve ekipman maliyeti de yükselir.

4.2 5GSinyal sönümleme modeli

3GPP TR 38.901, dört senaryo sunmaktadır: kapalı alan sıcak nokta ofis alanı (InH-Office), kentsel mikro hücreli sokak (UMi-Street Canyon), kentsel makro hücre (Uma) ve kırsal makro hücre (RMa). Her senaryo türü, görüş hattı dışı (NLOS) ve görüş hattı (LOS) senaryolarına ayrılır ve toplam sekiz yayılım modeli içerir. Bu makale, kentsel makro istasyon Uma-LOS/NLOS senaryosundaki yol kaybı modelini seçmektedir. Burada fcÇalışma frekansı (GHz), hBSBaz istasyonu anteninin etkin yüksekliği (m), hUTMobil istasyon anteninin etkin yüksekliği (m), d2DBaz istasyonu ile mobil istasyon arasındaki yatay mesafe (m), d3DBaz istasyonu anteni ile mobil istasyon anteni arasındaki düz çizgi mesafesi (m).

Yukarıdaki tabloya göre, kentsel makro istasyonların farklı kanallarının tipik maksimum izin verilen yol kaybı (MAPL) aşağıdaki formüle göre hesaplanabilir. 5G NR 3.5GHz'nin yukarı bağlantı ve aşağı bağlantı arasındaki maksimum izin verilen yol kaybı farkının 13.65 dB'ye ulaştığı, ağ kapsama alanının yukarı bağlantıda sınırlı olduğu ve yukarı bağlantı PUSCH kanalı tarafından sınırlandırıldığı görülmektedir.

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

nerede PTxBaz istasyonu iletim gücü, LfBesleyici kaybı, GTxBaz istasyonu anten kazancı, MfGölge solması ve hızlı solma marjı, MlGirişim marjı, GRxCep telefonu anten kazancı, LpBina nüfuz kaybı, LbVücut aşınması ve yıpranması, SRxCep telefonu sinyal hassasiyeti

4.3 5G AAUUygulama senaryoları

Yoğun kentsel alanlarda, karmaşık kablosuz ortam paraziti kötüleştirir ve yüksek binalar yüksek dikey kapsama gereksinimlerine ve yüksek kullanıcı kapasitesi gereksinimlerine yol açar. 64TR ekipmanı, daha iyi büyük ölçekli MIMO ışın biçimlendirmesi sağlayabilir, yüksek trafikli çok kullanıcılı MIMO iletimini gerçekleştirebilir ve dikey boyut kapsama alanını önemli ölçüde iyileştirebilir. Banliyö ve kırsal alanlarda, MU-MIMO eşleştirme başarı oranı düşer ve 64TR ekipmanı kapasite avantajlarından tam olarak yararlanamaz, bu nedenle düşük konfigürasyonlu ekipman kullanılabilir. 32 anten kullanmak ihtiyaçları karşılayabilir. Daha uzak bölgeler için kapasite gereksinimleri yüksek değildir ve asıl sorun kapsama sorununu çözmektir. Bu durumda, Büyük Ölçekli MIMO'ya bile gerek yoktur. Sadece anteni bağlamak için 8 portlu RRU kullanılır.

Aşağıdaki şekil, bir ekipman üreticisi tarafından önerilen senaryo tabanlı bir ağ kapsama çözümünü göstermektedir. Makro saha en önemli ürün formudur. 64TR AAU, 4G/5G aşamasındaki sürekli yüksek kapasite talebini karşılarken, düşük konfigürasyonlu 32TR AAU ise 4G/5G düşük trafikli alanlarda düşük maliyetli ağ kurulum talebini karşılamaktadır. İç mekan dağıtım sistemi ürünleri, mevcut ağda veya yeni inşaatta pasif iç mekan dağıtım sistemlerini kullanarak yüksek değerli, yüksek trafikli iç mekan senaryolarını çözen 2TR ve 4TR ekipmanlarını içermektedir. Ayrıca, mikro istasyon baz istasyonu 4TR radyo frekans ünitesi (RRU) ürünleri, yerleşim alanları ve yaya caddeleri gibi yoğun ve ısıtmalı senaryolarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Şekil 4-4 Bir ekipman üreticisinden senaryo tabanlı ağ kapsama çözümü

Bölüm 4.2'deki hesaplama sonuçlarından da görülebileceği gibi, 3.5 GHz bandındaki 5G NR yukarı bağlantı kapsama alanı, esas olarak sınırlı terminal gücü nedeniyle sınırlıdır. 5G'nin piyasaya sürülmesinden sonra bile yukarı bağlantı ve aşağı bağlantı hizmet hızı gereksinimlerinin gelecekte hala asimetrik olacağı (aşağı bağlantı hızı gereksinimleri yukarı bağlantıdan çok daha yüksek) göz önüne alındığında, mevcut ağ yapısını değiştirmeden korumak ve ağ kurulum maliyetlerini düşürmek, böylece operatörlerin 4G canlı sahalarına 5G'yi hızlı bir şekilde üst üste bindirip dağıtabilmesi için, yukarı bağlantı kapsama darboğazı sorununu çözmek amacıyla yukarı bağlantı ve aşağı bağlantı ayrıştırması (SUL) kullanılabilir. Yani, yukarı bağlantıda eski LTE ekipmanı kullanılır, kapsama alanını iyileştirmek için 1.8 GHz FDD bant genişliğinin bir kısmı 5G NR için yeniden kullanılır ve aşağı bağlantıda 3.5 GHz bandında 5G NR dağıtılır.

Şekil 4-5 Yukarı bağlantı ve aşağı bağlantı için farklı frekans bantları kullanılarak elde edilen ayrıştırma çözümü

Bu makale şuradan kopyalanmıştır: " Microwave Radio Frequency Network Fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekliyoruz, lütfen yeniden yayınlarken orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir ihlal söz konusuysa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.