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科普:說了這么多5G,最關鍵的技術在這里

2020-04-28 18:18:24 鮮棗課堂 小棗君 編輯:草根 瀏覽數:28草根網

說到天線,大家一定不會陌生。在無線技術非常普及的現代社會,天線在我們生活中隨處可見。其中最常見的,當然是我們移動通信網絡所使用的基站天線。基站天線對我們的生活至關重要。如果沒有它,我們的手機就沒有信號,我們也就無法愉快地...

說到天線,大家一定不會陌生。

在無線技術非常普及的現代社會,天線在我們生活中隨處可見。

其中最常見的,當然是我們移動通信網絡所使用的基站天線。

基站天線對我們的生活至關重要。如果沒有它,我們的手機就沒有信號,我們也就無法愉快地網購、追劇和吃雞。

如果大家細心觀察,就會發現,不同設備的天線,有著不同的外型和尺寸。

沒錯!從理論上來說,天線的理想長度通常是電磁波波長的1/4。

所以,我們會看到,模擬電視拉桿天線長度一般是0.175~0.5米、FM收音機的天線長度是0.675~0.85米。

而我們的移動通信網絡,工作頻率主要在700M~3500MHz之間,所以天線的尺寸要小得多。

▲ 小得都已經看不見了(藏到了手機里)

但是,無線信號的工作頻率更高、波長更短,導致了一個不好的結果——它的抗干擾能力和繞射能力明顯減弱了。尤其在城市復雜環境下,信號質量更容易受影響。

因此,工程師們需要不斷研發新技術,用于提升移動通信系統的容量和覆蓋。

天線,作為移動通信的關鍵一環,自然而然成為工程師們大開腦洞的首要對象。

接下來,我們就來康康,咱們的基站天線到底玩了哪些神操作。

在移動通信最早期的1G時代,基站所使用的幾乎都是全向天線。當時的用戶數量很少,傳輸的速率也比較低。

到了2G時代,天線逐漸演變成了定向天線,比如天線覆蓋角度為120°,一個小區會有三個扇區,演變為蜂窩通信。

3G時代,智能天線誕生,單一的天線發展成多天線,也就是我們常說的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)多天線技術。

MIMO增加了天線個數,也就增加了信號傳輸的通道數量。

那么,該怎樣利用多出來的通道數量呢?

最開始的時候,工程師們想到的是把它用于增強覆蓋。

他們基于MIMO,提出了一種新的傳輸模式,叫做“傳輸分集”。簡單來說,就是“把相同的內容通過不同的天線發送出去”。

▲ “傳輸分集”:分散發射、集中處理

這種模式,可以緩解信道質量不穩定帶來的性能下降,從而增強覆蓋。

后來,MIMO又發展出另一種模式,叫做“空間復用”。

空間復用是將要傳送的數據分成幾個數據流,然后在不同的天線上進行傳輸,從而提高系統的傳輸速率。

這種模式,主要用于提升小區容量。

在實際應用中,同一部分天線不可能既用于傳輸分集,又用于空間復用。所以,MIMO天線需要在上述兩種模式中進行權衡。權衡的結果,直接影響到頻率資源的利用率。

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