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相关知识|你知道天线的发展趋势吗?

随着更高版本的4G LTE版本(3GPP版本13和版本14)和最新的5G标准(3GPP版本15)的出现,无线通信用天线已经开始发生实质性变化。除了为5G添加低于6 GHz的频率外,还有其他正在开发的5G用例技术,有了这些技术,当前和未来的天线将产生巨大变化。4G LTE的早期标准允许多输入多输出(MIMO)天线结构,以利用空间多路复用,提高蜂窝安装的吞吐量和容量。最新发布的多输入多输出(MIMO)技术将天线从传统的无源设计转变为与射频前端(RFFE)硬件和可配置数字硬件高度集成的有源设备,可以适应最新的复杂多输入多输出(MIMO)和网络需求。

“喇叭天线”

在过去的几年中,具有多输入多输出(MIMO)和载波聚合(CA)功能的天线已经投入使用,最常见的是2×2 MIMO。这需要在基站有两个天线单元用于发射,两个天线单元用于接收,且在用户设备上有两个天线对。使用空间多路复用,用户可以通过两个空间流进行数据传输,从而提高吞吐量。在这种情况下,这些2×2 MIMO天线通常只涉及天线与多个同轴馈电到基地收发站(BTS),或者之后到基地收发站(BTS)的数字化版本、数字单元(DU)和一个射频拉远头(RRH)。通常情况下,这类天线使用交叉极化元件。对于之后的4×4 MIMO安装,数字单元(DU)通常连接到两个射频拉远头(RRH),馈电两个2×2 MIMO天线系统。


要继续这一趋势,需要32个射频拉远头(RRH)和复杂的互连,向每个射频拉远头(RRH)和2×2 MIMO天线馈电,具有3GPP版本15中建立的64×64 MIMO的功能。因此,一种新的天线和多输入多输出(MIMO)方法已经在研发中,一些早期版本用于初步的、主要是试验性的5G部署。其结果是天线系统与无线电和其他有源元件,包括数字控制和信号处理技术的集成。这些所谓的有源天线系统(AAS)已被认为是生产高阶多输入多输出(MIMO)天线的最经济可行的方法,且在已然拥挤的天线塔和平台的实际安装限制内。在最新一代用于基础设施的蜂窝天线中,用于多输入多输出(MIMO)、调制和解调的数字处理以及信号分配和射频前端(RFFE)硬件已集成到天线系统中。这些组件通常包括功率合成器/分配器、混频器/上变频器/下变频器、模数转换器/数模转换器(ADC/DAC)、交换机、滤波器、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、循环器/隔离器、衰减器、调谐元件以及大量的射频和数字互连。这些有源天线系统(AAS)还包括高密度的天线元件,如果使用单独的天线元件进行发送和接收,则最多可以容纳128个。但是,一些现代的有源天线系统(AAS)将元素划分为子阵列,只需要每个子阵列的发射/接收模块(TRM),而不是每个发射/接收对。为实现产生完整的64×64 MIMO,可以将其中一些有源天线系统(AAS)拆分为几个模块化子系统,例如8×8、16×16或32×32,这些子系统可以组装成完整的64×64 MIMO系统。


下一代多输入多输出(MIMO)可能是所谓的大规模多输入多输出(MIMO)。这可能会导致极其复杂和密集的有源天线系统(AAS)。可能需要将大型多输入多输出(MIMO)系统集成到单个完整模块中,而单个完整模块具有所有必需的射频、信号处理甚至内置网络硬件。由于这类系统可能适用于人口密集的城市和郊区,因此它们可能还需要比当今使用的典型有源天线系统(AAS)紧凑得多,这样就可以能将安装在大都市的基础设施上,例如路灯、交通灯杆等等。


高密度有源天线系统(AAS)需要比以前的蜂窝技术更紧凑和更高能效的射频/微波硬件。一部分要求是由于需要维持相对相似的有源天线系统(AAS)蜂窝塔占地面积。测试这样的系统也是行业内的一个新挑战,未来的系统可能会解决这一问题,这些系统包括广泛的自我诊断和其他内置自测试(BIST)功能。


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