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一粒金砂(中级)

史上最全!5G各类场景的天线解决方案(上) [复制链接]

随着5G试验网络开展,5G基站系统通道数的增加并未提升单用户的感知,其作用主要是增加多用户的接入容量,但同时也增加了建网投资成本。在实际的应用场景,如室外密集热点场景、广域覆盖场景、室内分布场景、交通干线和隧道场景,它们在覆盖和容量上的需求都是有差异的。

64TR/32TR被看作是5G Massive MIMO天线的标准配置,但天线设计复杂度高、体积大、造价高等缺点限制了其在某些场景方面的使用可行性,所以今天分享一份各类细分场景研究4G/5G网络共存的天线解决方案。包含主宏站、室分、高铁、隧道等,

 

主宏站场景5G天线解决方案

 

1.1覆盖与速率测试

主宏站场景包括密集城区、一般城区以及乡镇农村的覆盖场景。联通集团对64T&32T高楼覆盖进行了对比测试,测试结果如下。

密集城区测试见图1和图2。

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图1 密集城区64T&32T高楼覆盖SSB-RSRP增益

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图2 密集城区64T&32T高楼覆盖下行速率增益

普通城区测试见图3和图4。

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图3普通城区64T&32T高楼覆盖SSB-RSRP增益

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图4 普通城区64T&32T高楼覆盖下行速率增益

郊区测试见图5和图6。

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图5 郊区64T&32T高楼覆盖SSB-RSRP增益

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图6 普通城区64T&32T高楼覆盖下行速率增益

测试结果表明,64T在密集城区的覆盖和下行速率增益更明显,64T下行覆盖增益为4 dB, 下行速率增益平均为40%。而在普通城区或郊区,天线通道数的增加并没有获得明显的覆盖和下行速率增益。

1.2上下行容量仿真

主宏站场景包括密集城区、一般城区以及乡镇农村的覆盖场景。联通集团对64T&32T进行以上场景的容量仿真对比, 仿真结果见图7和图8。

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图7 64T&32T高楼覆盖下行容量增益对比

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图8 64T&32T高楼覆盖上行容量增益对比

仿真结果表明,64T密集城区容量增益更明显,64T下行容量为32T的1.2~1.6倍,上行为1.1~1.2倍。而在普通城区或郊区,天线通道数的增加并没有获得明显的上下行容量增益。

1.3主宏站场景5G天线解决方案

基于以上分析,综合考虑覆盖与容量及天线投资的性价比,在密集城区,5G天线宜采用64T/32T为主的Massive MIMO 3D赋形天线。在普通城区,5G天线宜采用16T为主的多波束天线。在乡镇郊区,5G可使用8T为主的普通天线。主宏站场景5G天线解决方案见图9。

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图9 主宏站场景5G天线解决方案示意图

a)64T/32T 3D赋形天线。

在密集城区,5G天线宜采用64T/32T为主的Massive MIMO 3D赋形天线。Massive MIMO作为5G的关键技术之一,其关键技术在于MU-MIMO技术和3D-MIMO技术。MU-MIMO即多用户MIMO,网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用Massive MIMO提供的空分通道与基站同时进行通信,在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。

3D-MIMO技术是基于多阵列的波束赋形,波束赋形技术通过对各个天线阵元的信号作加权组合,进而改变天线阵列的权值,使波束形状和方向随之改变,让能量较小的波束集中在一块小型区域,可以赋形不同指向的不同增益的窄波束,这些窄波束可以根据需要在垂直和水平方向进行扫描,具备三维立体的覆盖能力。

同时,还可以根据业务调度的需要匹配相应的波束,实现对小区内不同终端的灵活跟踪,且具备超强的抗干扰能力。一方面3D-MIMO波束具有更高的增益、更窄的波束宽度,并根据实际的需求指向任意的垂直和水平方向;

另一方面,3D-MIMO波束可以同时存在并形成MU-MIMO波束,完成全空域覆盖。波束赋形技术的实现不仅需要更多的天线阵子,同时也需要天线由过去的射频处理单元同天线阵子相分离的无源向融合后的有源天线转变,以实现各个天线阵子相位和功率的自适应调整。缺点是算法复杂,大规模的天线阵列增加天线的体积和重量,天线造价昂贵。优点是3D波束赋形技术在提高网络覆盖范围的同时可以抑制干扰,提升小区边缘用户的体验,并能容纳更多的用户,提高小区的无线吞吐量和容量。

b)16T/8T水平多波束天线。

在普通城区,5G天线宜采用16T为主的多波束天线。在乡镇郊区,5G可使用8T为主的普通天线。

如前所述,广域覆盖时不需要在垂直方向进行波束的数字扫描,常规的波束电下倾调整就可以满足网络的覆盖要求,但为发挥MIMO天线的作用,可以在水平方向做成多波束天线,在满足广域覆盖和连续覆盖的基础上,还能兼顾一定的容量。多波束天线也是利用多个天线阵列,将水平宽波束天线分裂成多个窄波束天线,以实现空间分集。水平多波束天线相比3D的赋形天线,其算法相对简单,阵元数量减少,从而减小天线的体积和成本。

此帖出自RF/无线论坛

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