2019-12-3 15:51

5G需要何种天馈系统?天线系统产业蓉城共商需求和挑战

C114讯 12月3日消息 2019年,5G可谓是风光无两,先是6月6日工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放5G商用牌照。在规模试点数月后,10月31日,三大运营商同步发售5G商用套餐,我国正式进入5G商用元年,这也意味着规模部署即将启动。

众所周知,5G产业链非常庞大,除了业界关注的运营商、主系统设备厂商之外,还有包括光纤、芯片模组、天线、模块/器件均是重要的组成部分,缺一不可。作为5G商用中的重要一环,天线作为无线电波的出口和入口好比人的眼睛和耳朵,移动通信依赖天线完成网络覆盖,可以说天线的功能和作用无可替代。

基于此,由中国通信学会举办的“2019天线射频系统与5G通信专题研讨会”在四川成都召开,C114在现场了解到,包括中国工程院院士、天线系统产业联盟主席段宝岩,工信部电子司处长吴国刚,中国通信学会秘书长张延川,三大运营商专家,华为、京信等天线产业链厂商以及院校专家纷纷就5G时代丰富应用场景下的天线需求和解决方案进行深入分析和探讨。

5G已商用,天线射频技术需要变革

如前文所述,2019年是5G通信的元年,全球主要国家的运营商都已正式启动5G网络的规模部署。大会主持人,天线与射频技术委员会副主任、天线系统产业联盟秘书长李永波表示:“5G网络将面向eMBB、mMTC、uRLLC三大场景,全面提升峰值速率、移动性、时延、连接密度数、流量密度和能效等能力。5G与超高清视频、AR/VR、车联网、工业互联网等垂直行业相结合,赋能垂直行业创新升级,助力数字化经济增长,是社会发展的重要引擎。5G将改变整个社会,是全球经济和科技竞争的战略制高点。”

天线与射频技术委员会副主任、天线系统产业联盟秘书长李永波

5G从设计之初就被赋予了构建万物互联智能世界的历史使命,无论是标准、网络架构、应用场景等方面都要进行全方位的变革,无论是业界关注度,还是产业参与度都属历代之最。李永波指出,天线与射频是5G通信关键技术,5G时代的天线与射频系统在高频器件、场景分类、天面重构、资源共享和能源效率及集成与解耦等等众多课题亟待研究,天线和射频技术创新与战略决策是解决这些矛盾的必经之路。

中国工程院院士、天线系统产业联盟主席段宝岩

在这一过程中,中国工程院院士、天线系统产业联盟主席段宝岩表示,一方面天线系统产业联盟致力于为企业打造技术交流的平台,促进行业技术的发展;另一方面国内需要重点打造关键核心技术;另外,需要瞄准未来,瞄准新技术、新动向来推动天线产业的发展。

工信部电子司处长吴国纲

工信部电子司处长吴国纲表示,5G时代,应用场景将更加丰富,终端设备对射频器件的需求量、复杂度以及集成化程度也将进一步提升。为此,天线射频系统的材料、器件、芯片,模块都需要进行重新设计。不过,这也是难得的发展机遇,国内产业链应抓住机遇,形成紧密的合作关系,重视产品长板,长板带动短板。“

中国通信学会秘书长张延川

中国通信学会秘书长张延川也强调:“5G网络建设中,天线是核心的关键点。目前5G大规模阵列天线的使用,也面临着高功耗、辐射强度等系列问题,同时现有解决方案也将推动天线产业进行颠覆性的变革。”

中国移动设计院网优业务部副总经理高峰主持专题报告

中国移动设计院网优业务部副总经理高峰主持了会议,同时通告了中国移动5G规模试验进展和近期启动的5G大会战的情况。他认为4G/5G将长期共存,4G/5G网络协同优化和面向客户感知是目前5G网络优化的重点。随着5G建设的加速,5G天线也面临着诸多的挑战,如能效、权值优化等问题。另外由于5G应用场景更加多样化也给天线产业也带来更多的挑战和机遇。

