Breve storia delle antenne delle stazioni base

Rivediamo la storia dello sviluppo dell'antenna della stazione base, ogni volta che fa il sangue della gente sterlina, perché è testimone di ogni balzo della tecnologia di comunicazione mobile,e anche registra la gioventù e i ricordi di generazione dopo generazione di persone di comunicazione.

Negli ultimi decenni, dal 1G al 5G, da 2,4Kbps a 10Gbps, il rapido sviluppo delle reti di comunicazione mobileIncredibili innovazioni nella tecnologia dell'antenna della stazione base.

L'antenna della stazione base è il "tentacolo" della rete mobile, responsabile dell'invio e della ricezione di segnali wireless all'utente,e è la rete mobile è nella distanza vicino all'apparecchiatura più vicina dell'utente, ma anche alle persone nelle città e nei villaggi ovunque nell'attrezzatura.

Anche se sono tutte strettamente avvolte da scudi e non sembrano troppo diverse, sono cambiate drasticamente nel corso degli anni......

1G: antenna omnidirezionale

Negli anni '90, il prezzo di un “grande fratello” poteva facilmente superare i 10.000 yuan, mentre i salari delle persone variavano da poche dozzine a diverse centinaia.Considerando il numero ridotto di utenti di telefonia mobile e il basso volume di chiamate di una singola stazione, il principio di costruzione della rete dell'operatore è quello di dare la priorità alla copertura.

 

Pertanto, le stazioni base 1G utilizzano antenne omnidirezionali, con un'antenna cilindrica o a bastone per fornire una copertura omnidirezionale a 360 gradi.

 

Un'antenna omnidirezionale trasmette e riceve segnali in modo uniforme in tutte le direzioni, il che comporta inevitabilmente il problema delle interferenze di frequenza tra le cellule,ma a causa del numero scarso di stazioni e della grande distanza tra le stazioni in quel momento, l'interferenza non era troppo evidente.

 

È ben noto che la mancanza di copertura delle reti mobili è nel collegamento in ascesa.Chiamiamo il collegamento di trasmissione del segnale dalla stazione base al cellulare il downlinkDal momento che la potenza di trasmissione dei telefoni cellulari è molto inferiore a quella delle stazioni base, la copertura del sito è limitata dall'uplink.

 

Dall'era 1G ai primi giorni del 2G, per migliorare l'uplink, di solito vengono utilizzate tecniche di diversità spaziale, cioè due antenne riceventi spazialmente separate sono dispiegate su una torre.Per garantire l'isolamento, la distanza di separazione tra le due antenne è di almeno 10 lunghezze d'onda, ad esempio 3,3 m per 900 MHz e 1,67 m per 1800 MHz.

 

2G: antenna direzionale, antenna a doppia polarizzazione

Nell'era del 2G, l'introduzione della tecnologia digitale ha spinto drasticamente il costo delle apparecchiature, e l'industria mobile ha inaugurato un'epoca d'oro di vigoroso sviluppo.La tecnologia delle antenne ha portato a innovazioni e sviluppi senza precedenti.

 

La prima è la settorizzazione, cioè lo sviluppo di antenne omnidirezionali verso antenne direzionali.

 

Con la rapida crescita degli utenti di telefonia mobile, i principi di costruzione della rete degli operatori hanno iniziato a cambiare da "priorità di copertura" a "miglioramento della capacità".Una delle tecniche per migliorare la capacità è la settorizzazione, cioè dividendo la precedente copertura omnidirezionale a 360 gradi in tre settori, ciascuno che copre 120 gradi.

 

Come risultato, la forma dell'antenna si è evoluta da un "stick" a un'antenna direzionale piatta, che è racchiusa in un alloggiamento più ampio.

 

I vantaggi delle antenne direzionali non sono solo una maggiore capacità del sistema, ma anche un maggiore guadagno dell'antenna a causa di una radiazione di segnale più concentrata, consentendo distanze di copertura più lunghe.

 

Tuttavia, poiché la stazione base è suddivisa in tre settori, ciascuno di essi richiede l'installazione di due antenne unipolarizzate di diversità spaziale,il che significa che il numero di antenne sulla torre moltiplica, non solo richiede più spazio aereo, ma aumenta anche il carico di lavoro della costruzione e della manutenzione della rete.

Forse è per questo che l'antenna della stazione base ha visto un altro importante progresso tecnologico: l'evoluzione da un'antenna unipolarizzata a un'antenna dual-polarizzata.

