5G基站引入大規模陣列天線,射頻產業鏈迎來發展新機遇



MassiveMIMO,即大規模MIMO(Multiple-inputMultiple-output,多輸入多輸出)技術,旨在通過更多的天線大幅提高網絡容量和信號質量,原理上可類比高速公路拓展馬路道數來提高車流量。

采用MassiveMIMO的5G基站不但可以通過復用更多的無線信號流提升網絡容量,還可通過波束賦形大幅提升網絡覆蓋能力。

波束賦形技術通過調整天線增益空間分布,使信號能量在發送時更集中指向目標終端,以彌補信號發送后在空間傳輸的損耗,大幅提升網絡覆蓋能力。

相比較4G基站,采用支持大規模陣列天線技術的AAU是5G基站成本大幅增加的主要原因。

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天線尺寸與頻率相關,5G天線或以64通道為主

根據無線通信原理,為了保證天線發射和接收轉換效率最高,一般天線振子的間距必須要大于半個無線信號波長,而無線信號波長與無線信號頻率成反比(λ=c/f,其中c為光速,f即無線信號頻率),即當信號頻率越高,信號波長越小。

未來國內5G頻段或以3.5GHz和2.6GHz為主,根據此頻段得出半個波長大概是4.3cm/5.8cm。

根據目前的5G測試來看,目前采用64通道的MassiveMIMO技術是各個設備商的主流測試選擇。

雖然通道數越多,網絡的性能越高,但綜合考慮天線尺寸大小/重量、天線性能以及成本因素,目前運營商也在考慮低成本的MassiveMIMO方案—16通道。

我們認為,5G前期如果64通道天線成本未下降到運營商接受的范圍內,可能運營商在滿足部署和容量的情況下優先考慮16通道方案。

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5G 基站架構發生較大變化,天線有源化趨勢明顯

4G 宏基站主要分三個部分:天線、射 頻單元 RRU 和部署在機房內的基帶處理單元 BBU。

5G 網絡傾向于采用 AAU+CU+DU 的 全新無線接入網構架,如下圖所示。

天線和射頻單元 RRU 將合二為一,成為全新的單元 AAU(Active Antenna Unit,有源天線單元),AAU 除含有 RRU 射頻功能外,還將包含部 分物理層的處理功能。

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5G時代,天線通道數增加以及天線有源化對天線設計提出更高要求,小型化及輕量化是基礎。

4G時代,天線形態基本是4T4R(FDD)或者8T8R(TDD),根據目前測驗的情況來看,5G時代可能以64T64R大規模陣列天線為主。

通道數同比增加了7-15倍,意味著天線對射頻器件需求量同比增加了7-15倍,同時天線無源部分將與RRU合為AAU,都對5G時代天線的體積及重量提出了更高的設計要求。

4G時代,無源天線+RRU重量大概在24-34kg,目前測試中的5GAAU重量大概在45kg左右,重量同比增加了32%~88%。所以在5G天線集成化的趨勢下,小型化及輕量化成為天線設計基礎。

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