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5G天线关键技术解析

发表时间：2021-12-23

说到天线，大家一定不会陌生。在无线技术非常普及的现代社会，天线在我们生活中随处可见。其中最常见的，当然是我们移动通信网络所使用的基站天线。基站天线对我们的生活至关重要。如果没有它，我们的手机就没有信号，我们也就无法愉快地网购、追剧和吃鸡。如果大家细心观察，就会发现，不同设备的天线，有着不同的外形和尺寸。没错！从理论上来说，天线的理想长度通常是电磁波波长的 1/4。

所以，我们会看到，模拟电视拉杆天线长度一般是 0.175~0.5 米、FM 收音机的天线长度是 0.675~0.85 米。

而我们的移动通信网络，工作频率主要在 700M~3500MHz 之间，所以天线的尺寸要小得多。

小得都已经看不见了（藏到了手机里），但是，无线信号的工作频率更高、波长更短，导致了一个不好的结果——它的抗干扰能力和绕射能力明显减弱了。尤其在城市复杂环境下，信号质量更容易受影响。因此，工程师们需要不断研发新技术，用于提升移动通信系统的容量和覆盖。

天线，作为移动通信的关键一环，自然而然成为工程师们大开脑洞的首要对象。接下来，我们就来看看，咱们的基站天线到底玩了哪些神操作。

在移动通信最早期的 1G 时代，基站所使用的几乎都是全向天线。当时的用户数量很少，传输的速率也比较低。

到了 2G 时代，天线逐渐演变成了定向天线，比如天线覆盖角度为 120°，一个小区会有三个扇区，演变为蜂窝通信。

3G 时代，智能天线诞生，单一地天线发展成多天线，也就是我们常说的 MIMO多天线技术。

MIMO 增加了天线个数，也就增加了信号传输的通道数量。
那么，该怎样利用多出来的通道数量呢？
最开始的时候，工程师们想到的是把它用于增强覆盖。
他们基于 MIMO，提出了一种新的传输模式，叫做“传输分集”。简单来说，就是“把相同的内容通过不同的天线发送出去”。

“传输分集”：分散发射、集中处理
这种模式，可以缓解信道质量不稳定带来的性能下降，从而增强覆盖。
后来，MIMO 又发展出另一种模式，叫做“空间复用”。
空间复用是将要传送的数据分成几个数据流，然后在不同的天线上进行传输，从而提高系统的传输速率。

这种模式，主要用于提升小区容量。
在实际应用中，同一部分天线不可能既用于传输分集，又用于空间复用。所以，MIMO 天线需要在上述两种模式中进行权衡。权衡的结果，直接影响到频率资源的利用率。

到了5G时代，情况又发生了变化。
在4G到5G演进的过程中，随着频率的增加，天线尺寸进一步缩小，天线数量进一步增加。

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