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Kenntnisse und Anwendungsszenarien für die Antennentechnik von 4G- und 5g-Basisstationen

Erscheinungsdatum: 2021Quelle des Autors: KinghelmAufrufe: 796


   

dank One
 Übersicht über die Basisstationsantenne  


In diesem Kapitel werden die Klassifizierung von Basisstationsantennen und das Erscheinungsbild verschiedener Antennentypen in der Mobilkommunikation vorgestellt.

eins Punkt einsKlassifizierung der Basisstationsantennen

Rundstrahlantenne:360° in horizontaler Richtung; Es strahlt gleichmäßig ab, das heißt, es wird üblicherweise als Nicht-Richtwirkung bezeichnet. Im vertikalen Muster wird es als Balken mit einer bestimmten Breite dargestellt. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner die Keulenbreite, desto größer die Verstärkung. Omnidirektionale Antennen werden im Allgemeinen in Mobilkommunikationssystemen als Stationstyp für Vorstadtbezirke und großflächige Systeme mit großer Abdeckung verwendet.

Richtantenne:Im horizontalen Muster zeigt es Strahlung in einem bestimmten Winkelbereich, das heißt, man spricht üblicherweise von einer gerichteten Strahlung. Im vertikalen Muster zeigt es einen Balken mit einer bestimmten Breite. Wie bei der Rundstrahlantenne ist der Gewinn umso größer, je kleiner die Keulenbreite ist. Richtantennen werden im Allgemeinen in stationären städtischen Gemeinschaftssystemen in Mobilkommunikationssystemen mit geringer Abdeckung, hoher Benutzerdichte und hoher Frequenzauslastung verwendet.

Je nach Netzwerkanforderungen werden unterschiedliche Basisstationstypen eingerichtet, und je nach den Anforderungen verschiedener Basisstationstypen können unterschiedliche Antennentypen ausgewählt werden. Die Auswahl basiert auf den oben genannten technischen Parametern. Beispielsweise verwendet eine omnidirektionale Station eine omnidirektionale Antenne mit grundsätzlich demselben horizontalen Gewinn, während eine gerichtete Station eine Richtantenne mit offensichtlicher Änderung des horizontalen Gewinns verwendet. Im Allgemeinen beträgt die horizontale Strahlbreite in städtischen Gebieten 65°; In den Vororten kann die horizontale Strahlbreite als 65 & Grad 90° oder 120 & Grad gewählt werden. Je nach Stationskonfiguration und lokaler geografischer Umgebung ist es am wirtschaftlichsten, eine Rundstrahlantenne zu wählen, die eine breite Abdeckung in ländlichen Gebieten erreichen kann.

Mechanische Antenne:Bezieht sich auf eine mobile Antenne, die den Neigungswinkel mechanisch einstellt. Nachdem die mechanische Antenne senkrecht zum Boden installiert wurde, muss die Position der Halterung auf der Rückseite der Antenne angepasst und die Neigung der Antenne aufgrund der Anforderungen der Netzwerkoptimierung geändert werden. Obwohl sich während des Einstellvorgangs die Abdeckungsentfernung in Richtung der Hauptkeule der Antenne erheblich ändert, bleiben die Amplituden der vertikalen und horizontalen Komponenten der Antenne unverändert, sodass sich das Antennendiagramm leicht verformen kann.

Die Praxis hat Folgendes bewiesen:Der beste Neigungswinkel einer mechanischen Antenne beträgt 1 Grad bis 5°. Der Neigungswinkel beträgt 5 Grad bis 10°. Bei einer Änderung wird das Antennenmuster leicht verformt, ändert sich jedoch kaum; Der Neigungswinkel beträgt 10 bis 15°. Beim Wechsel ändert sich das Antennenmuster stark; Wenn die mechanische Antenne um 15° nach unten geneigt ist; Danach verändert sich die Form des Antennenmusters stark, von einer Birne ohne Abwärtsneigung zu einer Spindelform. Obwohl sich zu diesem Zeitpunkt die Abdeckungsentfernung in Hauptkeulenrichtung erheblich verkürzt, befindet sich das gesamte Antennenmuster nicht im Sektor der Basisstation, und die Signale der Basisstation werden auch in den Sektoren benachbarter Basisstationen empfangen. Dies führt zu schwerwiegenden Eingriffen in das System. Darüber hinaus muss bei der täglichen Wartung, wenn der Neigungswinkel der mechanischen Antenne angepasst werden muss, das gesamte System abgeschaltet werden und kann während der Anpassung des Neigungswinkels der Antenne nicht überwacht werden. Es ist sehr mühsam, den Neigungswinkel der mechanischen Antenne nach unten einzustellen. Im Allgemeinen muss das Wartungspersonal zur Anpassung zum Standort der Antenne klettern; Der Abwärtsneigungswinkel der mechanischen Antenne ist der theoretische Wert, der von einer Computersimulationsanalysesoftware berechnet wird und eine gewisse Abweichung vom tatsächlichen optimalen Abwärtsneigungswinkel aufweist; Die Schritte zum Einstellen des Neigungswinkels der mechanischen Antenne betragen 1 °. Der Intermodulationsindex dritter Ordnung beträgt - 120 dBc.