5G时代天线需求与挑战并存

中国移动通信研究院高级专家曹景阳

作为5G网络的最终建设方,运营商对当前天线与射频系统的需求和挑战最有发言权,中国移动通信研究院高级专家曹景阳表示,5G时代天面资源紧张,4G,5G网络将长期共存,为了支持5G天线建设需要进行天面整合。因而对5G天线需求有三大方面,其一,更多频率,更高融合;其二,更多场景,更深覆盖;其三,更多功能,更加智能。此外,5G基站天线的新形态也产生了新的测试需求。

中国信息通信研究院高级专家吴翔

针对5G全新的测试需求,中国信息通信研究院高级专家吴翔表示,不同于传统的2G、3G、4G测试,5G时代Sub 6GHz基站由于射频口众多,而mmWave基站无射频链接端口,因此需要采用OTA(Over The Air)方式进行测试,主要涉及5G基站的多波束立体方向图、、空口射频指标、性能等测试。目前中国信通院可以在Sub6G和毫米波提供全面的射频与性能测试解决方案。其中与高校、仪表企业、无委检测中心紧密合作研发的动态赋形紧缩场,已经写入3GPP,全面支持带内/外指标的精准高效测试。

中国联通网络技术研究院无线技术研究部三室主任张涛

中国联通网络技术研究院无线技术研究部三室主任张涛认为,5G网络应通过“弹性空口”解决方案,打造“弹性”、“智能”、“协同”的网络,实现业务体验与系统效率的双提升。通过高低频协同和宏微协同打造灵活协同的分层网络。针对室外覆盖,结合场景需求和综合TCO最优原则选取64TR、32TR及其他通道数类型宏站设备满足网络差异化部署需求;针对室内覆盖,需要依据室内场景的差异化需求,规划多样化产品形态,提供高效能、场景化的室内数字化解决方案;针对大容量2B类场景,后续将引入毫米波技术实现“WoPARK”园区专网解决方案,实现定制化专网服务。5G技术须跟AI相融合,引入基于AI的节能技术、智能化波束管理技术等综合提升5G网络效能。

江苏联通网优中心技术主管刁振宇

那么在一线的运营商网优部门看来,5G时代的天线又有哪些需求呢?江苏联通网优中心技术主管刁振宇表示,未来4G仍是重要的基础承载网络,预计5G和4G将会长期共存。中国联通和中国电信宣布共建共享后,天面资源的整合需求将会更加迫切。传统的人工优化天线向AI+算法自动寻优转变,人机协同、分场景优化将是趋势。刁振宇指出,5G天线带来了4“高”优化挑战。其一,现网移频改造,对现网性能影响高;其二,引入Massive MIMO后波束复杂,RF优化难度高;其三,NSA阶段,4G/5G“一张网”协同优化要求高;其四,5G将赋能千行百业,业务复杂也就意味着对差异化体验要求高。

中国电信技术创新中心副主任杨峰义

中国电信技术创新中心副主任杨峰义也坦言,5G时代亟需降低运营成本,首先是要解决基站能耗问题。电信业各产业链应该积极推动技术进步,不断提高设备性能,降低功耗,同时还要引入智能手段,基于业务情况实现动态能耗管理。京信通信系统(中国)有限公司天馈部总经理孙善球也指出,运营商面临着5G设备成本高,运营电费高,电力配套改造费用高、周期长等挑战。作为5G产业链中的重要一环,这些都是天线产业需要解决的一系列挑战。

产业链已就绪

面对5G时代天线射频系统的挑战,天线产业链上下游的成熟程度如何呢?C114在现场了解到,产业链的核心厂商均已根据5G的技术特性备齐了相应的解决方案,并在现网中得到应用。

