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如何看待移动220万面基站天线集采?

发布时间:2022-03-28 点击数:187
“444”、“4448”这些神秘代码到底是什么意思?中国移动为什么要采购这些天线?两次采购规模不同又意味着什么?本文有点啰嗦,要从基站天线演进史说起。

2022年3月11日,中国移动发布《2022年至2023年444天线及单4天线(含700M)》集采公告,其中,“4+4+4”700/900/1800独立电调天线采购规模为46.5万面,700M单频天线为3.5万面。

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早在2021年,中国移动已集采约174万面多频段(含700M)天线,包括4+4+4天线(700/900/1800MHz)、4+4+4+8天线(700/900/1800/FA)和单4天线(700MHz),其中,4448天线需求为114万面,444等其余型号天线需求为60万面。

“444”、“4448”这些神秘代码到底是什么意思?中国移动为什么要采购这些天线?两次采购规模不同又意味着什么?

本文有点啰嗦,要从基站天线演进史说起。

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基站天线演进史

早期的 GSM 基站天线仅支持900MHz或1800MHz频段,采用空间分集技术,在基站的每个扇区部署2根具有一定间隔距离的单极化天线,每根天线提供一个端口通过馈线连接基站主设备,其中一根负责接收/发送无线信号,另一根只负责接收信号。

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2G早期单极化天线

空间分集技术将两根接收天线在物理位置上分开,可改善上行链路质量,提升小区上行覆盖短板,但这种方式的弊端是显而易见的,不仅占用更多的天面空间,而且影响美观。

所以,后来基站天线技术发生了重大改进——采用一根包含两个端口(对应两组极化分集的天线阵列)的双极化天线取代了以前的两根单极化天线,以极化分集技术替代了原来的空间分集技术。

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双极化天线

常见的双极化天线为±45度交叉极化天线,即两个端口分别对应两组相互正交的、分别采用+45度和-45度偏振的天线阵列。

理论上讲,空间分集的性能略好于极化分集,但考虑极化分集更省天面空间,加之随着2G基站越来越密集,每个站点的覆盖范围要求越来越小,空间分集那点微弱的优势就变得不那么重要了。因此,随着时间推移,双极化天线成为了基站天线的首选方案。

但进入3G时代,新的问题又来了。

每一代移动网络都会分配新频段,天线作为无线信号收发的关键器件,当然也需支持新频段。3G使用1.9GHz、2GHz、2.1GHz等新频段,需新增支持3G频段的天线,会导致铁塔天面上2G和3G基站天线共存,让运营商再次面临节省天面空间和运营成本的问题。

在此背景下,双频段或多频段天线应运而生。

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3G时代四端口双频段天线

通常,多频段天线将支持多个频段的多个天线阵列集成在一个天线罩里,每个频段对应一组双极化天线阵列,以及对应两个天线端口。支持的频段越多,内部阵列和辐射单元布局设计越复杂,天线的体积和重量可能越大,对应的天线端口也越多。

走过了从单极化天线向双极化天线、多频段天线的演进历程,一根物理天线的内部阵列和端口变得越来越多,那接下来进入4G时代,天线技术又将如何演进呢?

众所周知,为提升频谱效率、容量和覆盖能力,4G LTE引入了核心技术——MIMO多天线技术,其在基站侧和终端侧部署多个天线,每个天线使用相同的频率资源独立传输数据流,既能通过发射分集改善小区边缘覆盖,也能通过空间复用并行传输2个或多个数据流来提升数据速率。

3GPP在LTE规范中定义了多种传输模式,以适应不同的信道条件、MIMO天线配置。比如,LTE-Advanced规范定义了9 种不同的传输模式 (TM) ,可适用于1/2/4/8个基站发射天线和2/4个终端接收天线,从而形成1x2、2x2、4x2、4x4、8x2、8x4等多种MIMO天线配对。