Elektrisch verstellbare Antenne:Eine mobile Antenne, die mithilfe von Elektronik den Neigungswinkel nach unten verstellt. Das Prinzip des elektronischen Downdip besteht darin, die Phase des Oszillators der kollinearen Array-Antenne zu ändern, die Amplitude der vertikalen Komponente und der horizontalen Komponente zu ändern und die Feldstärke der zusammengesetzten Komponente zu ändern, um das vertikale Muster der Antenne zu erstellen Abwärts. Da die Feldstärke in jeder Richtung der Antenne gleichzeitig zunimmt und abnimmt, wird sichergestellt, dass sich das Antennenmuster nach einer Änderung des Neigungswinkels kaum ändert, was die Abdeckungsentfernung in Hauptkeulenrichtung verkürzt und den Abdeckungsbereich verringert das gesamte Richtungsmuster im Servicezellensektor ohne Interferenzen. Die Praxis zeigt, dass der Neigungswinkel einer elektrisch abstimmbaren Antenne 1 Grad bis 5° beträgt. Bei einer Änderung ist das Antennenmuster ungefähr das gleiche wie das der mechanischen Antenne; Der Neigungswinkel beträgt 5-10°. Beim Wechsel ist das Antennenmuster etwas besser als das einer mechanischen Antenne; Der Neigungswinkel beträgt 10 bis 15°. Bei einer Änderung ändert sich das Antennenmuster stärker als bei einer mechanischen Antenne. Wenn die mechanische Antenne um 15° nach unten geneigt ist; Danach unterscheidet sich das Antennenmuster deutlich von der mechanischen Antenne. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Form des Antennenmusters kaum und die Abdeckungsentfernung in Hauptkeulenrichtung wird erheblich verkürzt. Das gesamte Antennenmuster liegt im Sektor der Basisstation. Durch Erhöhen des Neigungswinkels nach unten kann der Sektorabdeckungsbereich ohne Störungen verringert werden. Daher kann die Verwendung einer elektrisch verstellbaren Antenne Anrufverluste und Interferenzen reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht die elektrisch verstellbare Antenne dem System, den Neigungswinkel unter der vertikalen Richtkarte ohne Unterbrechung anzupassen, den Anpassungseffekt in Echtzeit zu überwachen und die Schrittgenauigkeit bei der Anpassung des Neigungswinkels ist ebenfalls hoch (0.1 °). Daher kann das Netzwerk feinjustiert werden; Der Intermodulationsindex dritter Ordnung einer elektrisch modulierten Antenne beträgt -150 dBc, was einem Unterschied von 30 dBc zu dem einer mechanischen Antenne entspricht, was dazu beiträgt, benachbarte Frequenzinterferenzen und Streuinterferenzen zu eliminieren.

Dual-Polarisationsantenne:Dual-Polarisationsantenne ist eine neue Antennentechnologie, die 45°; Und -45° Zwei Antennen mit orthogonaler Polarisationsrichtung arbeiten gleichzeitig im Transceiver-Duplex-Modus, sodass der größte Vorteil darin besteht, die Anzahl der Antennen einer einzelnen Richtbasisstation einzusparen; Im Allgemeinen verwendet die gerichtete Basisstation (drei Sektoren) des digitalen LTE-Mobilkommunikationsnetzes 9 Antennen, und jeder Sektor verwendet 3 Antennen (räumliche Diversität, ein Sender und zwei Empfänger). Wenn eine Dual-Polarisationsantenne verwendet wird, benötigt jeder Sektor nur eine Antenne; Gleichzeitig wird in der Dual-Polarisationsantenne & plusmn; 1° Die Orthogonalität der Polarisation kann 45° gewährleisten; Und -45° Die Isolation zwischen zwei Antennen erfüllt die Anforderungen der Intermodulation an die Isolation zwischen Antennen (≥ 45 dB), sodass der räumliche Abstand zwischen Dual-Polarisationsantennen nur 30–20 cm benötigt; Darüber hinaus bietet die Dual-Polarisationsantenne die Vorteile einer elektrisch verstellbaren Antenne. Der Einsatz einer Dual-Polarisationsantenne in Mobilkommunikationsnetzen kann Anrufverluste reduzieren, Interferenzen reduzieren und die Servicequalität des gesamten Netzwerks verbessern. Wenn die Dual-Polarisationsantenne verwendet wird, ist kein Landerwerb und kein Turmbau erforderlich, da die Dual-Polarisationsantenne keine hohen Anforderungen an die Errichtung und Installation stellt. Es muss lediglich eine Eisensäule mit einem Durchmesser von 30 cm errichtet und die Doppelpolarisationsantenne entsprechend der entsprechenden Abdeckungsrichtung an der Eisensäule befestigt werden, um Infrastrukturinvestitionen zu sparen, die Anordnung der Basisstation sinnvoller zu gestalten und die Auswahl zu treffen des Standorts der Basisstation einfacher.

Bei der Auswahl der Antenne muss die für das lokale Mobilfunknetz geeignete Mobilfunkantenne entsprechend der tatsächlichen Situation der Netzabdeckung, des Verkehrs, der Störungen und der Qualität des Netzdienstes ausgewählt werden:

·In stark frequentierten Bereichen mit dicht besiedelten Basisstationen sollten so weit wie möglich Doppelpolarisationsantennen und elektrische Modulationsantennen verwendet werden;

·Herkömmliche mechanische Antennen können in Gebieten eingesetzt werden, in denen der Verkehr nicht hoch ist, die Basisstationen nicht dicht sind und nur eine Abdeckung erforderlich ist.

