淺析移動(dòng)通信發(fā)展與天線技術(shù)的創(chuàng)新

2017-07-01 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1、移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展綜述

1.1、全球移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展情況及趨勢(shì)洞察

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的高速增長(zhǎng),移動(dòng)寬帶技術(shù)不斷向前演進(jìn)。移動(dòng)寬帶技術(shù)的發(fā)展刺激了MBB流量的激增。2014年上半年,全球移動(dòng)用戶連接數(shù)將達(dá)到70億,覆蓋全球96%以上的人口,其中3G和4G移動(dòng)用戶連接數(shù)之和也將達(dá)到24億,占據(jù)全球總量的三分之一以上。這些數(shù)據(jù)表明MBB業(yè)務(wù)正在快速增長(zhǎng)。

MBB蓬勃發(fā)展,“連接無處不在”成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。這一趨勢(shì)表明,未來5年(到2018年)無線網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生深刻變化,MBB業(yè)務(wù)將轉(zhuǎn)型為以服務(wù)和價(jià)值為中心,關(guān)注網(wǎng)絡(luò)TVO(Total Value of Ownership總體擁有價(jià)值),構(gòu)建面向用戶體驗(yàn)、隨時(shí)隨地xMbps、協(xié)同高效的優(yōu)質(zhì)MBB網(wǎng)絡(luò)。

? MBB業(yè)務(wù)正轉(zhuǎn)型為以服務(wù)和價(jià)值為中心,以用戶體驗(yàn)為目標(biāo)

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,移動(dòng)服務(wù)正逐步從傳統(tǒng)的語音和短信業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)管道和容量服務(wù)演進(jìn)。語音、短信業(yè)務(wù)受到OTT業(yè)務(wù)(Over The Top運(yùn)營(yíng)在互聯(lián)網(wǎng)“之上”的業(yè)務(wù))的強(qiáng)烈沖擊和侵蝕,導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商整體收入不斷下降,運(yùn)營(yíng)商需要拓展新業(yè)務(wù)。而新領(lǐng)域如企業(yè)網(wǎng)的業(yè)務(wù)復(fù)雜性要求多方合作,從而催生出運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力開放的需求,即運(yùn)營(yíng)商將部分網(wǎng)絡(luò)能力以服務(wù)的方式提供給第三方,由第三方調(diào)用這些服務(wù)生成新的應(yīng)用,形成差異化優(yōu)勢(shì),最終服務(wù)于企業(yè)、行業(yè)或終端用戶等。

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圖1 MBB業(yè)務(wù)演進(jìn)過程

為了更快、更高效地支撐B2B(Business-to-business業(yè)務(wù)到業(yè)務(wù))、B2B2C(business to business to consumer商家對(duì)商家對(duì)客戶)業(yè)務(wù)上線,以及更加靈活、彈性地提供各種應(yīng)用和開放的服務(wù),構(gòu)建以面向用戶體驗(yàn)的MBB網(wǎng)絡(luò)尤為重要。

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圖2 調(diào)查表明用戶體驗(yàn)有利于提升用戶忠誠(chéng)度

? 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以“語音”為中心到“數(shù)據(jù)”為中心的轉(zhuǎn)變

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,促使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈從語音為中心面向數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)變,極大沖擊傳統(tǒng)的固有理念。正在推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈包括從運(yùn)營(yíng)商到設(shè)備商,從核心網(wǎng)絡(luò)到天饋末端,從內(nèi)容到終端等在內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)變。新一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將提供更加豐富,包括語音,數(shù)據(jù),視頻,各種多媒體,各種綜合類型的服務(wù)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過語音流量,未來語音也會(huì)基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提供服務(wù)。語音將只是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中非常小的一種業(yè)務(wù)形態(tài),整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)真正的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

