5G通信技術對基站和智能手機的天線帶來哪些挑戰？ - 全文

4G 通信技術已經普及，第五代通信技術5G也正在加快商用的腳步。本文我們將簡單聊一聊5G的天線技術。為了帶來更快的速度，基站的天線有了哪些變化？5G手機的天線又會有哪些特點？

5G的特點

5G具有高速率、海量設備聯接、低功耗、低時延和高可靠的優點。不過想像很美好，現實很骨感，5G實現過程困難重重。具體表現為：

5G相比4G要滿足的場景更復雜，性能要求也較高；

5G需要新增大量基站，來實現超密集部署；

5G也需要大量頻譜資源來實現超高速率；

5G微基站對天線需求大增

山鼻祖仙農提出了通信界的金科玉律：C=B log2（1+S/N）。

簡單地說：理論傳輸速率C與帶寬B直接相關，這個很好理解，道路寬度直接決定車流量上限。

同理，要提高車流量，與其制定更為復雜的道路規則（對應通信里的各種協議，編解碼規則），不如增加車道數來提高車流量最為有效，這是最簡單粗暴——公主抱般的方式。

移動通信的頻譜資源太有限，想要增加帶寬（B）只有采用更高的頻段。5G的毫米波方案就像多條N車道的超寬高速公路，對每輛車的限速有了大幅提升。但是問題來了，電磁波的傳播特性很有趣，頻率越高傳播路徑越直，不能掰彎。這樣的話打個電話還得對著天線方向。也太反人性了。聰明的通信人想到了微基站技術。想像手術臺上的無影燈，通過增加光源實現全覆蓋。

通過把宏基站變成多個微基站來增加覆蓋面積，解決直線傳播的問題。同時，宏基站不再負責對接入網設備，而是由每個微基站來做這部分工作，有了更多的基層工作人員，上層領導可以管理更多人。麻煩的事還有：高頻段信號傳播損耗大，需要大規模多天線技術（MassiveMIMO）來實現空間分集，抑制傳播損耗。這里的MIMO是多輸入多輸出的意思，基站與手機間有更多的信道并行通信，每對天線獨立傳送一路信息，匯集后成倍提高速率，想想也是極好的。

就像戀愛約會時，感覺除了心上人其他的聲音都是噪音。通信人又想到用大規模天線陣列控制每一個天線單元的發射（或接收）信號的相位和信號幅度，產生具有指向性的波束（像手電一樣），消除來自四面八方的干擾，增強波束方向的信號。

這種對空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴的頻帶資源，幾十倍地提升網絡容量。同時，可以更為精確地定位設備。

天線長度約為1/2波長或者1/4波長，5G毫米波時代天線越來越小，數量成對增加。現在4G手機多為2×2，5G至少為4×4，同時基站天線也多達128或者256根天線。萬物互聯，也還都是需要天線的。

上面已經介紹了根據5G的特點，所需的天線會有一定的變化，那么對于終端來說，天線相比4G會有什么特點？

5G的手機天線特點

（1）5G終端天線，對周邊金屬很敏感，

由于毫米波之波長很短，來自金屬的干擾是非常厲害的，印刷線路板（即PCB板），需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。

（2）5G天線是垂直與水平天線交互的點陣

這種垂直和水平交互的天線，對應垂直和水平兩個極化方向的信號收發。

（3）5G天線對安裝位置有特殊要求

由于5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規則的位置進行擺放，天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規則的空間。

5G終端，被人手和人體遮擋，其信號都會開始尋找最優誤碼率頻段，形象的說，手機像一個長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉動尋找最優信道。我們把5G手機這一動作叫手機尋優，因此，設計終端時候，安裝天線位置一開始就要合適，使其好尋優。目前手機終端中，最適合5G天線位置是兩端，尤其是上端部（聽筒位置附近），其他4G內天線都要給其讓路，也就是說有優選位置權，其他天線移到他處。