1.2 Interner Aufbau und Typ der Mobilfunk-Basisstationsantenne

1.2.1 # Richtplatten-Dipol-Array-Antenne

Plattenrichtantennen sind die am weitesten verbreitete Art sehr wichtiger Basisstationsantennen. Die Antenne bietet die Vorteile einer hohen Verstärkung, eines guten Sektormusters, einer kleinen Rückkeule, einer bequemen Steuerung des Neigungswinkels des vertikalen Musters, einer zuverlässigen Dichtungsleistung und einer langen Lebensdauer. Der Umriss der Antenne ist in der folgenden Abbildung dargestellt:


Abbildung 1-1} Übersichtsdiagramm der Plattenrichtantenne

1.2.1.1 Bildung einer Plattenantenne mit hohem Gewinn

Abb. 1-2: Mehrere Halbwellenoszillatoren sind in einem vertikal angeordneten linearen Array angeordnet


Abb. 1-3: Das Prinzip der horizontalen Ausrichtung durch Hinzufügen eines Reflektors auf einer Seite der linearen Anordnung (am Beispiel der vertikalen Anordnung von Zweieinhalbwellenoszillatoren mit Reflektor).

Gegenwärtig übernimmt das Basisstations-Richtantennendesign der Antennenhersteller im Wesentlichen die Plattentyp-Vibrator-Array-Struktur. Es gibt die folgenden zwei Arten von Vibratoren, die in den folgenden beiden Abschnitten beschrieben werden.

1.2.1.2 symmetrischer Vibrator

Symmetrisches Halbwellen-Standardarray (fügen Sie einen zusätzlichen Oszillator hinzu, um die Höhe des Oszillators vom Boden und die Dicke der Antenne zu verringern)

Abb. 1-4 Richtplattenantenne bestehend aus mehreren Halbwellenoszillatoren

1.2.1.3 Mikrostreifen-Oszillator

Die Verformung des Halbwellenoszillators erzeugt Strahlung nach dem Prinzip der 1/4-Wellenlängen-Übertragungsleitung:

Abbildung 1-5 Richtplattenantenne bestehend aus mehreren Mikrostreifenoszillatoren

1.2.2 omnidirektionale, in Reihe gespeiste Dipolantenne

Die Rundstrahlantenne verwendet mehrere in Reihe geschaltete Halbwellenoszillatoren, um die Synthese und Verbesserung des Strahlungsgewinns zu realisieren.

Abbildung 1-7 # Struktur und Produktform des in Reihe gespeisten Oszillators einer Rundstrahlantenne

2 4G LTEAntennentyp und vergleichende Analyse

Der Hauptinhalt dieses Abschnitts besteht darin, die vergleichende Analyse der Abdeckung und des Datenverkehrs zwischen LTE-Antennen mit doppelter Polarisation und Antennen mit einfacher Polarisation vorzustellen

2.1 Korrelationsanalyse der LTE-Dualpolarisationsantenne und der Singlepolarisationsantenne

Die Einführung der LTE-Mehrantennentechnologie erhöht die Freiheit der räumlichen Dimension für drahtlose Ressourcen und stellt neue Anforderungen an das drahtlose Kanalmodell. Ein räumliches Kanalmodell (SCM) wird in 3GPP tr 25.996 vorgeschlagen. Das Modell eignet sich für Systeme mit einer Bandbreite von 5 MHz und einer Trägerfrequenz von etwa 2 GHz. Die maximale Anzahl an Multipfaden beträgt 6. Das LTE-System erfordert, dass der drahtlose Kanal bis zu 20 MHz unterstützen kann. Daher wird im technischen Bericht 36.803 das SCME-Modell (SCM Extension) verwendet, um die Kanalbandbreite auf 20 MHz und die maximale Anzahl von Mehrwegen auf 9 zu erweitern. Darunter sind die Eigenschaften der drahtlosen Übertragung zwischen ENB und UE eine zeitlich variierende Funktion , die sich mit den Änderungen der Antennenkonfiguration, des Antennenazimuts, der Antennenkorrelation und der Streuumgebung ändert, wie in der Abbildung unten dargestellt.


Abbildung 2-1 schematisches Diagramm der SCM-Winkelparameter

Antenne mit doppelter Polarisation und Antenne mit einfacher Polarisation (Antennenabstand 10) λ) Der Unterschied in der drahtlosen Leistung hängt hauptsächlich vom Korrelationskoeffizienten der Basisstationsantenne ab. Wenn der Korrelationskoeffizient 0 ist, bedeutet dies, dass die Antennen relativ unabhängig sind und die Korrelation gering ist. Wenn der Korrelationskoeffizient 1 beträgt, bedeutet dies, dass eine starke Korrelation zwischen den Antennen besteht. Wenn das System den Sende-Diversity-Modus (z. B. SFBC), den Empfangs-Diversity-Modus und den MIMO-Dual-Stream-Modus verwendet, ist die drahtlose Leistung einer Antenne mit niedriger Korrelation besser als die einer Antenne mit hoher Korrelation. Die folgende Abbildung zeigt die Ergebnisse der SFBC-Leistungssimulation mit Korrelationskoeffizienten von 0.25, 0.5, 0.6 bzw. 1. Aus den Simulationsergebnissen geht hervor, dass die Leistung bei einem Korrelationskoeffizienten von 0.25 grundsätzlich nicht beeinträchtigt wird (im Vergleich zum Korrelationskoeffizienten von 0). Die Leistung von SFBC mit Korrelationskoeffizienten von 0.5 und 0.6 nimmt um etwa 0.3 dB bis 0.4 dB ab.