? 移動(dòng)組網(wǎng)從圍繞“覆蓋”到“覆蓋”+“容量”并重

在網(wǎng)絡(luò)方面,運(yùn)營(yíng)商及其基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商已經(jīng)開始意識(shí)到,在過去20年里用于提供語音通話服務(wù)的傳統(tǒng)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋面廣大,但無法滿足以數(shù)據(jù)為中心的未來需求。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)從當(dāng)初重點(diǎn)關(guān)注覆蓋,到同時(shí)重視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量轉(zhuǎn)變。

? 容量提升,隨時(shí)隨地xMbps是MBB提供創(chuàng)新服務(wù)的基礎(chǔ)

MBB業(yè)務(wù)以服務(wù)為中心的轉(zhuǎn)型以及優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn),需要建立在MBB隨時(shí)隨地xMbps基礎(chǔ)上,現(xiàn)階段高端移動(dòng)用戶向LTE的快速遷移證明了這一點(diǎn)。預(yù)計(jì)未來5年將有25億用戶遷移到MBB網(wǎng)絡(luò)(如下圖所示),移動(dòng)寬帶容量提升將是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)部署的重點(diǎn)。

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圖3 預(yù)計(jì)未來5年將有25億用戶遷移到MBB網(wǎng)絡(luò),來源:Informa

? 協(xié)同高效是MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本訴求

未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)TVO、可擴(kuò)展性以及開放性:一方面虛擬化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦以及資源靈活分配,從而快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化、提升商業(yè)敏捷性;另一方面按需定義網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和功能,運(yùn)營(yíng)商與承載在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)創(chuàng)新者、最終消費(fèi)者形成開放、多贏的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)環(huán)境。但移動(dòng)通信經(jīng)過數(shù)十年快速發(fā)展,很多運(yùn)營(yíng)商同時(shí)運(yùn)營(yíng)多個(gè)無線接入系統(tǒng),且多系統(tǒng)并存將是一個(gè)長(zhǎng)期的過程,要滿足未來網(wǎng)絡(luò)“TVO、可擴(kuò)展性和開放性”應(yīng)用要求,多網(wǎng)協(xié)同、高效部署成為構(gòu)建MBB網(wǎng)絡(luò)的基本訴求。

? 協(xié)同高效是MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本訴求

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圖4 未來MBB網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)

1.2、中國(guó)移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展情況及特點(diǎn)

中國(guó)移動(dòng)通信行業(yè)在過去的十年中有著日新月異的發(fā)展,大規(guī)模的用戶群增長(zhǎng)奠定網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的基礎(chǔ),運(yùn)營(yíng)商資費(fèi)的降價(jià)及刺激需求引起了各方最終用戶的激增。2008年3G牌照發(fā)放,中國(guó)正式進(jìn)入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)公司也瞄準(zhǔn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),微信、微博等服務(wù)廣泛應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)手游的用戶不斷增長(zhǎng),各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也陸續(xù)提供了手機(jī)客戶端版本,傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)價(jià)值從管道向內(nèi)容、從通信網(wǎng)向互聯(lián)網(wǎng)、從話音服務(wù)向信息服務(wù)轉(zhuǎn)移。

未來,移動(dòng)大數(shù)據(jù)流量需求仍將不斷增長(zhǎng),隨時(shí)隨地xMbps成為終端用戶的普遍需求。2013年中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量達(dá)到129萬TB,比2009年的11.5萬TB增加了10倍,預(yù)計(jì)未來幾年,國(guó)內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量仍將成倍增長(zhǎng)。為滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)業(yè)務(wù)需求,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商也加快了LTE建設(shè)步伐。TDD LTE牌照已于2013年底發(fā)放給三大運(yùn)營(yíng)商,所有主流廠商的產(chǎn)品都具備TDD LTE商用能力,世界上各大品牌手機(jī)廠商都積極推出支持TDD LTE的智能終端,整個(gè)TDD產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好。當(dāng)然,伴隨著數(shù)據(jù)流量爆炸式的增長(zhǎng),如何做好流量經(jīng)營(yíng),在滿足用戶需求與控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本之間保持良好的平衡,是國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商需要直面的挑戰(zhàn)。

