有源天線系統(tǒng)、波束成形、波束控制、固定無線接入（FWA）：向5G過渡正在為商業(yè)領(lǐng)域帶來新的術(shù)語和技術(shù)。5G始于載波網(wǎng)絡(luò)，需要載波網(wǎng)絡(luò)為這些新一代技術(shù)提供支撐。本文解釋了一些能夠?qū)崿F(xiàn)5G基站和網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵RF通信技術(shù)。

本文節(jié)選自電子書
《5G RF For Dummies》第4章

1

5G始于載波網(wǎng)絡(luò)

5G網(wǎng)絡(luò)必須處理許多需要不同有源天線系統(tǒng)（AAS）的功能，以應(yīng)對增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 （eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）和超可靠低延遲通信（uRLLC）的挑戰(zhàn)。

其中的第一大應(yīng)用將是有源天線系統(tǒng)（AAS）在毫米波（mmWave）頻段中提供固定無線接入（FWA）。FWA是在毫米波頻段中實(shí)現(xiàn)5G的基礎(chǔ)。運(yùn)營商和基礎(chǔ)設(shè)施制造商都一直在進(jìn)行試驗(yàn)，并計(jì)劃通過這項(xiàng)服務(wù)，以更具擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性的方式提供寬帶。盡管該服務(wù)的受眾是游牧式用戶和固定用戶，但在設(shè)計(jì)中考慮到了真正的移動(dòng)性。因此，運(yùn)營商得以涉足將成為移動(dòng)5G基礎(chǔ)的全新毫米波技術(shù)（比如相控陣天線和混合式波束成形）。 3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義中最近的一個(gè)轉(zhuǎn)變—增加加速路徑，稱為非獨(dú)立（NSA）5G—作為一種經(jīng)濟(jì)高效的方式，可將早期的5G優(yōu)勢帶入市場，而無需增建獨(dú)立（SA）5G所需的5G網(wǎng)絡(luò)核心。NSA使用現(xiàn)有4G 3GPP頻段作為LTE控制平面錨來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

1

有源天線系統(tǒng)（AAS）

有源天線系統(tǒng)（AAS）是先進(jìn)的基站平臺(tái)，其成本、結(jié)構(gòu)和性能均經(jīng)過優(yōu)化。4G版本12的增強(qiáng)功能顯著影響了設(shè)計(jì)增強(qiáng)型NodeB（eNodeB）無線電的方式。版本12項(xiàng)目包括載波聚合的新組合、具有下行鏈路MIMO（多路輸入/多路輸出）的空間復(fù)用增強(qiáng)功能以及AAS 中所需的RF要求。圖1概述了具有相應(yīng)特點(diǎn)和優(yōu)勢的版本12項(xiàng)目的部分內(nèi)容。

圖1

1

LTE Advanced eNodeB
無線電天線的演進(jìn)

MIMO技術(shù)使用安裝在源（發(fā)射器）和目標(biāo)（接收器）上的多個(gè)天線來提高容量和效率。如前面的圖片所示，天線越多，數(shù)據(jù)流層越多。這使得單個(gè)用戶的數(shù)據(jù)管道增大或不同用戶使用多個(gè)數(shù)據(jù)管道（也稱為多用戶（MU）MIMO）。

大規(guī)模MIMO將MIMO提升到一個(gè)新的水平。如今的MIMO部署通常由基站上的最多八個(gè)天線以及接收器上的一到兩個(gè)天線組成。因此，基站可以同時(shí)將八個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送到八個(gè)不同的用戶或雙重發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)流到四個(gè)用戶。大規(guī)模MIMO可擴(kuò)展到數(shù)十或數(shù)百個(gè)天線（理論上可達(dá)數(shù)千個(gè)），提供眾多功能和優(yōu)勢，其中包括:

大幅提升的容量和可靠性

更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲

更好的連接（特別是對于5G所使用的具有挑戰(zhàn)性的較高頻率）

更少的小區(qū)間干擾

通過波束成形實(shí)現(xiàn)更高的效率和更好的信號覆蓋

圖2說明了有源天線系統(tǒng)（AAS）/全維度（FD）MIMO基站如何在水平和垂直方向上指引波束。這一操作動(dòng)態(tài)地指向天線方向圖，為每個(gè)相應(yīng)的用戶提供更好的鏈路和更高的容量。這樣，用戶就能實(shí)現(xiàn)流量分流，更快速地釋放無線電資源以供他人使用，使整個(gè)小區(qū)的總?cè)萘揩@得凈增。

圖2

圖3說明了有源天線系統(tǒng)如何使用波束控制為商業(yè)建筑和住宅內(nèi)的用戶端設(shè)備（CPE）提供端到端的固定無線接入（FWA）連接。

圖3

5G FWA的一個(gè)明顯優(yōu)勢是支持極高的峰值數(shù)據(jù)速率，每位用戶因此無需具備專用的固定設(shè)施。為了實(shí)現(xiàn)更高的峰值數(shù)據(jù)速率和更高的系統(tǒng)容量，F(xiàn)WA無線電將使用24GHz到42GHz（可能更高）的全新頻段。 使用更大的天線陣列可提供額外的波束成形，從而克服在毫米波頻率范圍內(nèi)遇到的更嚴(yán)峻的傳播挑戰(zhàn)。這些陣列可能具有數(shù)百個(gè)元件，但是由于波長短，因此極其緊湊。例如，30GHz的64元件天線陣列大小只有40mm x 40mm。大型陣列提供非常集中的波束，這些波束可以在不到一微秒的時(shí)間內(nèi)重定向。此外，大型相控陣還可以作為單個(gè)陣列或者作為多個(gè)獨(dú)立的子陣列，指引獨(dú)特的波束在同一頻率資源上同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶終端。