Abbildung 2-2} Vergleich der Leistung auf SFBC-Verbindungsebene mit verschiedenen Korrelationskoeffizienten

China Mobile hat im Juli 2008 die Korrelationskoeffizienten verschiedener Antennenkonfigurationen getestet. Die spezifischen Korrelationskoeffizienten sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 2-1 # Korrelationskoeffizienten entsprechend verschiedenen Antennenkonfigurationen


Hinweis: Die Korrelationskoeffizienten in der obigen Tabelle stammen aus dem Test von China Mobile in dicht besiedelten städtischen Gebieten gemäß dem SCME-Modell. In dicht besiedelten städtischen Gebieten ist dieser Korrelationskoeffizient repräsentativ. Dies bedeutet jedoch nicht, dass dieser Korrelationskoeffizient einem bestimmten Projekt zugeordnet werden kann, und es bedeutet auch nicht, dass dieser Korrelationskoeffizient auf alle Modelle dichter städtischer Gebiete anwendbar ist.

2.2 Leistungsvergleich zwischen LTE-Dualpolarisationsantenne und Singlepolarisationsantenne

LTE definiert sieben Multi-Antennen-Übertragungsmodi, einschließlich Übertragungsdiversität, vorcodiertes MIMO, Beamforming usw. Die sieben von LTE definierten Übertragungsmodi berücksichtigen hauptsächlich, dass die Übertragungsmodi in verschiedenen Szenarien und verschiedenen Kanalmodellen flexibel ausgewählt werden können. Im Allgemeinen werden die Engpässe und Leistungsdefizite von drahtlosen Mobilkommunikationsnetzen in die folgenden drei Kategorien unterteilt:

Leistungsbegrenztes System:

Typisches Anwendungsszenario: Der Hauptzweck besteht darin, die Abdeckung zu erhöhen und Schwund zu überwinden, z. B. effektive Fläche, breite ländliche Abdeckung usw

Art der verwendeten Antennentechnologie: Sende-Diversity, Empfangs-Diversity

Leistungsunterschied: 10 λ Die Leistungsverbesserung einer Antenne mit einfacher Polarisation beträgt weniger als 5 % im Vergleich zu einer Antenne mit doppelter Polarisation, und es gibt kaum einen Unterschied zwischen den beiden.

Interferenzbegrenztes System:

Typisches Anwendungsszenario: Es wird hauptsächlich in dicht besiedelten Stadtgebieten mit geringem Bahnhofsabstand eingesetzt. Interferenzen sind der Hauptfaktor, der die Netzwerkleistung beeinträchtigt.

Art der verwendeten Antennentechnologie: Rang = 2 MIMO Dual Stream, Rang = 1 MIMO Single Stream, Rang adaptiv

Leistungslücke: Der rangadaptive Algorithmus ist offensichtlich besser als der erzwungene MIMO-Dual-Stream. Gleichzeitig beträgt die Leistung einer Antenne mit doppelter Polarisation 10 λ. Die Leistung einer Antenne mit einfacher Polarisation ist grundsätzlich gleich.

System mit eingeschränkter Bandbreite:

Typisches Anwendungsszenario: Der Kanalzustand (CQI) ist relativ gut, es gibt keine kontinuierliche Abdeckung zwischen Basisstationen, der Stationsabstand der Basisstationen ist relativ groß und die Anzahl der Benutzer ist relativ selten. Beispielsweise die Abdeckung einzelner Zellen in der Anfangsphase des experimentellen Netzwerks.

Angenommener Antennentechnologietyp: Rang = 2 MIMO Dual Stream

Leistungsvergleich: 10 λ Die Leistung einer Antenne mit einfacher Polarisation ist besser als die einer Antenne mit doppelter Polarisation und die Leistung wird um etwa 20 % verbessert.

Tabelle 2-2 Schlussfolgerung des Antennenanwendungsszenarios

Das Obige analysiert hauptsächlich den Leistungsunterschied zwischen Antennen mit einfacher Polarisation und Antennen mit doppelter Polarisation. Es ist jedoch zu beachten, dass die Dual-Polarisationsantenne den Vorteil einer bequemen Installation in der Technik bietet. Einschließlich der Verwendung einer einzigen Haltestange, einer einheitlichen Einstellung der Abwärtsneigung, einer einfachen Verschönerung der Antenne usw. Derzeit, da es immer schwieriger wird, einen drahtlosen Netzwerkstandort auszuwählen und zu installieren, sind die oben genannten Vorteile der Dual-Polarisationsantenne vorhanden besonders wichtig.

