移动通信天线的未来技术发展

一、引言

近年来，我国移动通信取得了前所未有的非凡成就，建成了全球最大的4G网络，5G网络蓄势待发。到2016年年底，全国4G基站将达到近300万个，其中中国移动150万个，中国电信80万个，中国联通70万个。

在万物互联的5G时代，智慧城市、无人驾驶、无人工厂、远程手术---5G畅想曲越发清晰。 5G网络的蓝图是100倍于4G的高速率，将达到10 Gbit/s、小于1 ms的低时延、支持1 000多亿连接的高密度和1000倍于4G 的高容量。一方面要求massive MIMO（大规模阵列天线技术）天线和一体化有源天线等天线系统服务于宏基站，另一方面无处不在的微基站要求天线和基站设备高度融合。

随着移动通信从2G、3G、4G到5G的不断发展，移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程。天线作为移动通信网络的感知器官在网络中的地位越来越复杂，并且作用也越来越重要。

基站天线的工参准确性对网络运维和优化具有重要的意义，当前的研究主要集中在这3个方面：利用电调天线的AISG线进行供电和回传，适用于新建电调天线站；采用太阳能或其他方式供电，采用无线回传，适用于存量站和非电调天线基站；采用人工上站用姿态仪采集数据。

三、大规模阵列天线是5G的关键技术之一

5G网络的应用可归为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠4个主要技术场景。连续广域覆盖和热点高容量场景主要满足2020年及未来的移动互联网业务需求，也是传统4G主要的技术场景。低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好地支持物联网及垂直行业应用的情况。

1、大规模阵列天线仿真分析平台

由于massive MIMO天线的有源特性， 很难进行天线性能的测试。为此，中国移动设计院开发了大规模阵列天线综合仿真分析平台用于评估各个设备商的5G天线性能，如图2所示。

图2  大规模阵列天线综合仿真分析平台

2、大阵列天线的PIM研究

无源互调（passive intermodulation，PIM）即指当两个或多个频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号频率有和差关系的射频信号。

对于多频多端口天线，由于互耦效应，可能使得相邻通道的射频信号耦合到被测通道内，从而引入f3信号，这样与f1和f2信号产生更为复杂的互调信号，现有方法不能体现这种影响。尽管由于隔离度的保证，f3信号可能较f1和f2信号微弱，但其互调产物的电平究竟处于什么量级，尚无结论。

特别是进入4.5G和5G时代以后，大规模阵列天线的应用，端口间的PIM性能将是影响网络质量的一个重要因素。在2016年的IEEE年会上，中国移动通信集团设计院代表提出了中国移动的PIM标准立项申请，得到了与会人员的一致赞同，并建立了PIM标准工作组，主要对PIM的测量环境以及传输PIM进行研究。因此，有必要对阵列天线的PIM做进一步研究。

因此，非常有必要围绕面向LTE-Advanced（长期演进技术升级版）后续演进，推进5G大规模阵列天线的技术基础性研究、应用研究、标准化及其产业化进程。在测量和建立大规模阵列天线信道模型、建立和完善技术评估与仿真平台、设计新型的5G天线、进一步开发其3D覆盖能力、形成系统完整的3D-MIMO解决方案等多个方面展开工作。

四、在网天线的监控和故障诊断具有网络运维的生命线地位

五、小型化宽频带多系统共用电调天线将成为4G网络建设的重要方向

六、美化天线应用场景及发展方向

七、结束语

可见，未来移动通信天线将向有源化、小型化、阵列化和可感知等方向发展，国内多数天线厂商只着眼于当前的产品技术指标达成，对新技术新产品的布局和开发重视程度不够，研发资源投入少，导致中国天线在新技术新产品方面落后国外厂商，缺少技术话语权，制约了中国天线产业的可持续发展。作为运营商可以在引导天线技术创新和全球专利布局方向发挥作用，为天线产业从产业大国迈向产业强国贡献力量。