在以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為代表快速發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,能否以用戶為中心提升客戶體驗(yàn)成為運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)奪與維系用戶的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn),多網(wǎng)協(xié)同、提升用戶體驗(yàn)更是運(yùn)營(yíng)商的核心競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)三大運(yùn)商都有多個(gè)無線接入系統(tǒng),中國(guó)移動(dòng)包括GSM、TD-SCDMA和TDD LTE,中國(guó)聯(lián)通包括GSM、UMTS、LTE TDD和LTE FDD,中國(guó)電信包括CDMA、LTE TDD和LTE FDD,多個(gè)無線接入系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的質(zhì)量直接影響業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)和用戶滿意度,因此建立面向用戶體驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)更多潛在問題,從而不斷提升用戶使用體驗(yàn),也是國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)。

而隨著無線頻譜資源的日趨稀缺,最大化利用頻譜資源成了MBB網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵要素。根據(jù)目前的頻譜劃分,中國(guó)移動(dòng)主要采用TDD LTE建網(wǎng),而聯(lián)通和電信均將采用LTE TDD/FDD混合組網(wǎng)方式。通過FDD LTE與TDD LTE的融合發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了頻率等各種資源的高效利用。

針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和未來目標(biāo)網(wǎng)絡(luò),三大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也各有特點(diǎn):

? 中國(guó)移動(dòng):快速建網(wǎng),兼顧容量提升

中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量已經(jīng)快速超越語音業(yè)務(wù),保持著近150%的年度復(fù)合增長(zhǎng)率。預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi),隨著智能手機(jī)、平板電腦等智能終端的快速普及,以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的急速發(fā)展,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將繼續(xù)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量消耗的網(wǎng)絡(luò)資源將會(huì)是語音業(yè)務(wù)的幾十倍甚至上百倍。面對(duì)這一數(shù)字洪流給無線網(wǎng)絡(luò)帶來的巨大沖擊,扭轉(zhuǎn)3G劣勢(shì),快速建設(shè)高帶寬、高效率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)成為中國(guó)移動(dòng)的迫切訴求。

2013年,中國(guó)移動(dòng)在100個(gè)以上城市啟動(dòng)了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè),北京、杭州、廣州和深圳等城市已經(jīng)開始試商用,預(yù)計(jì)2014年底將完成50萬個(gè)基站的部署,并在全國(guó)344個(gè)城市實(shí)現(xiàn)商用,屆時(shí)該TDD LTE網(wǎng)絡(luò)將是全球最大的TDD LTE網(wǎng)絡(luò)。

為實(shí)現(xiàn)短期快速建網(wǎng)的目標(biāo),現(xiàn)階段中國(guó)移動(dòng)主要采用了F頻段升級(jí)至TDD LTE的方式部署LTE網(wǎng)絡(luò)。TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)性能以及覆蓋水平已日臻成熟,且站址資源豐富,在此基礎(chǔ)上,中國(guó)移動(dòng)以F頻段為主部署TDD LTE,省去了站址資源獲取等一系列初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難題。然而,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,D頻段頻譜資源豐富,TDD LTE產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟,而且TDD LTE想成為國(guó)際主流LTE制式,需要中國(guó)這樣的大國(guó)起到示范作用,所以中移動(dòng)在D頻段部署TDD LTE也是勢(shì)在必行。

靈活地應(yīng)用D頻段和F頻段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署,分階段、按不同側(cè)重點(diǎn)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,是中國(guó)移動(dòng)部署優(yōu)質(zhì)LTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵策略。

? 中國(guó)聯(lián)通:多網(wǎng)協(xié)同,面向用戶體驗(yàn)

目前,中國(guó)聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)占據(jù)著優(yōu)勢(shì),其HSPA+網(wǎng)絡(luò)的速率已經(jīng)能達(dá)到42Mbps,能提供良好的用戶體驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展,中國(guó)聯(lián)通在做大做厚3G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí),也在追趕中國(guó)移動(dòng)和電信LTE部署的步伐。目前,聯(lián)通已在全國(guó)25個(gè)城市率先開展4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù),預(yù)計(jì)年底開通4G服務(wù)的城市將達(dá)到300個(gè)。