3 4G LTEAnwendungsszenario und Auswahl der Basisstationsantenne

Der Hauptinhalt dieses Abschnitts beschreibt die Klassifizierung des Abdeckungsbereichs des drahtlosen Netzwerks und die entsprechende Antennenauswahl entsprechend dem tatsächlichen Netzwerkbereitstellungsszenario

drei Komma einsAntennenauswahl einer städtischen Basisstation

Merkmale der Anwendungsumgebung: Die Basisstationen sind dicht verteilt, was eine geringe Abdeckung einer einzelnen Basisstation erfordert. Wir hoffen, das Phänomen der zonenübergreifenden Abdeckung zu minimieren, die Interferenzen zwischen Basisstationen zu reduzieren und die Download-Rate zu verbessern.

Prinzip der Antennenauswahl:

Auswahl des Polarisationsmodus: Da es schwierig ist, den Standort der Basisstation im Stadtgebiet auszuwählen und der Platz für die Antenneninstallation begrenzt ist, wird empfohlen, eine Dual-Polarisationsantenne und eine Breitbandantenne zu wählen;

Auswahl des Musters: In städtischen Gebieten wird hauptsächlich die Verbesserung der Frequenzwiederverwendung in Betracht gezogen, daher wird im Allgemeinen eine Richtantenne ausgewählt.

Auswahl der Strahlbreite halber Leistung: Um die Abdeckung der Zelle besser steuern und Störungen unterdrücken zu können, beträgt die horizontale Strahlbreite halber Leistung der Stadtantenne 60 bis 65 °.

Auswahl des Antennengewinns: Da die städtische Basisstation im Allgemeinen keine große Reichweite erfordert, wird empfohlen, die Antenne mit mittlerem Gewinn auszuwählen. Es wird empfohlen, im Stadtgebiet eine Antenne mit einem Gewinn von 15–18 dBi zu wählen. Wenn die zur Blindkompensation im Stadtgebiet eingesetzte Mikrozellularantenne einen geringeren Gewinn aufweist, kann die Antenne ausgewählt werden;

Auswahl des Neigungswinkels: Da die Anpassung des Neigungswinkels der Antenne in städtischen Gebieten relativ häufig erfolgt und einige Antennen einen großen Neigungswinkel einstellen müssen, während der mechanische Neigungswinkel der Interferenzkontrolle nicht förderlich ist, wird empfohlen, die voreingestellte Neigungswinkelantenne auszuwählen . Es kann eine Antenne mit festem elektrischem Abstrahlwinkel gewählt werden, bei Vorliegen der Voraussetzungen kann auch eine elektrisch verstellbare Antenne gewählt werden.

drei Komma zweiAntennenauswahl ländlicher Basisstationen in Vororten

Merkmale der Anwendungsumgebung: Die Basisstationen sind dünn verteilt, das Verkehrsaufkommen ist gering, die Anforderungen an Datendienste sind relativ gering und die Anforderungen an eine breite Abdeckung sind gering. An manchen Orten gibt es nur eine einzige Basisstation und die Abdeckung ist zum am meisten besorgniserregenden Objekt geworden. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Auswahl der Antenne in Kombination mit dem abzudeckenden Bereich um die Basisstation berücksichtigt werden.

Prinzip der Antennenauswahl:

Musterauswahl: Wenn die Basisstation die Umgebung ohne offensichtliche Richtungsabhängigkeit abdecken muss und die Verkehrsverteilung um die Basisstation relativ verstreut ist, wird eine omnidirektionale Basisstationsabdeckung empfohlen. Gleichzeitig ist zu beachten, dass die Reichweite der omnidirektionalen Basisstation aufgrund ihres geringen Gewinns nicht so weit ist wie die der direktionalen Basisstation. Achten Sie bei der Installation der Rundstrahlantenne gleichzeitig auf den Einfluss des Turms auf die Abdeckung und die Antenne muss senkrecht zur Grundebene ausgerichtet sein. Wenn das Büro einen längeren Abdeckungsbedarf für die Abdeckungsreichweite der Basisstation hat, muss es eine Richtantenne verwenden. Im Allgemeinen beträgt die horizontale Strahlbreite halber Leistung 90 °, 105 ° und 120 °. Richtantenne;

Auswahl des Antennengewinns: Wählen Sie den Antennengewinn entsprechend den Abdeckungsanforderungen. Es wird empfohlen, in Vorstädten und ländlichen Gebieten eine Richtantenne mit höherem Gewinn (16–18 dBi) oder eine Rundstrahlantenne mit 9–11 dBi zu wählen.

Auswahl des Abwärtsneigungsmodus: In Vorstädten und ländlichen Gebieten gibt es nur wenige Abwärtsneigungseinstellungen der Antenne, und der Einstellbereich und die charakteristischen Anforderungen der Abwärtsneigung sind nicht hoch. Es wird empfohlen, eine mechanisch nach unten geneigte Antenne zu wählen; Wenn die Antenne mehr als 50 m hoch ist und am nahen Ende Abdeckungsanforderungen bestehen, kann gleichzeitig die mit Nullpunkten gefüllte Antenne bevorzugt ausgewählt werden, um das Schwarzproblem unter dem Turm zu vermeiden.

