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2022年3月11日,中國移動發布《2022年#2023年444天線及單4天線含700m》集采公告,其中,“4+4+4”700/900/1800獨立電調天線采購規模為46.5萬面,700m單頻天線為3.5萬面。
早在2021年,中國移動已集采約174萬面多頻段含700m天線,包括4+4+4天線(700/900/1800mhz)、4+4+4+8天線(700/900/1800/fa)和單4天線(700mhz),其中,4448天線需求為114萬面,444等其余型號天線需求為60萬面。
“444”、“4448”這些神秘代碼到底是什么意思?中國移動為什么要采購這些天線?兩次采購規模不同又意味著什么?
本文有點嗦,要從天線演進史說起。
天線演進史
早期的 gsm 天線僅支持900mhz或1800mhz頻段,采用空間分集技術,在的每個扇區部署2根具有一定間隔距離的單極化天線,每根天線提供一個端口通過饋線連接主設備,其中一根負責接收/發送無線信號,另一根只負責接收信號。
2g早期單極化天線
空間分集技術將兩根接收天線在物理位置開,可上行鏈路,提升小區上行覆蓋短板,但這種方式的弊端是顯而易見的,不僅占用更多的天面空間,而且影響美觀。
所以,后來天線技術發生了重大改進——采用一根包含兩個端口對應兩組極化分集的天線陣列的雙極化天線取代了以前的兩根單極化天線,以極化分集技術替代了原來的空間分集技術。
雙極化天線
常見的雙極化天線為±45度交叉極化天線,即兩個端口分別對應兩組相互正交的、分別采用+45度和-45度偏振的天線陣列。
理論上講,空間分集的性能略好于極化分集,但考慮極化分集更省天面空間,加之隨著2g越來越密集,每個站點的覆蓋范圍要求越來越小,空間分集那點微弱的優勢就變得不那么重要了。因此,隨著時間推移,雙極化天線成為了天線的#方案。
但進入3g時代,新的問題又來了。
每一代移動網絡都會分配新頻段,天線作為無線信號收發的關鍵器件,當然也需支持新頻段。3g使用1.9ghz、2ghz、2.1ghz等新頻段,需新增支持3g頻段的天線,會導致鐵塔天面上2g和3g天線共存,讓運營商再次面臨節省天面空間和運營成本的問題。
在此背景下,雙頻段或多頻段天線應運而生。
3g時代四端口雙頻段天線
通常,多頻段天線將支持多個頻段的多個天線陣列集成在一個天線罩里,每個頻段對應一組雙極化天線陣列,以及對應兩個天線端口。支持的頻段越多,內部陣列和輻射單元布局設計越復雜,天線的體積和重量可能越大,對應的天線端口也越多。
走過了從單極化天線向雙極化天線、多頻段天線的演進歷程,一根物理天線的內部陣列和端口變得越來越多,那接下來進入4g時代,天線技術又將如何演進呢?