中國(guó)聯(lián)通目前有GSM900M(954M-960M)、GSM1800M(1840M-1850M)、WCDMA2100M(2130M-2145M),以及TDD LTE(2555M-2575M),未來還將部署FDD LTE,面臨著多網(wǎng)協(xié)同運(yùn)營(yíng)、提升用戶體驗(yàn)的挑戰(zhàn)。可以預(yù)期的是,3G作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),覆蓋的廣度和容量的深度仍然是聯(lián)通未來兩年的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),4G定位為提供優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò),FDD LTE覆蓋城市和密集城區(qū),TDD LTE深度覆蓋熱點(diǎn)區(qū)域,滿足高速業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求,為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。

中國(guó)聯(lián)通利用3G和4G網(wǎng)絡(luò)的融合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),為用戶提供良好、無縫的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

? 中國(guó)電信:聚焦廣覆蓋和深度覆蓋,提升用戶體驗(yàn)

對(duì)中國(guó)電信來說,3G時(shí)代CDMA網(wǎng)覆蓋優(yōu)勢(shì)比較明顯,CDMA 800MHz鏈路損耗小,以更少的站址獲得更好的用戶體驗(yàn),但4G時(shí)代LTE部署在1.8G/2.1G/2.6高頻段,中國(guó)電信首先要解決的是網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋和深度覆蓋問題。

基于可商用網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo),LTE覆蓋率至少要達(dá)到98%,在與C網(wǎng)1:1建站后,由于站間距較大,覆蓋存在大量空洞,站點(diǎn)補(bǔ)盲是LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要解決的問題。針對(duì)室外、室內(nèi)和高鐵等不同場(chǎng)景,中國(guó)電信引入多種宏站、小站建網(wǎng)形態(tài),降低站址獲取難度,解決廣覆蓋問題。而針對(duì)深度覆蓋,電信則采用了TDD LTE/FDD LTE混合組網(wǎng)方式,FDD無縫覆蓋消除盲區(qū),TDD吸收熱點(diǎn)區(qū)域多余的話務(wù)量,同時(shí)引入CloudBB云協(xié)同、eMBMS等解決方案,覆蓋做深,容量做厚。

另外,中國(guó)電信包括CDMA 1X/EV-DO、TDD LTE和FDD LTE多個(gè)無線接入系統(tǒng),做好多網(wǎng)協(xié)同,提升峰值速率和邊緣速率,規(guī)模商用VoLTE,從而實(shí)現(xiàn)面向感知建網(wǎng)、用戶體驗(yàn)提升也將是中國(guó)電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與發(fā)展的要求與目標(biāo)。

1.3、移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展總結(jié)

構(gòu)建面向用戶體驗(yàn)、隨時(shí)隨地xMbps、協(xié)同高效的優(yōu)質(zhì)MBB網(wǎng)絡(luò)是國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商共同的目標(biāo),“連接無處不在”的MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)將引領(lǐng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生深刻變化:

? 無線網(wǎng)絡(luò)空口資源融合

無線網(wǎng)絡(luò)空口資源融合,實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)共享空口資源,提升整體空口效率。運(yùn)營(yíng)商一張網(wǎng)提供差異化服務(wù)滿足各種不同業(yè)務(wù)需求,減少重復(fù)建網(wǎng)成本和新站點(diǎn)租賃,同時(shí)支持運(yùn)營(yíng)商拓展新的銷售模式,向企業(yè)、行業(yè)業(yè)務(wù)滲透。

? 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化和按需定義網(wǎng)絡(luò)