drei Komma dreiAntennenauswahl der Basisstation für die Autobahnabdeckung

Merkmale der Anwendungsumgebung:In dieser Umgebung ist der Verkehr gering und die Benutzer bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit. Derzeit liegt der Schwerpunkt auf der Lösung des Abdeckungsproblems. Im Allgemeinen soll eine Streifenabdeckung erreicht werden, sodass die Autobahnabdeckung größtenteils auf Zwei-Wege-Gemeinschaften basiert. Omnidirektionale Gemeinschaft wird auch in Gebieten eingesetzt, die durch Städte und Touristenattraktionen führen; Eine andere besteht darin, eine breite Abdeckung hervorzuheben. Der zu verwendende Antennentyp muss in Kombination mit der Auswahl des Stationsstandorts und des Stationstyps festgelegt werden. Verschiedene Autobahnumgebungen variieren stark. Im Allgemeinen gibt es relativ gerade Autobahnen wie Schnellstraßen, Eisenbahnen, Nationalstraßen, Provinzstraßen usw. Es wird empfohlen, Stationen neben der Autobahn zu bauen und dabei die Stationstypen S1/1/1 oder S1/1 zu verwenden, die mit Hochgeschwindigkeitszügen ausgestattet sind Gewinnen Sie eine Richtantenne, um eine Abdeckung zu erreichen. Es gibt kurvenreiche Straßen, wie kurvenreiche Bergstraßen, selbst gebaute Bergstraßen auf Kreisebene usw. In Kombination mit der ländlichen Abdeckung in der Nähe der Autobahn sollten Stationen an hoch gelegenen Orten gebaut werden.

Bei der anfänglichen Planung der Antennenauswahl sollte die Antenne mit hohem Gewinn und großer Reichweite so weit wie möglich für eine breite Abdeckung ausgewählt werden.

Prinzip der Antennenauswahl:

Auswahl des Musters: In der Basisstation, die auf die Abdeckung von Eisenbahnstrecken und Autobahnen abzielt, kann die Richtantenne mit schmalem Strahl und hohem Gewinn verwendet werden. Die Antennenform kann je nach lokalem topografischem Relief und Straßenverlauf am Bahnhof flexibel gewählt werden;

Für die Auswahl der Antennenverstärkung wird eine 17-dbi-22-dbi-Antenne für die gerichtete Antennenverstärkung und 11 dbi für die omnidirektionale Antennenverstärkung ausgewählt.

Auswahl des Downdip-Modus: Im Allgemeinen gibt es keinen Downdip-Winkel für die Autobahnabdeckung. Es wird empfohlen, eine günstigere mechanische Downdip-Antenne zu wählen. Wenn die Entfernung mehr als 50 m beträgt und am nahen Ende Abdeckungsanforderungen bestehen, kann die Antenne mit Nullfüllung (mehr als 15 %) bevorzugt ausgewählt werden, um das Schwarzproblem unter dem Turm zu lösen.

Verhältnis von vorne nach hinten: Da die meisten von der Autobahn abgedeckten Benutzer sich schnell bewegen, sollte das Verhältnis von vorne zu hinten der Richtantenne nicht zu hoch sein, um eine normale Umschaltung sicherzustellen.

drei Komma vierAntennenauswahl der Basisstation in Berggebieten

Merkmale der Anwendungsumgebung:In abgelegenen Hügel- und Berggebieten ist die Bergsperre schwerwiegend, der Ausbreitungsrückgang von Funkwellen ist groß und es ist schwierig, sie abzudecken. Es hat normalerweise eine breite Abdeckung. Verstreute Benutzer sind in einem weiten Abdeckungsradius um die Basisstation verteilt und der Verkehr ist gering. Die Basisstation kann an einem geeigneten Ort auf dem Gipfel des Berges, in der Mitte des Berges, am Fuß des Berges oder im Berg errichtet werden. Für den Standort, die Auswahl und die Antennenauswahl der Basisstation ist es notwendig, unterschiedliche Benutzerverteilungen und Geländeeigenschaften zu unterscheiden. Die folgenden Situationen kommen häufig vor: Bahnhofsbau in beckenartigem Berggebiet, Bahnhofsbau auf einem hohen Berg, Bahnhofsbau an einem Hang, Bahnhofsbau in gewöhnlichem Berggebiet usw.

Prinzip der Antennenauswahl:

Auswahl des Musters: Die Auswahl des Musters hängt vom Standort, dem Stationstyp und den umliegenden Abdeckungsanforderungen der Basisstation ab. Es kann zwischen Rundstrahlantenne und Richtantenne gewählt werden. Wenn für die auf dem Berg errichtete Basisstation der abzudeckende Standort relativ niedrig ist, muss das Muster mit einem großen vertikalen Halbwertswinkel ausgewählt werden, um die Abdeckungsanforderungen in vertikaler Richtung besser zu erfüllen.

Auswahl des Antennengewinns: Wählen Sie einen mittleren Antennengewinn, eine Rundstrahlantenne (9–11 dBi) und eine Richtantenne (15–18 dBi) entsprechend der Entfernung des abzudeckenden Bereichs.

Neigungsauswahl: Wenn die Station auf einem Berg errichtet wird und der abzudeckende Ort am Fuße des Berges liegt, muss die Antenne ohne Füllung oder mit voreingestellter Neigung ausgewählt werden. Die Größe des voreingestellten Neigungswinkels hängt von der relativen Höhe zwischen der Basisstation und der abzudeckenden Stelle ab. Je größer die relative Höhe ist, desto größer sollte der voreingestellte Neigungswinkel sein.

