解决5G波束成型天线设计难题 康普让电信频谱价值最大化
- 张丹凤/台北
5G被视为AIoT智能化系统的最后一款拼图,其高网速、低延迟与广联结特色,将可被应用于娱乐、制造、交通、医疗等各种产业,由于应用者众多,且对企业用户对信号品质的要求远高于一般消费者,因此运营商必须因应此需求,提供高品质无线信号,对此康普(CommScope)提供了整体解决方案,可协助客户建构最佳化智能系统。
在2G、3G、4G时代,无线电波的传输距离长,单一基站可涵盖的区域广,基站的信号传输与接收主要采用固定辐射场型设计,由天线端大幅发射无线信号,此一模式虽然易受干扰,但消费性应用领域对信号品质的忍受度较高,因此仍可被接受。
进入5G时代后,由于当初制定标准时就将商业领域纳为主力应用的一环,而无线信号品质是商用系统效能的关键,业者就必须满足此需求。除了使用端的考量外,运营商也必须将5G频谱的使用价值最大化。
主因在于频谱执照费几乎是业者进入5G市场的最大成本,以台湾为例,2020年的竞标金额就冲到新台币1,380亿元,业者必须透过各种技术创造频谱价值。
要同时满足运营商与使用者的需求,目前看来波束成型(Beamforming)无疑是最适用的技术。波束成型是透过特殊天线,在同一时间用同样频率,将多个波束的叠加载波传送到指定场域,由于载波的波束窄,可大副降低干扰,加强系统的SINR(信号干扰噪声比),优化终端使用者体验。
另外ITU(国际电信联盟)在WRC(世界无线电通信大会)中宣布采用6GHz以下与毫米波频段,再加上5G NR所使用的高频谱效率,这两者都让波束成型成为运营商提升频谱效益的最佳利器。关于5G波束的管理与基础,如果欲了解更多信息我们建议您可以拜访专案网页。
要让基站天线具备波束成型功能,必须在架构中建入波束成型器(Beamformers),目前波束成型器可分为数码与类比两种方式,数码与类比方式的差异,数码式架构会在信号经过数码移相器(Phaser)后,再透过功率放大器(Power Amplifier)放大强度,类比式架构则是先由功率分配器分配信号路径,经过模拟移相器后就直接从天线发射出去。
除了波束成型之外,基站天线的另一个设计重点是风载(Windload)。为了让载波的传输距离最大化,基站天线通常都设置于高楼上,而变幻不定的风向与风速,不仅对基站天线的结构带来压力,天线的角度也有可能因此偏斜,此问题在提供更多元服务的5G时代将更严重,风载设计不良的天线,将影响服务品质。
为了协助运营商提升5G效能,建构高效能基站,康普(CommScope)推出了一系列解决方案。康普的5G波束成形天线,可动态改变载波的辐射模式,并有多种配置选择,运营商或系统厂商可针对其场域需求,选择合适的架构与功能。
此外康普近期也与电信设备大厂Nokia联手开发全新交错式主被动动混合型天线(Interleaved Passive-Active Antenna;IPAA)无线电平台,此平台采用模块化设计,业者不须增加塔上或屋顶上的安装空间,就可快速部署5G NR,借此提供更多创新服务。
鉴于5G布局发展趋势,我们建立适合天线技术专区让电信业的从业人员可以逐步了解更多元的技术与发展。
康普(CommScope)与Nokia合作的IPAA,由无源模块(Passive Module)与无源-有源模块(Passive-Active Module)所构成,前者支持700MHz至2.7GHz范围内的多种频段;后者则采用5G n78(3.3~3.8 GHz)的分时双工(Time Division Duplex;TDD)波束成型,此模块含扩展的低频段阵列,并可避免重新优化现有的700~900MHz网络频段。
在风载方面,为了协助客户建构更稳定的基站,康普(CommScope)推出360度空气动力学BSA解决方案。
此方案是该公司重新检视风压与基站天线架构表面的相互作用后,先行模拟出特殊的机构设计与材质纹理,再透过Ansys计算流体动力学,模拟所有不同方向、风速带来的负荷载量,经多次实验后,证明在各种风向、风速下,此一解决方案至少都可减少30%的风载压力,确保基站载波的品质。
除了天线设计与风载外,5G基础建设的另一考量是O-RAN。O-RAN的正式名称是Open Radio Access Network(开放性无线接入网络),这是由多家电信供应商与软件业者共同制定的标准,其目的是建构真正开放且可互相操作的网络界面。
O-RAN打破过去由大型电信设备商寡占的界面标准,业者可自行推出符合其标准的电信设备,协助使用者透过云端虚拟化,建构虚拟基站。目前康普不仅投入资源研发O-RAN产品,同时也积极参与O-RAN联盟,让其标准更完善,未来康普也将持续深耕5G技术,提供客户高品质电信设备。