采用通用硬件和虛擬機(jī)技術(shù),提供高性能硬件處理能力和云管理技術(shù),為運(yùn)營(yíng)商提供靈活、智能、可擴(kuò)展的自動(dòng)化無線網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí),虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能,支持運(yùn)營(yíng)商面向不同的OTT業(yè)務(wù)進(jìn)行靈活部署,使網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮更大的價(jià)值。

? Licensed與Unlicensed頻譜資源融合協(xié)同

Unlicensed頻譜豐富,近1GHz頻譜資源可獲取, 其中5GHz頻段在2017年有望超過500MHz頻譜發(fā)放。通過零散頻譜聚合、寬頻以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù),實(shí)現(xiàn)Licensed+Unlicensed頻譜融合,提升運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的客戶體驗(yàn)。

? 空口控制、承載分離及協(xié)同技術(shù)支撐用戶無邊界體驗(yàn)

站點(diǎn)的增加是提升無線網(wǎng)絡(luò)容量的重要手段,為了滿足2018年20倍以上無線流量的增加,小站及AAU等射頻拉遠(yuǎn)模塊將密集部署在各個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域。站點(diǎn)密集部署,無線小區(qū)半徑越來越小,將導(dǎo)致小區(qū)間干擾增加、小區(qū)邊緣容量下降,同時(shí)還帶來移動(dòng)性指標(biāo)惡化,降低用戶感受。無邊界用戶體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)將促進(jìn)空口控制和承載分離、協(xié)同技術(shù)的快速發(fā)展。

? 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維自動(dòng)化,應(yīng)對(duì)海量小站和海量數(shù)據(jù)帶來的運(yùn)維復(fù)雜化

移動(dòng)通信經(jīng)過數(shù)十年快速發(fā)展,很多運(yùn)營(yíng)商同時(shí)運(yùn)營(yíng)GSM/CDMA/UMTS/LTE等多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò),多頻譜、多制式混合組網(wǎng)將是一個(gè)長(zhǎng)期的過程;另一方面,空口數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)和海量小站的應(yīng)用,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越來龐大、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維異常復(fù)雜。因此,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維自動(dòng)化是未來MBB網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求之一。

? 能量精準(zhǔn)投放構(gòu)建綠色節(jié)能網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前的能量投放是粗放式的,基站用戶信號(hào)從基站天線輸出到終端天線接收,99.9%以上的能量在空間損耗了。為了降低無線信號(hào)在空間的傳播損耗,未來的無線網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)信號(hào)能量精準(zhǔn)投放的綠色網(wǎng)絡(luò),波束成形、高階MIMO等技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。

2、移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展對(duì)基站天線產(chǎn)業(yè)的影響

2.1、移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展對(duì)基站天線發(fā)展的影響

移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,MBB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化,引領(lǐng)基站天線技術(shù)也不斷革新,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

? 頻譜資源多樣化,站點(diǎn)資源不足,多頻超寬頻應(yīng)用勢(shì)不可擋

MBB網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商部署多頻段、多制式并存的無線接入網(wǎng)絡(luò),無線接入設(shè)備要求能夠支持多頻多制式應(yīng)用以及演進(jìn),多頻天線應(yīng)用毋庸置疑。在天線建設(shè)中,天線本身成本僅占到1/3,更多成本在于安裝、物業(yè)協(xié)調(diào)以及抱桿、土建、樓面租金,部署多頻天線可以避免天線重復(fù)安裝和鐵塔改造,減少樓頂租金和天線后續(xù)維護(hù)費(fèi)用。以中國(guó)移動(dòng)為例,既有GSM的900MHz、1800MHz,也有TD-SCDMA的2010MHz~2025MHz 的A頻段,還有TDD LTE中使用的1880MHz~1900MHz的F頻段和2600MHz的D頻段,如果采用單頻天線,一個(gè)站點(diǎn)需要部署多面天線,增加建站成本的同時(shí),也有可能因天面空間不足導(dǎo)致建站困難,而多頻天線則能很好的解決這些問題。

同樣,隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)、超寬頻射頻模塊、零散載波聚合等技術(shù)的發(fā)展,天線超寬頻技術(shù)也不斷向前發(fā)展。