3.5 LTEZusammenfassung der Anwendungsszenarien für Basisstationsantennen

Entsprechend der obigen Auswahl und der besonderen Situation von LTE lauten die empfohlenen Antennenauswahlprinzipien wie folgt:

Tabelle 3-1 Zusammenfassung der Antennenanwendungsszenarien

Im Allgemeinen werden bei der Standortwahl einer LTE-Station die vorhandenen Einrichtungen genutzt. Daher ist es das größte Problem, ob genügend Platz für die Installation einer LTE-Antenne vorhanden ist und ob die Höhe der LTE-Planung entspricht. Daher müssen die im tatsächlichen Projekt verwendeten technischen Parameter wie Polarisationsmodus, Breitbandantenne und Neigungswinkelmodus nach einer detaillierten Untersuchung der vorhandenen Anlagen angemessen und entsprechend der tatsächlichen Situation geplant werden. Aufgrund der MIMO-Technologie in LTE werden derzeit häufig 2T2R und 4t4r verwendet. Unter Berücksichtigung der Baukosten und anderer Faktoren wird für 2T2R im Allgemeinen eine Dual-Polarisationsantenne verwendet; Für 4t4r werden im Allgemeinen zwei Antennen mit doppelter Polarisation verwendet, und der Abstand zwischen den Antennen beträgt 1–2 λ. Dies entspricht 2.6 g, etwa 30–50 cm.

4 5G Massive MIMO AAUUnd Anwendungsszenarien

Der Hauptinhalt dieses Abschnitts beschreibt kurz die Antennen- und Anwendungsszenarioauswahl von 5g AAU

4.1 5G Massive MIMO AAU

Multi Input Output (MIMO), das im 4G-Zeitalter sehr ausgereift ist, kann effektiv mehrere räumliche Kanäle zwischen mehreren Antennen zwischen Transceiversystemen nutzen, um mehrere orthogonale Datenströme zu übertragen, um so den Datendurchsatz und die Kommunikationsstabilität zu verbessern, ohne die Kommunikationsbandbreite zu erhöhen.

Die von 4G auf 5g entwickelte Massive-MIMO-Technologie ist eine aktualisierte Version der MIMO-Technologie. Auf der Grundlage begrenzter Zeit- und Frequenzressourcen werden Hunderte von Antenneneinheiten verwendet, um Dutzende mobile Endgeräte gleichzeitig zu bedienen, was den Datendurchsatz und die Energieeffizienz weiter verbessert. Die 5g-Kommunikationsfrequenz ist hoch und die Antennengröße ist verkürzt, sodass mehr Antennen in den ursprünglichen Raum gesteckt werden können. Die Massive-MIMO-Technologie hat den Ton der Kommunikationstechnologie im 5g-Zeitalter vorgegeben, sodass die Antenne nach dem RF-Frontend im 5g-Zeitalter, in dem die Basisstationsantenne 20 % und die Terminalantenne ausmacht, auch zu einem weiteren explosiven Wachstumsgerät geworden ist macht 80 % aus.

Die 5g-Basisstation wird auch als aktive Antennen-Array-Einheit (AAU) bezeichnet, da sie die Massive-MIMO-Technologie weit verbreitet verwendet, die Anzahl der in ihrer internen integrierten Antenne verwendeten Oszillatoren groß ist und die Transceiver-Einheit integriert ist. Das schematische Diagramm der internen Struktur und die Produktform sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abb. 4-1 Strukturschematisches Diagramm von # Massive MIMO AAU


Abbildung 4-2 # Explosionsdiagramm der Produktform von Massive MIMO AAU

Für AAU im < 6-GHz-Band verwenden Hersteller von Kommunikationsgeräten im Allgemeinen 192 Oszillatoren. Es gibt 12 Reihen in horizontaler Richtung und 8 Reihen Oszillatoren in vertikaler Richtung, plus & plusmn; 45° Duale Polarisation, insgesamt 12x8x2 = 192 Oszillatoren. Jede Gruppe von drei Oszillatoren wird als Antennenpaar bezeichnet, sodass die AAU insgesamt 192 / 3 = 64 Antennen hat. Wenn alle sechs Oszillatoren eine Antenne bilden, hat die AAU 192 / 6 = 32 Antennen.

Abb. 4-3 Dipoldiagramm einer 65-tr- und 32-tr-AAU-Antenne

AAU im <6-GHz-Band verwendet normalerweise vollständig digitales Beamforming. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Anzahl der Antennen, Übertragungskanäle und Leistungsverstärker gleich ist. Die Anzahl der Arrays ist ein wichtiger Faktor für die Abdeckung. Je größer die Anzahl der Arrays, desto schmaler der Strahl, desto konzentrierter die Energie, desto mehr Antennen und Kanäle, desto mehr Leistungsverstärker in der AAU, desto größer der Verbrauch an Basisbandressourcen und desto höher die Kosten für die Ausrüstung.

