5G新突破,運營商將使用透鏡天線覆蓋更多場景區域

2021-01-09 環球網

【來源:中國新聞網】

日前,透鏡天線獲國內運營商批量採購,初步計劃用於公路、鐵路沿線以及城郊地區和旅遊景區的覆蓋,市場規模可能會達到2000萬面。隨著5G網絡建設進一步提速,透鏡天線成為了MIMO天線的新對手,將會獲得越來越廣泛的應用,並在實踐中證明自己。

MIMO天線功耗大成本高覆蓋差

MIMO天線最早由美國貝爾實驗室提出,從媒體上看幾乎可以是5G的代名詞。MIMO這個理論1995年提出,借鑑了軍用相控陣雷達技術,最通俗的介紹就是2根天線、4根天線無法滿足要求,那麼就把天線數量堆砌倒128根、192根。這種暴力堆砌確實能夠增加容量,提升性能,但也會成本大幅提升,功耗大幅提升。

MIMO天線有個特點,一演示就成功,一實用就趴窩。在一個選擇的場景下MIMO技術是很容易演示成功的,但是在複雜的實際環境中所涉及的問題的難度,是兩個數量級的差別。

當然MIMO是一個有潛力的領域,現在商用的是增益相對比較有限的MIMO,PPT上那種「號稱可以成百倍地提升系統容量」的MIMO天線,實用化問題仍然沒有解決。

當下,5G面臨覆蓋、功耗、成本三大難題。在行業內,5G基站的短板被調侃為「覆蓋、成本、功耗三個3」,也就是3倍成本,3倍功耗、1/3覆蓋。

以覆蓋來說,當下5G(中頻)基站的覆蓋只有200至300米。

就成本來說,當下的5G基站是4G基站的3倍。

就功耗來說,5G基站是4G基站功耗的3倍左右。功耗之所以這麼大,很大程度上是因為MIMO天線暴力堆料,進而需要配屬大量尖端射頻晶片和配套天饋系統、散熱系統,導致功耗飆升。

中國移動董事長楊傑就在GTI國際產業峰會表示,「當前5G基站價格是4G基站投資的2倍,功耗約為2.5-3倍」。

中國電信技術創新中心副主任楊峰義指出,5G基站典型功耗在3500瓦左右。同樣覆蓋目標情況下,5G基站數量將達到4G的3-4倍,這樣5G行動網路的整體能耗將是4G的9倍以上。即便不計算供電改造和站點租用成本,僅基站的電費和採購成本就4G的9倍以上。這對於利潤下滑的運營商而言,著實是不小的負擔。

2018年全年,三家運營商的移動基站共耗電約270億度,總電費約240億元,乘以9的話,就是2160億。就利潤來說,2018年中國移動為1178億,電信利潤212億元,聯通利潤102億元。可以看出,如果普及採用MIMO天線的5G基站,會導致全年利潤還不夠支付電費。

正是因此,運營商正在探索低成本、低功耗組網模式。但是,若不改變基站天線為電調板狀天線模式,這種做法雖然可以把功耗和成本比MIMO降下來,但比4G仍然較大提升,而5G基站數仍可能是4G基站數的4倍,性能也大幅下降。廣電就在低頻上部署這種低成本、低功耗組網模式,這個網速甚至還不如4G。這種低成本部署模式,只能說是重複部署了一張網速和4G相當的5G網絡。

透鏡天線可以大幅提升覆蓋降低功耗

龍勃透鏡原理是將入射的特定波長的電磁波匯聚,匯聚到球面上的某一個點。同樣的,它也可以將電磁波沿著原方向反射回去。因此,透鏡天線在覆蓋範圍上相對於MIMO天線具有先天優勢。在J20、F22等新銳戰機上,都搭載了龍勃透鏡天線。2015年,美國運營商AT&T也測試了一款名為Giant Eyeball的龍勃透鏡天線。根據媒體報導,該天線可以提供比傳統單波天線多10倍的容量。

按照理論模型測算,複雜過程略,講結果:

透鏡天線基站的覆蓋面積是傳統天線基站覆蓋面積的9倍;

覆蓋同樣面積採用傳統天線所需天線數量是透鏡天線的4.5倍,RRU數量也是透鏡天線的4.5倍。

由於透鏡天線具備提升覆蓋,大幅降低功耗和成本的潛力,對於當下飽受功耗、覆蓋、成本困擾的國內運營商來說可謂是及時雨,因而對這項技術高度重視。

2019年清明節,運營商在陝西黃陵的軒轅黃帝公祭典禮上對透鏡天線進行了測試。

2019年11月13日,中國移動在甘肅蘭新高鐵隔站閉站的測試。

採用隔站閉站的方式,一方面對後期減少站址、節省鐵塔租賃費、電費、維護費等運行成本提供了技術支撐;另一方面可將現有設備搬遷新的路段,極大的節省了新路段高鐵覆蓋的設備投資,對降低公司運營成本具有重大意義。

2019年12月4日,中國移動在G30甘肅段高速公路隔站閉站的測試。

測試結果,公路、高鐵沿線普及透鏡天線,5G部署成本和功耗都有望大幅降低。綜合評估降低運營成本高達75%。

正是因此,透鏡天線才能獲得運營商的青睞,才能夠衝破非技術方面的重重阻礙和利益集團的阻擾,獲得在市場上證明自己的機會。

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