選擇多頻超寬頻天線,提前具備未來演進(jìn)能力,對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說,可以提前進(jìn)行站點(diǎn)資源的儲(chǔ)備,節(jié)省二次部署的成本,避免新增網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響,加快LTE商用部署。以可應(yīng)用于中國(guó)電信的四頻天線(790-960/1710-2690/1710-2170/2490-2690MHz)為例,支持CDMA800M/FDD LTE1.8G/TDD LTE2.6G同時(shí)部署,還具備未來支持FDD LTE2.1G的能力。

? 容量需求與日劇增,天線向MIMO化、有源化和智能化發(fā)展

隨著MBB時(shí)代網(wǎng)絡(luò)性能關(guān)鍵點(diǎn)由滿足語音覆蓋演變?yōu)闈M足高容量數(shù)據(jù)需求,天線關(guān)注點(diǎn)由覆蓋向容量轉(zhuǎn)移,聚焦整網(wǎng)性能,天線廠家需要圍繞整網(wǎng)性能設(shè)計(jì)天線,提升整體信噪比(SINR)、降低小區(qū)間干擾。

MIMO (Multi-input Multi-output, 多入多出技術(shù))是提升系統(tǒng)容量的重要方式,隨著MIMO在MBB網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用,天線支持MIMO是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本要求。

有源天線系統(tǒng)AAU(Active Antenna Unit)是繼RFU、RRU之后衍生出的一種新的射頻模塊形態(tài)。RRU的功能上移,與天線的功能合并,最終通過射頻多通道技術(shù)對(duì)天線垂直方向陣子陣列和水平方向陣子陣列進(jìn)行控制,靈活的控制天線在垂直和水平方向的波束,通過不同波束賦形的方式可以達(dá)到改善無線信號(hào)的覆蓋質(zhì)量提升網(wǎng)絡(luò)容量的目的。

如果天線更“智能”一點(diǎn),當(dāng)基站與某一用戶通信時(shí),天線就自動(dòng)調(diào)節(jié),把“能量束”直接瞄準(zhǔn)該用戶,一方面該用戶獲得的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)比較高,另一方面不該被“打擾”的用戶也不會(huì)被干擾,這樣的結(jié)果顯然是最為完美的,智能天線由此而產(chǎn)生。智能天線現(xiàn)在一般有兩種技術(shù)方式:波束切換天線和自適應(yīng)陣列天線。波束切換方式的天線,一般由多個(gè)窄波束天線夠成,每個(gè)窄波束天線由于角度小,所以通常增益很大,覆蓋距離較遠(yuǎn),多在室外場(chǎng)景使用,比如TDD LTE系統(tǒng)的一些基站就部署了這種智能天線。自適應(yīng)陣列天線由多個(gè)天線形成陣列,在工作時(shí),通過不同天線的組合工作,形成不同的天線波瓣,實(shí)現(xiàn)多種方向、角度、增益都不相同的“虛擬天線”,以適應(yīng)不同工作環(huán)境,不同用戶的位置,以及避免不必要的干擾。

? 物業(yè)準(zhǔn)入難,天線向不斷降低部署難度方向發(fā)展

隨著站點(diǎn)數(shù)大規(guī)模增加,站點(diǎn)資源越來越難獲取,運(yùn)營(yíng)商對(duì)基站設(shè)備選址、簡(jiǎn)化施工安裝提出了苛刻的要求。在滿足網(wǎng)絡(luò)性能、覆蓋要求的情況下,天線的尺寸越小、重量越輕,則天線部署的難度越低,能有效避免視覺污染。