4.2 5GSignal-Fading-Modell

3GPP tr 38.901 bietet vier Szenarien: Indoor-Hot-Office-Bereich (INH Office), urbaner Micro-Street-Canyon, urbaner Makro-Mobilfunk (UMA) und ländlicher Makro-Mobilfunk (RMA). Jedes Szenario ist in acht Ausbreitungsmodelle unterteilt: Non-Line-of-Sight (NLOS) und Line-of-Sight (LOS). In diesem Artikel wird das Pfadverlustmodell im UMA Los/NLOS-Szenario der städtischen Makrostation ausgewählt. Wo fcBetriebsfrequenz (GHz), HBSEffektive Höhe der Basisstationsantenne (m), HUTEffektive Höhe der Mobilstationsantenne (m), D2DHorizontaler Abstand zwischen Basisstation und Mobilstation (m), D3DLinearer Abstand zwischen Basisstationsantenne und Mobilstationsantenne (m).




Gemäß der obigen Tabelle kann der typische maximal zulässige Pfadverlust (MAPL) verschiedener Kanäle städtischer Makrostationen gemäß der folgenden Formel berechnet werden. Es ist ersichtlich, dass der maximal zulässige Pfadverlustunterschied zwischen 5g NR 3.5 GHz Uplink und Downlink 13.65 dB erreicht und die Netzwerkabdeckung durch den Uplink und den Uplink-Pusch-Kanal begrenzt ist.

PLmax=PTx-LfGTx-Mf-MlGRx-Lp-Lb-SR

Wo pTxSendeleistung der Basisstation, lfFeeder-Verlust, GTxAntennengewinn der Basisstation, MfSchattenverblassen und schnell verblassender Rand, MlInterferenzmarge, GRxAntennengewinn für Mobiltelefone, lpGebäudedurchdringungsverlust, lbVerlust des menschlichen Körpers, sRxEmpfindlichkeit des Mobiltelefonempfangs




4.3 5G AAUAnwendungsszenario

In dicht besiedelten städtischen Gebieten führt die komplexe drahtlose Umgebung zu einer Verschlechterung der Interferenzen, und die Hochhäuser führen zu hohen Anforderungen an die vertikale Abdeckung und einem großen Bedarf an Benutzerkapazität. 64tr-Geräte können ein besseres MIMO-Beamforming im großen Maßstab ermöglichen, eine Mehrbenutzer-MIMO-Übertragung mit hohem Datenverkehr realisieren und die vertikale Abdeckung erheblich verbessern. In vorstädtischen und ländlichen Gebieten ist die Erfolgsquote bei der MU-MIMO-Kopplung geringer, und 64-tr-Geräte können ihre Kapazitätsvorteile nicht voll ausschöpfen, sodass Geräte mit geringer Konfiguration verwendet werden können. Der Einsatz von 32 Antennen kann den Bedarf decken. Für abgelegenere Gebiete sind die Anforderungen an die Kapazität nicht hoch, und die Hauptlösung besteht darin, das Abdeckungsproblem zu lösen. Derzeit wird nicht einmal Massive MIMO verwendet. Verwenden Sie einfach 8-Port-RRU, um die Antenne direkt anzuschließen.

Die folgende Abbildung zeigt das Szenario eines Netzwerkabdeckungsschemas, das von einem Gerätehersteller vorgeschlagen wurde. Die Makrostation ist die wichtigste Produktform. 64 Billionen AAU decken den kontinuierlichen Bedarf an hoher Kapazität im 4G/5G-Stadium, und 32 Billionen AAU mit niedriger Konfiguration decken den Bedarf an 4G/5G-Bereichen mit geringem Datenverkehr und kostengünstigem Netzwerkaufbau. Zu den Produkten für Innenverteilungssysteme gehören 2tr- und 4tr-Geräte. Das vorhandene Netzwerk-Passivraum-Subsystem oder der Neubau werden verwendet, um Innenszenarien mit hohem Wert und hohem Durchfluss zu lösen. Darüber hinaus wird die Radiofrequenzeinheit (RRU) der MicroStation-Basisstation 4tr häufig in belebten und heißen Szenen wie Wohngebieten und Fußgängerzonen eingesetzt.

Abbildung 4-4 ​​Szenario einer Netzwerkabdeckungslösung eines Geräteherstellers

Aus den Berechnungsergebnissen in Abschnitt 4.2 geht hervor, dass die Uplink-Abdeckung von 5g NR im 3.5-GHz-Band begrenzt ist, was hauptsächlich auf die begrenzte Endgeräteleistung zurückzuführen ist. In Anbetracht der Tatsache, dass die Anforderungen an die Uplink- und Downlink-Dienstraten in einem Zeitraum nach der Einführung von 5g in der Zukunft immer noch asymmetrisch sind (die Downlink-Ratenanforderungen sind viel höher als die Uplink-Anforderungen), um die bestehende Netzwerkstruktur aufrechtzuerhalten und das Netzwerk zu reduzieren Baukosten. Dadurch können Betreiber 5G schnell auf vorhandenen 4G-Standortpunkten stapeln und bereitstellen, und die Uplink- und Downlink-Entkopplung (SUL) kann verwendet werden, um das Problem des Engpasses bei der Uplink-Abdeckung zu lösen. Das heißt, der Uplink nutzt die alte LTE-Ausrüstung. Die Bandbreite des 1.8-GHz-FDD beträgt 5g NR, um die Abdeckung zu verbessern, und der Downlink setzt 5gnr im 3.5-GHz-Band ein.

Abbildung 4-5 Entkopplungslösungen für Uplink und Downlink mit unterschiedlichen Frequenzbändern


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