华为技术有限公司天馈事业部副总裁孙全

6月6日,工信部发放5G商用牌照之后,三大运营商就开始了5G网络的部署。从第一阶段的天面部署情况看,华为技术有限公司天馈事业部副总裁孙全表示,主要面临天面空间受限、站点承重受限以及安装环境受限三大挑战。与此同时,由于5G二期较一期部署规模更大,因此天面资源紧张程度将会加剧,那么5G需要什么样的天线系统?孙全认为,5G天线系统除了具备更强的性能之外,更要考虑工程安装方面如何支撑5G网络实现简化、快速部署。由此,华为提出5G天面“1+1”概念,通过单扇区双抱杆“1+1”(水平维)和单抱杆 “1+1”(垂直维)两种场景以及对应的全频段无源天线、5G有源天线、5G无源+有源融合天线等解决方案,能够实现5G天面的快速部署及灵活演进。

中兴通讯股份有限公司首席专家赵志勇

中兴通讯股份有限公司首席专家赵志勇表示,5G时代引入了Massive MIMO技术,天面与系统将深度融合,从一维走向二维,能够满足多场景覆盖需求,其多波束的特性能够使频谱效率提升6-8倍。另外中兴通讯的解决方案能够通过全数字赋形对波束进行精细化管理。

京信通信系统(中国)有限公司天馈部总经理孙善球

针对运营商部署网络的成本压力和能耗问题,京信通信系统(中国)有限公司天馈事业部总经理孙善球表示,5G无线网络部署思路应该“基于场景,按需分配,兼顾全域覆盖和经济建设”。5G无线网覆盖主要分为广域覆盖、深度覆盖和热点覆盖。对此,孙善球认为16/8/4TR是广域网覆盖场景主流配置,64T/32TR是热点场景的增强配置,而且16TR是一般城区广域覆盖场景最佳配置。在孙善球看来,32TR实时3D波束扫描能力局限在±0.5°范围内,不具有实用价值;16TR容量和水平面多波束能力足以满足广域覆盖场景扫描要求,另外相比32TR,16TR增益提升1.0dB,副瓣干扰电平改善5dB,同时能耗降低12%,设备成本降低27%。

诺基亚上海贝尔首席技术官胡旸

在第二天的会议上,诺基亚上海贝尔首席技术官胡旸建议,在5G规划阶段共站小区间天线方向角沿用4G,对于张角远大于120度的小区,可以考虑拆分小区;另外,在承载4G倾角的基础上适当抬高天线倾角,使得主力波束对准小区边缘,提升覆盖,并在主力覆盖层下面增加填充波束,提升小区中心覆盖。在优化方面,需要避免TDD/5G在2.6GHz灵活带宽组网干扰,与此同时应该采用AI算法,基于3D业务聚位的5G mMIMO天线优化方法。胡旸强调,5G组网应该基于现网的业务类型,立足网络实际,宏微并举。

摩比天线技术(深圳)有限公司副总经理安涛

业内预计,5G时代将会有85%的应用场景发生在室内,室内覆盖效果的好坏将直接决定用户体验感,进而影响5G网络的推进速度。对此摩比天线技术(深圳)有限公司副总经理安涛表示,场馆作为一种典型的5G室内覆盖场景,在5G时代将会给业界带来十亿级规模收入,而现有场馆覆盖方案无论从天面还是配套系统方案层面均不能够有效的支撑5G通信系统的三大典型场景需求,目前的场馆天线配置比较单一,场馆内布局小区干扰非常严重,实际的用户体验感很差,无法支持NR2.6G以上频率,无法支持4T4R的5G高阶MIMO需求,同时也无法支持切割不同容量覆盖需求的细分场景,系统端目前的PICO或Smallcell形式还以单模2T为主,还无法支持5G 4 *MIMO多模的需求;整体系统配置成本较高,在5G已经规模建设的当下,针对以上场馆覆系统存在的天面、系统,配置及性价比等问题和挑战,摩比天线推出多频精细化覆盖场馆赋形天线以及多模系统设备来满足5G时代大、中、小型场馆的覆盖需求。