MIMO越高阶,天线数目越多,小区容量和覆盖性能越强。比如,在下行方向要形成4x2 MIMO,基站侧需配置4根发射天线;要形成8x2 MIMO,基站侧需配置8根发射天线。正因如此,我们在4G时代经常看到4T4R(基站侧配置4根发射天线和4根接收天线),甚至8T8R的基站天线配置。

通常,一根带两个端口的双极化天线可支持2T2R,将两个双极化阵列(四天线)封装在一个天线罩中可支持4T4R。为支持多流波束赋形,更大地提升小区容量和边缘覆盖能力,TD-LTE还采用了8通道(8T8R)天线规格,这要求将四个双极化阵列(8个端口)封装在一个天线罩里。

于是,一方面由于要支持更高阶MIMO,另一方面4G再次引入了新频段,为节省天面空间,要求多频段天线收编的频段更多,4G时代的天线端口数量又上了一个新台阶。

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4G时代多通道天线

以中国移动为例,4G时代的室外宏站点存在GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800、TD-FA、TD-D多个频段多种制式,为了让一个天线系统收编多个频段,并支持TD-LTE 8通道天线,业界就推出了4488天线。

4488天线,即4端口支持900M,4端口支持1800M,8端口支持F&A频段,8端口支持D频段,其中,900M和1800M的接头类型为DIN头,FA和D频段的接口类型为四芯和五芯集束接头。

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4488天线

迈入5G时代,由于5G采用RRU+天线一体化的AAU单元,无法与现有的2/3/4G共天线,同时三大运营商共享铁塔资源进一步加剧天面空间紧张,于是以4488天线收编现有2/3/4G频段,并与5G AAU形成“1+1”双天面架构,成为了最省天面空间、最省铁塔租金的理想方案。

但接下来700M 5G来了,如何进一步简化天面?答案就是中国移动集采的这一批4448天线和444天线。

4448天线,指支持700M、900M、1800M和FA频段的多频段天线,4端口支持700M、4端口支持900M、4端口支持1800M、8端口支持FA频段。其中,NR 700M频段支持4T4R,TDD-FA支持8通道天线,对于共享4天线通道的GSM900/FDD900或GSM1800/FDD1800,GSM和FDD可通过分享天线通道各占2通道,FDD开启2T2R,后期GSM退网后,还能升级到FDD 4T4R。

444天线,指4端口支持700M,4端口支持900M,4端口支持1800M。

那4448天线与4488天线有什么区别呢?关键在TDD-D频段。

5G时代中国移动主要用于室外覆盖的频段包括NR 700M、GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800、TDD-FA、TDD-D和 NR 2.6G。其中,原来的TDD-D频段与新分配的NR 2.6G组成连续的160MHz大带宽。由于160MHz宽频AAU既支持5G NR 2.6G,也支持TDD-D频段3D-MIMO,两者可共天馈,所以可以将原TDD-D频段迁移至5G AAU。

这样一来,新增NR 700M频段后,可以通过一个4448天线收编所有NR 700M、GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800和TDD-FA,并与支持2.6G 160MHz宽频的AAU形成“1+1”双天面架构。

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简而言之,从2G到5G时代,随着频段不断新增,MIMO技术发展,以及铁塔天面空间越来越紧张,运营商为了提升网络效率、降低铁塔租金,推动了天线技术不断向更多端口/天线阵列演进。

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那最后的问题是,中国移动2021年集采了约114万面4448多频段多端口天线,而本次没有采购4448天线,只采购了46.5万面444天线和3.5万面700M单频天线,原因何在?

“每一块钱要花在刀刃上”。天线收编的频段越多、支持通道越多,内部设计越复杂,成本越高。为了实现精准投资,并不是所有的场景都会采用4448天线。对于城镇覆盖场景,用户更密集,对网络容量、边缘速率等要求更高,需要NR 700M与2.6G统筹部署,且天面空间可能更紧张,因此更需要4448天线。而对于农村场景,可能只需采用444天线,用NR 700M对齐GSM900/FDD900或GSM1800/FDD1800实现5G广覆盖即可。从这个角度看,中国移动两次基站天线集采表明其700M 5G部署正从城市向农村扩展,逐步实现全覆盖。