另外,普通市民對(duì)電磁輻射越來越敏感,在當(dāng)前移動(dòng)基站的建設(shè)過程中一個(gè)較為突出的問題在于站點(diǎn)或天線安裝過程中受到業(yè)主的阻擾而導(dǎo)致站點(diǎn)無法實(shí)施,即便以前站點(diǎn)建設(shè)好了也容易被逼遷,但站點(diǎn)遷走后移動(dòng)用戶因?yàn)樾盘?hào)差又頻頻投訴,選址建站對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說是一件很頭疼的事情。在這種情況下,需要對(duì)基站天線進(jìn)行必要的偽裝,實(shí)現(xiàn)天饋系統(tǒng)和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,即采用美化天線。根據(jù)不同環(huán)境,天線可以做成美化樹隱蔽在樹叢中,也可將外罩表面處理成不同的顏色和紋理,比如仿瓷磚、廣告、仿大理石紋理等等;對(duì)于有天線特殊要求的站點(diǎn),還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,提供和現(xiàn)場(chǎng)融合度非常好的個(gè)性化解決方案。美化天線降低了市民對(duì)移動(dòng)通信基站建設(shè)、天線安裝的心理抵觸情緒,從而降低天線部署的難度。

? 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)日益復(fù)雜,對(duì)天線的可維護(hù)性提出要求

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越來龐大、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維異常復(fù)雜,SON(Self-organizing Network,自組織網(wǎng)絡(luò))解決方案的引入以及綜合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本降低的要求,使得天線遠(yuǎn)程維護(hù)成為MBB網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。天線遠(yuǎn)程維護(hù)包括遠(yuǎn)程電調(diào)、智能權(quán)值管理等特性。

遠(yuǎn)程電調(diào)天線可以通過在網(wǎng)管中心遠(yuǎn)程操作來控制遠(yuǎn)程電調(diào)單元(RCU)工作,從而調(diào)整天線的波束下傾角。傳統(tǒng)遠(yuǎn)程電調(diào)天線由于安裝困難、維護(hù)效率低、可靠性差等問題,逐漸向即插即用電調(diào)天線演進(jìn)。即插即用電調(diào),即通過將電調(diào)元件內(nèi)置,盡可能減少遠(yuǎn)程電調(diào)所需的外置電調(diào)元件和線纜數(shù)量安裝,同時(shí)免天線校準(zhǔn)、免配置數(shù)據(jù)加載,從而提高天線安裝和運(yùn)維效率,提升可靠性,降低運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維成本。

TDD LTE天線權(quán)值設(shè)置需要人工現(xiàn)場(chǎng)配置,效率低,工作量大,且難以保證權(quán)值配置的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)權(quán)值智能管理成為運(yùn)營(yíng)商的訴求。權(quán)值智能管理是將天線的權(quán)值信息存儲(chǔ)在天線內(nèi)部,站點(diǎn)開通后基站設(shè)備自動(dòng)從天線讀取權(quán)值、配置權(quán)值,實(shí)現(xiàn)天線權(quán)值的自動(dòng)管理。

天線水平方向角遠(yuǎn)程調(diào)整、與基站協(xié)同自動(dòng)檢測(cè)覆蓋空洞上報(bào)預(yù)警等特性,也是天線可維護(hù)性提升的研究課題。

2.2、基站天線的發(fā)展方向總結(jié)

移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)選址困難、公眾對(duì)視覺污染和電磁污染的重視、MBB飛速發(fā)展催生基站的數(shù)量和密度、5G技術(shù)的探索……基站天線隨著移動(dòng)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展也不斷向前發(fā)展:

? 多頻化和寬帶化

基站天線向多頻化、超寬頻演進(jìn),充分利用站點(diǎn)資源,簡(jiǎn)化站點(diǎn)安裝、減少物業(yè)協(xié)調(diào)難度,減少綜合投資。

? 輕薄化

天線向輕薄化發(fā)展,保證天線性能的同時(shí)增加頻段不增加尺寸,從而降低物業(yè)準(zhǔn)入難度,避免因風(fēng)阻變大導(dǎo)致鐵塔抱桿改造帶來的成本投入,加速LTE網(wǎng)絡(luò)部署。