 

Come una sorta di dispositivo induttivo, l'antenna produrrà campi elettrici e magnetici, segnali vocali e dati trasmessi o ricevuti dal campo elettrico.La polarizzazione è la direzione di vibrazione del campo elettrico dell'antennaLe trasmissioni di onde radio funzionano tutte con qualche tipo di polarizzazione, come la polarizzazione verticale, dove il campo elettrico è perpendicolare al suolo, e la polarizzazione orizzontale,dove il campo elettrico è parallelo al suolo.

 

Considerando che la postura delle persone che parlano al telefono e' piu' compatibile con i segnali polarizzati verticalmente,antenne delle prime stazioni base generalmente utilizzate antenne polarizzate basate sul metodo di polarizzazione verticale.

 

Al contrario, le antenne a doppia polarizzazione impilare due serie di array con direzioni di polarizzazione ortogonali l'una all'altra (di solito +45 gradi e -45 gradi),che può essere utilizzato per prendere in due antenne unipolarizzate in passato sotto forma di un'unica antenna aspetto, pur garantendo un sufficiente isolamento. the biggest difference between dual-polarized and single-polarized antennas is that dual-polarized antennas have two antenna ports corresponding to two antenna arrays of +45-degree and -45-degree polarization.

L'antenna a doppia polarizzazione rompe le limitazioni dello spazio di distribuzione causate dalla diversità spaziale, in modo che l'antenna della stazione base possa essere facilmente installata su alberi, pali di supporto, pali di sostegno,pali di luce, e altri impianti di antenne a polo di comunicazione con una presenza più ridotta, in modo che la distribuzione delle stazioni base sia sempre piùe la copertura della rete sta diventando sempre più estesa.

 

3G: multi-banda, multi-fascio, ESC remoto

L'era 3G inaugura la diffusione su larga scala di antenne a doppia banda o a più bande.

 

Ogni generazione di rete mobile assegnerà una nuova banda di frequenza, antenna come il segnale wireless ricevitore dispositivo chiave, naturalmente, anche bisogno di supportare la nuova banda.di fronte a 2.1G e altre nuove bande di frequenza introdotte, gli operatori devono aggiungere nuove antenne per supportare le nuove bande di frequenza sulla base della rete originale,ancora una volta di fronte allo spazio della torre e alle limitazioni di carico, la complessità delle questioni di gestione e manutenzione, allo stesso tempo, poiché alcuni mercati sono apparsi nel modello torre, alcuni operatori si trovano anche di fronte al problema dell'aumento dei costi di locazione torre.

 

Pertanto, l'industria dispone di un'antenna unica forte per supportare la domanda a doppia banda o a più bande, ossia antenna a doppia banda o a più bande.

In passato, l'industria progettava un'antenna per una banda di frequenza, ma ora come realizzare un'antenna singola per supportare più bande di frequenza?una è che l'antenna supporta una gamma di frequenze più ampia e può coprire due o più bandeL'altra consiste nell'integrare una serie di elementi di irradiazione per bande diverse in un unico alloggiamento per antenne e nel garantire che ciascuno di essi non influisca sull'altro.A causa della banda di frequenza limitata supportata dagli elementi di irraggiamento, la prima è applicabile solo alle bande le cui frequenze sono vicine l'una all'altra; pertanto, la seconda è più comune.

 

L'era 3G ha dato vita anche alla tecnologia di inclinazione delle antenne ESC a distanza.

 

L'angolo di inclinazione dell'antenna, si riferisce all'angolo tra il battistrada principale dell'antenna e il piano orizzontale, influisce direttamente sulla copertura della rete, sulle interferenze e sul bilanciamento del carico,nella rete mobile l'ottimizzazione è un parametro estremamente importante.

 

Esistono due modi per regolare l'angolo di inclinazione dell'antenna: meccanico ed ESC.basandosi sui lavoratori della torre per salire sulla torre per regolare manualmente il supporto dell'antenna per inclinare l'antenna nella direzione desiderataQuesto approccio è ovviamente molto dispendioso di tempo e di manodopera e non è adatto per la manutenzione e l'ottimizzazione di reti su larga scala.

 

Rispetto alla regolazione meccanica manuale, l'antenna ESC a distanza utilizza la fase del segnale dell'oscillatore per controllare con precisione l'inclinazione del fascio,e l'operatore può regolare l'angolo di inclinazione mediante il controllo remoto dello spostatore di fase all'interno dell'antennaAllo stesso tempo, per le antenne multibanda, le antenne ESC possono realizzare un controllo indipendente dell'angolo di inclinazione elettrica verso il basso di ciascuna banda di frequenza.

 

Inoltre, a fronte dell'introduzione di servizi di dati mobili 2.5G e 3G, il numero di utenti mobili ha accelerato la crescita, la domanda di capacità di rete mobile è ulteriormente aumentata,Le antenne a più fasci sono state create.