中国移动通信研究院高级专家张欣旺

中国移动通信研究院高级专家张欣旺则表示,5G时代的室内覆盖面临诸多挑战,首先在频率方面,2.6G同频干扰、4.9G损耗较高,其次大带宽、高功率、多通道需求带来设备成本大幅增加,而5G室分产业链成熟度仍有待提升。对此,中国移动提出5G室内覆盖精细化建设思路。通过分布式皮基站、扩展型皮基站以及无源DAS等系列化产品以及低成本的融合组网方案,降低5G室分网络的CAPEX和OPEX成本。同时,中国移动提出AaaS平台(天线即服务)全新室内智能化运营思路,通过5G室分天线与蓝牙信标相结合,使得5G室分系统同时具备通信、导航和物联三大能力,助力运营商拓展室内垂直行业应用。面向孪生世界的全量数据采集需求,中国移动提出了“Smart Box”解决方案,服务于“5G+AICDE”发展战略。

中兴通讯股份有线公司算法工程师马宴铖

中兴通讯股份有线公司算法工程师马宴铖则从5G系统设备角度谈未来网络的权值优化策略,马宴铖表示复杂应用场景催生复杂权值组合,增加了网优人员操作复杂度,传统预设天线权值已无法应对多样化的覆盖场景。中兴通讯提出的Massive MIMO天线权值自适应可以替代人工的网规和网优;也可以实现最优覆盖,同时兼顾话务量和频谱效率;此外能改善小区重叠覆盖度,减少和控制干扰,提升优化区域整体性能和用户感知。

探索新趋势、新技术

正如前文段宝岩院士所说,天线产业链的各方应该瞄准未来,瞄准新技术、新动向来推动天线行业的发展。对此,C114在现场了解到,产业链的天线厂商以及院校专家都发表了自己的见解。

华为技术有限公司天馈事业部副总裁孙全认为,未来基站天线技术有三大技术发展趋势。首先,所有频段都会向5G演进,5G天线需要实现全频段Beam forming、全频段4T4R+、以及全频段校准;其次,5G时代的极简站点带来了无线技术的升级,下一步将是加强天线与网络的协同设计,从而实现组件级协同、产品级协同以及特性级协同;最后,随着人工智能的蓬勃发展,天线势必将够实现智能化管理及应用。

中国信息通信科技集团武汉虹信天线事业部经理石萌

中国信息通信科技集团武汉虹信天线事业部经理石萌从5G大规模阵列天线发展趋势和设计的角度阐述了在eMBB场景下,针对热点高容量和连续广域覆盖的应用场景,为了提升频谱效率和对抗路径损耗,天线将向数字波束赋形以及混合波束赋形的方向发展。石萌认为,对于数字波束赋形天线的发展趋势是新材料、重量轻以及低成本,而对于混合波束赋形天线势必是朝着高增益、高效率以及多频融合天线的方向发展。

 

广东通宇通讯股份有限公司天馈事业部总经理赵伟

广东通宇通讯股份有限公司天馈事业部总经理赵伟则从具体技术的角度阐述了天线新技术的发展方向。首先是LDS激光直接成型技术,主要应用于设计制作振子单元,具有重量轻、同一基材上能制作不同电路等特点,不过目前成本较高;其次是SPOP塑料局部电镀技术,主要用于设计制作振子分模块,能够实现振子功分一体化设计等功能。

佛山市粤海信通讯有限公司总经理郑洪振

佛山市粤海信通讯有限公司总经理郑洪振阐述了新一代复合超材料龙伯透镜。将透镜天线的高增益多波束的特点,用于移动通信领域,不仅可以更好的细化优化无线网络覆盖,提高频谱效率和通信质量,扩充网络容量,还可以降低基站功耗,减少基站站址建设数量,降网络建设和运营费用,节约土地资源,更符合社会持续发展的长期目标。

