引言
当下无线移动通信网络的数据流量不断增加，连接设备和新兴智能业务数量宏大，人们对于更快捷、更稳定网络的盼望也逐年递增，在如今这个信息就是力量的时代，5G已经成为炽手可热的话题。而天线作为无线通信发展的必然产物，在5G的商用中，必定有新一轮的天线技术革命产生。
1 5G的概述
1.1 5G的定义
如今，智能手机多使用第四代移动通信技术，即4G。而第五代移动通信技术（5G）的研发也在如火如荼地进行着。依托于5G网络，用户可以得到更好的通话质量，以及更快的接通速度，功耗更低。同时也保障了物联网的发展其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验都有巨大的提升。为了应对未来世界的瞬息万变，5G需具有灵活性，同样也需开发出具有自动调节和自组织的能力。
1.2 5G的特点
5G有许多优点，例如可编程、智能化、超密集组网、内容分发边缘化部署。另外，5G也有很多关键技术：高频段传输技术、新型多传输天线技术、同时同频全双工技术、设备间直接通讯技术、密集网络技术、新型网络架构技术、智能化技术。5G与无人驾驶、车联网、窄带物联网等有着密不可分的联系。同时，人工智能技术作为新时代的一门技术，也推动5G的迅猛发展。
1.3 5G的发展
近期，全世界各国都在加快5G商业化的进程。2018年8月8日下午，三星集团表示将在未来三年内，寻求手机和内存芯片意外领域的新增长动力，对5G和人工智能等目标领域的投资超过220亿美元。2018年8月9日中国移动董事长尚冰表示，中国移动设立了14个开放实验室和3个垂直领域的研究院，主要是围绕车联网、工业物联网、智慧城市建设等方面的5G网络发展进行研究。2018年8月10日爱立信宣布，将全力支持美国5G商用网络建设的加速。增加了对美国5G市场的投资，拓展美国5G市场业务。中国内地目前是世界上最大的智能手机市场。中国政府有志于在2020年至2030年投资高达2.815761万亿元在5G技术研发应用上。
2基站天线发展趋势
为满足容量需求，新频谱不断引入，需要不断提高天线集成度。当前站点是１~２根天线／扇区囊括４~５个频段（800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz、２600MHz），到2020年是１~２根天线／扇区囊括８~１０个频段（除了以上频段还包ｇ700MHz、1400MHz、2300MHz、3.5ＧGHz）。不同用户、不同地区对容量有不同需求，2020年的目标网将拥有满足语音等需求的低频覆盖层、满足视频等需求的中低频容量层以及满足未来5G网络应用的热点容量层。基站天线将面临更多的频段以及每个频段需要更多通道的挑战，对此未来全制式4T4R／8T8R天线将成为标配，同时天线需要集成更多阵列。更多的频段、更多的通道将面临天面资源有限的困境，那么如何解决这一问题~从容量上来看，增加通道进行扩容不及提升每个扇区的容量有优势。单天线多波束（又称劈裂天线）混合组网，可以快速提升网络容量，通常，劈裂天线可将容量提升1.7~2.2倍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，劈裂天线的多扇区解决方案具有零新增频谱、零新增天面以及大幅提升覆盖的优势。对于多扇区方案，已经有120多家运营商部署超过12000个站点，为高校等密集话务场景实现快速扩容。同时，MassiveMIMO天线可实现波束赋形，提升５倍容量、10倍边缘体验、100ｍ高楼经济高效覆盖。TM9终端最大可以支持８层的传输，实现多用户MIMO，与MassiveMIMO结合，凭借更高的数据层流速与波束赋形助力更好的解调性能，也将带来可观的容量提升。
3 5Ｇ的多天线技术
5G大规模天线的基本理论是：当基站侧天线数远大于用户天线数时，各个用户的信道将趋于正交，这样，小区内同道干扰及加丨生噪声趋于消失，系统丨生能仅受限于邻区导频的复用，所需的发射功率可以任意小。也就是说，当基站侧的天线数远大于用户数时，可以为多用户提供趋于正交的同频信道进行传输。在具体实现上，5G的多天线技术具有如下几个特点。（1）更强的单用户MIMO能力，即提供更多的传输层数。4G时期的MIMO技术，由于基站侧更多的天线数可以提供更好的信道独立性，具备更多流数的单用户MIMO传输能力。（2）更灵活的波束赋形能力，可以提供更场景化的覆盖和传输。5G的大规模天线提供了空间的波束赋形能力，不仅如此，由于天线数的增加，赋形的能力进一步提升。一方面，可以通过水平和垂直两个维度的波束赋形更好地提供覆盖和降低干扰；另一方面，可以提供更灵活的广播波束。从2G到4G，移动通信都还在蜂窝网的概念下进行网络的布局，在大规模天线阶段，虽然蜂窝网的基本概念还不会被打破，但是传统的扇区覆盖会因覆盖的灵活性而有更多的设计空间。（3）多用户MIMO能力。虽然在3G时期就讨论基于波束赋形的空间复用技术，但是，由于天线阵列能力的限制和无线信道的复杂性，空间复用技术很难商用化。大规模天线将基站天线的赋形能力大大提高，特别是在高频段，无线信道和网络的空间特性更适合波束赋形技术的应用，因此在5G时期，多用户MIMO将是提升网络整体吞吐量最主要的手段
4 5G网络天线类型展望
经历多年发展，多天线技术已经演进为大规模天线技术，拥有更多的收发终端。根据香农公式，通过MIMO技术可以获得两个好处。（１）提高效率：将天线分组，通过提高天线信道流数提高香农公式的第一项，可以比喻为通过建立高架桥实现信号的并行传输。（２）提高信号质量：每组天线利用波束形成（定向发射）技术提高信号强度，从而提高香农公式第三项。在高频段的信号增强、高频信号的覆盖能力方面应用更加必要，相当于确定了直连通道高架桥的方向。
4.2空间分集增益
空间分集就是利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收同一个数据流或与该数据流有一定相关性的数据，避免单个信道衰蔡对整个链路的影响，提升网络覆盖性能，提高通信系统的可尊性。空间分集一般在无线环境差的条件下应用，如上所述，5G采用大规模天线，利甩大规模天线带来的波束赋形、空间复用和空间分集增益，最终达到提升频谱效率的目的。
结语
理论及测试均证明大规模天线在5G网珞中应用，能高效的提升频谱效率、提高系统容量，降低小区干扰，太规模天线技术同样在４Ｇ也可以使用，提升４Ｇ性能。5G建设ｇ前处于试验网预商用阶段，大规模建设即将到来，后续针对大规模天线的应用，要综贪考虑场景特性、天线特性和造价等多方面因素，合理的选择天线类型。
参考文献
[1]董爱先,王学军.第5代移动通信技术及发展趋势[J].通信技术,2014,47(3):235-240.
[2]林敏,龚铮权.智能天线及其在移动通信中的应用[J].电信快报,2000(3):22-24.
[3]张跃平.封装天线技术发展历程回顾[J].ZTETECHNOLOGYJOURNAL,2017.
论文作者:雍文生
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：天线论文; 波束论文; 技术论文; 频段论文; 基站论文; 信道论文; 容量论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;