眾所周知,為提升頻譜效率、容量和覆蓋能力,4g lte引入了——mimo多天線技術,其在側和終端側部署多個天線,每個天線使用相同的頻率資源獨立傳輸數據流,既能通過發射分集小區邊緣覆蓋,也能通過空間復用并行傳輸2個或多個數據流來提升數據速率。
3gpp在lte規范中定義了多種傳輸模式,以適應不同的信道條件、mimo天線配置。比如,lte-advanced規范定義了9 種不同的傳輸模式 (tm) ,可適用于1/2/4/8個發射天線和2/4個終端接收天線,從而形成1x2、2x2、4x2、4x4、8x2、8x4等多種mimo天線配對。
mimo越,天線數目越多,小區容量和覆蓋性能越強。比如,在下行方向要形成4x2 mimo,側需配置4根發射天線;要形成8x2 mimo,側需配置8根發射天線。正因如此,我們在4g時代經常看到4t4r側配置4根發射天線和4根接收天線,甚#8t8r的天線配置。
通常,一根帶兩個端口的雙極化天線可支持2t2r,將兩個雙極化陣列四天線封裝在一個天線罩中可支持4t4r。為支持多流波束賦形,地提升小區容量和邊緣覆蓋能力,td-lte還采用了8通道8t8r天線規格,這要求將四個雙極化陣列8個端口封裝在一個天線罩里。
于是,一方面由于要支持更mimo,另一方面4g再次引入了新頻段,為節省天面空間,要求多頻段天線收編的頻段更多,4g時代的天線端口數量又上了一個新臺階。
4g時代多通道天線
以中國移動為例,4g時代的室外宏站點存在gsm900、fdd900、gsm1800、fdd1800、td-fa、td-d多個頻段多種制式,為了讓一個天線系統收編多個頻段,并支持td-lte 8通道天線,業界就推出了4488天線。
4488天線,即4端口支持900m,4端口支持1800m,8端口支持f&a頻段,8端口支持d頻段,其中,900m和1800m的接頭類型為din頭,fa和d頻段的接口類型為四芯和五芯集束接頭。
4488天線
邁入5g時代,由于5g采用rru+天線一體化的aau單元,無法與現有的2/3/4g共天線,同時三大運營商共享鐵塔資源進一步加劇天面空間緊張,于是以4488天線收編現有2/3/4g頻段,并與5g aau形成“1+1”雙天面架構,成為了#省天面空間、#省鐵塔租金的理想方案。
但接下來700m 5g來了,如何進一步簡化天面?就是中國移動集采的這一批4448天線和444天線。
4448天線,指支持700m、900m、1800m和fa頻段的多頻段天線,4端口支持700m、4端口支持900m、4端口支持1800m、8端口支持fa頻段。其中,nr 700m頻段支持4t4r,tdd-fa支持8通道天線,對于共享4天線通道的gsm900/fdd900或gsm1800/fdd1800,gsm和fdd可通過分享天線通道各占2通道,fdd開啟2t2r,后期gsm退網后,還能升級到fdd 4t4r。
444天線,指4端口支持700m,4端口支持900m,4端口支持1800m。
那4448天線與4488天線有什么區別呢?關鍵在tdd-d頻段。
5g時代中國移動主要用于室外覆蓋的頻段包括nr 700m、gsm900、fdd900、gsm1800、fdd1800、tdd-fa、tdd-d和 nr 2.6g。其中,原來的tdd-d頻段與新分配的nr 2.6g組成連續的160mhz大帶寬。由于160mhz寬頻aau既支持5g nr 2.6g,也支持tdd-d頻段3d-mimo,兩者可共天饋,所以可以將原tdd-d頻段遷移#5g aau。
這樣一來,新增nr 700m頻段后,可以通過一個4448天線收編所有nr 700m、gsm900、fdd900、gsm1800、fdd1800和tdd-fa,并與支持2.6g 160mhz寬頻的aau形成“1+1”雙天面架構。
簡而言之,從2g到5g時代,隨著頻段不斷新增,mimo技術發展,以及鐵塔天面空間越來越緊張,運營商為了提升網絡效率、降低鐵塔租金,推動了天線技術不斷向更多端口/天線陣列演進。
那#后的問題是,中國移動2021年集采了約114萬面4448多頻段多端口天線,而本次沒有采購4448天線,只采購了46.5萬面444天線和3.5萬面700m單頻天線,原因何在?
“每一塊錢要花在刀刃上”。天線收編的頻段越多、支持通道越多,內部設計越復雜,成本越高。為了實現投資,并不是所有的場景都會采用4448天線。對于城鎮覆蓋場景,用戶更密集,對網絡容量、邊緣速率等要求更高,需要nr 700m與2.6g統籌部署,且天面空間可能更緊張,因此更需要4448天線。而對于農村場景,可能只需采用444天線,用nr 700m對齊gsm900/fdd900或gsm1800/fdd1800實現5g廣覆蓋即可。從這個角度看,中國移動兩次天線集采表明其700m 5g部署正從城市向農村擴展,逐步實現全覆蓋。