西安海天天线科技股份有限公司首席科学家肖良勇

西安海天天线科技股份有限公司首席科学家肖良勇认为,低功耗、节能、高增益广覆盖、小型化龙伯介质透镜多波束天线提供5G一种不同于当前技术的新的解决方案。研究、探讨两种解决方案、互相融合、取长补短是当前需要解决的问题,需要运营商、设备商、天线厂家的共同合作。

北京邮电大学姚远教授则从毫米波着手,论述了实现高辐射效率毫米波天线的方法。基于开缝波导模式,构建了新型毫米波圆极化渐变缝隙天线,以及基于波导模式合成法,构建了新型毫米波圆极化隔片天线。两类毫米波天线均基于波导结构,具有宽带、低损耗、圆极化等特性。为5G毫米波甚至是6G的天线需求进行了技术储备。

北京邮电大学姚远教授

西安电子科技大学教授赵鲁豫主要阐述了新材料与超材料在5G天线中的应用。通过超材料实现高密度Massive MIMO阵列的口径缩减,单元间距从半波长缩短为0.3波长,采用分形等方式实现天线单元尺寸缩减,最终实现基站天面迎风面缩减,减少风阻,保持基站天线原始性能不损失。与此同时赵鲁豫教授还介绍了液晶材料、液态金属未来应用于天线领域的可行性。

西安电子科技大学教授赵鲁豫

广东生益科技股份有限公司市场部经理栾翼

广东生益科技股份有限公司市场部项目开发经理栾翼从高速、射频PCB应用市场分析入手,阐述了5G时代高速、射频材料技术的发展方向以及面临的挑战。面对5G无线通讯网络的核心设备的不同形态。栾翼从5个方面进行了介绍:1.核心网络、路由器、交换器、服务器的选材建议。2.功率放大器、滤波器、低噪声放大器等射频器件等选材建议。3.4G及5G基站天线中移相器、振子、功分器、较准板、承载板等产品结构的选材建议。4.长短距离汽车雷达及毫米波雷达天线的选材建议。5.手机及终端类天线的选材建议。面对这些挑战和市场需求,栾翼表示,生益科技已经拥有应用于5G有线、无线产品的全系列材料解决方案并且正在以非常稳定的生产控制能力大批量交付,为5G的批量供应提供了保障。

中国移动通信设计院高级专家朱文涛

5G时代,势必是4G/5G长期协同的状态,中国移动通信设计院高级专家朱文涛表示,4/5G的协同优化需要做到频率协同、锚点优化、参数协同、干扰协同以及覆盖优化,从而实现双网最优。不过在天线层面的优化面临着各厂商波束种类繁多,缺乏统一规范;区域优化困难,单小区提升明显,区域不明显;还需要兼顾4/5G、室内外、多场景。据了解,中国移动目前已经针对这些挑战进行了天线自动优化以及精准动态覆盖等提升4/5G客户感知的应用案例。

江苏华帕微波技术有限公司技术带头人王明明则全面阐述了5G毫米波大规模有源阵列天线的研究,王明明认为,当前天线面临路径损耗大、波束赋形以及多用户的挑战和需求,相应的解决方法是天线阵列、模拟/数字移相合多通道,而当前大规模有源阵列天线是最优的选择。

中国电科五十四研究所创新中心高级专家秦一峰

大会现场,还有来自中国电科五十四研究所创新中心高级专家秦一峰就5G移动通信发展阐述了自己的观点。

5G已来,新业务、新网络、新技术,给5G网络建设,维护带来全新的挑战。为了实现5G的高效、低成本建设,天线射频技术亟需实现颠覆性的变革,特别是在高频器件、场景分类、天面重构、资源共享、能源效率等领域,在这一过程中需要产学研用各方通力合作,共同探讨技术方案的可行性。正如段宝岩院士所言,天线系统产业联盟的初衷是致力于为企业打造技术交流的平台,促进企业发展的同时促进天线行业技术的发展,进而推动通信产业的发展。

来源:C114通信网

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本评论 更新于:2019-12-7 18:13:22