? 美化

針對(duì)不同場(chǎng)景,對(duì)移動(dòng)天線做不同的偽裝,力求實(shí)現(xiàn)天饋系統(tǒng)和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,同時(shí)考慮偽裝材料對(duì)天線的覆蓋性能不造成大的影響。這樣既可以滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求,又能與周圍環(huán)境協(xié)調(diào),達(dá)到兩全其美的目的。

? MIMO化

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,支持高階MIMO和靈活配置MIMO將是天線的基本特性。4x4 MIMO天線已經(jīng)廣泛應(yīng)用,高階MIMO天線技術(shù)也將隨著未來MBB業(yè)務(wù)的發(fā)展而應(yīng)用。另外,在天線一次部署到位的訴求下,考慮到未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),天線也需要支持不同的天線端口間靈活的MIMO配置。

? 有源化

采用收發(fā)分離和數(shù)字化有源天線AAU,可對(duì)波束進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,并適應(yīng)更加靈活的無線資源管理,提高通信基站的性能,更有效的利用頻譜資源,實(shí)現(xiàn)了提高流量,降低成本,節(jié)能減排的要求。

? 智能化

智能天線技術(shù)利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號(hào)空間特征的差異,通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾,使無線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下,使用智能天線可滿足服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的需要。

智能天線與系統(tǒng)算法結(jié)合得非常緊密,而對(duì)于系統(tǒng)及天線的算法在某種程度上超出了傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)的范疇,是硬件與軟件的交叉研究領(lǐng)域,這對(duì)于天線廠家來說將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

? 遠(yuǎn)程可維護(hù)

遠(yuǎn)程電調(diào)是天線可維護(hù)性提升的前奏,天線水平方位角遠(yuǎn)程控制、RAE技術(shù)、與基站協(xié)同覆蓋空洞檢測(cè)預(yù)警等等各種各樣的可維護(hù)特性將被研究、發(fā)展及應(yīng)用,最終提升站點(diǎn)運(yùn)維效率,降低運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維成本。

? 高質(zhì)量與長(zhǎng)期可靠性

面向數(shù)據(jù),容量的高質(zhì)量天線是整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)性能的重要保障之一。2G時(shí)代,語音業(yè)務(wù)為主,語音屬于低速率業(yè)務(wù)特點(diǎn)。語音業(yè)務(wù)在無線網(wǎng)絡(luò)空口的編碼調(diào)制方式,主流是具備良好糾錯(cuò)能力的低速率編碼調(diào)制方式,如QPSK/BPSK。此類低速率調(diào)制方式具備良好的無線空口抗擾能力,因此對(duì)無線空口信道質(zhì)量要求低一些。在4G時(shí)代,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主,無線空口QAM調(diào)制等成為提供高速業(yè)務(wù)的主流調(diào)制方式。此類調(diào)制方式對(duì)無線空口的信道質(zhì)量有更高的要求,無線空口的信道質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量有巨大的影響。好的無線空口信道質(zhì)量,與存在嚴(yán)重干擾的無線空口,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量差異N倍。同時(shí),長(zhǎng)期可靠的無線空口質(zhì)量成為必須品。由此,在4G時(shí)代,天線類對(duì)無線空口質(zhì)量有嚴(yán)重影響的設(shè)備,其高質(zhì)量以及長(zhǎng)期可靠性,有更高的要求。此類設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的地位相比以前時(shí)代更加重要。

? 迎接5G:3D-MIMO、波束智能賦型

5G技術(shù)重要的研究方向之一,基站天線技術(shù)將經(jīng)歷從無源到有源、從二維(2D)到三維(3D)、從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展,有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高。未來,有源天線陣列引入,基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根; 2D天線陣列拓展成為3D天線陣列,形成新穎的3D-MIMO技術(shù),支持多用戶波束智能賦型,減少用戶間干擾,結(jié)合高頻段毫米波技術(shù),將進(jìn)一步改善無線信號(hào)覆蓋性能。

更高的頻段、3D-MIMO、波束智能賦型等5G元素將推動(dòng)基站天線技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展。

來源:天線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

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