 

In passato, un'antenna aveva una sola direzione principale di radiazione, chiamata antenna a raggio singolo, e un paio di antenne era responsabile della copertura di un settore.le antenne a più raggi possono essere assegnate a più raggi con direzioni principali di radiazione, la divisione di un settore in più fasci più stretti e la realizzazione di una singola antenna multicellulare.

 

Poiché un'antenna multi-fascio ha la super capacità di un'unica antenna che supporta più celle, la capacità del sistema può essere raddoppiata senza aggiungere ulteriori apparecchiature di antenna.quindi è particolarmente adatto per le aree urbane dense, attività su larga scala e altri scenari di punti di interesse ad alta capacità.

 

4G: antenne MIMO, antenne multiporto

LTE ha introdotto la tecnologia MIMO nelle reti cellulari, quindi il paesaggio più bello nell'era 4G è l'antenna MIMO.

 

MIMO, Multiple-Input Multiple-Output, si riferisce al dispiegamento di più antenne alle estremità trasmettitore e ricevitore per trasmettere flussi di dati simultaneamente, rispettivamente,ottenere un miglioramento esponenziale della capacità e dell'affidabilità del sistema senza aumentare le risorse dello spettro radio e la potenza del trasmettitore.

 

Più alto è l'ordine di MIMO, maggiore è il numero di antenne, più forte è la prestazione del sistema.4T4R significa che quattro antenne trasmettitore sono logicamente configurate sul lato della stazione base; 8T8R significa che otto antenne trasmettitore-ricevitore sono logicamente configurate.

 

In genere, le antenne che supportano 4T4R hanno 2 array di polarizzazione incrociata e 8T8R ha 4 array di polarizzazione incrociata.e così via., 4T4R con 4 porte e 8T8R con 8 porte.

 

Da un lato, supporta MIMO di alto ordine, e dall'altro, affronta la coesistenza di 2, 3 e 4G multi-standard e multi-banda,che richiede un'antenna fisica per supportare più bande di frequenza, e quindi, il numero di porte di antenna nell'era 4G sale direttamente a un nuovo livello.

 

Ad esempio, la rete dell'era 4G di China Mobile ha GSM900, FDD900, GSM1800, FDD1800, TD-FA, TD-D, bande multiple, standard multipli,per realizzare un'antenna fisica per supportare queste bande e per supportare l'8 canale TD-LTE, l'industria ha introdotto l'antenna 4488, cioè 4 porte per supportare 900M, 4 porte per supportare 1800M, 8 porte per supportare le bande F&A e 8 porte per supportare le bande D.

 

Poiché ogni porta è collegata alla RRU attraverso la linea di alimentazione, l'antenna multi-porta rende la linea di alimentazione sulla torre sempre più densa, e da lontano,Sembra che l'antenna abbia una spessa barba nera.

Questo, ovviamente, non sembra molto bello, ma anche per il lavoro di installazione e manutenzione più difficile.l'industria è apparsa nel programma di antenna e RRU “combinato”.

 

Questa soluzione non solo ha un aspetto migliore, è più facile da implementare e mantenere, ma elimina anche le perdite di alimentazione e consente di risparmiare più energia.

 

5G:AAU MIMO massicce

Come sapete, una delle tecnologie più critiche per il wireless 5G è il Massive MIMO.

 

Una AAU MIMO massiccia ha due caratteristiche principali: una grande dimensione dell'antenna e molti canali RF. Per esempio, una AAU tipica che supporta 3.5GHz 64T64R ha 192 unità di antenna e supporta 64 canali trasmettitore.

Ciò comporta due vantaggi tecnici: in primo luogo, a fronte di una frequenza più elevata del 5G, la capacità di copertura del segnale è più debole,Il MIMO massiccio può regolare l'ampiezza e la fase di più unità di antenna per ottenere l'inquinamento del fascio, in modo che l'energia del segnale wireless sia più concentrata, puntando con maggiore precisione, in modo da migliorare la capacità di copertura e ridurre le interferenze del segnale;è possibile servire contemporaneamente più utenti attraverso più flussi di dati, per aumentare la capacità del sistema.

 

Il MIMO su larga scala sostiene fortemente lo sviluppo del 5G, il futuro di questa tecnologia sarà il MIMO su grande scala, il MIMO su larga scala continua a evolversi.Di fronte all'era 6G o all'introduzione di 7 GHz e di altre bande di frequenza più elevate, l'AAU verrà aggiornato da 64TRx a 128TRx, 256TRx o anche 512TRx, e il numero di unità di antenna verrà aggiornato da 192 a centinaia o addirittura più di un migliaio.

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