优化5G网络及物联网的天线设计

2019-11-28陈忠平

商品与质量 2019年42期

陈忠平

贵州省广电网络股份有限公司贵阳市观山湖区分公司贵州贵阳 550000

1 5G网络与物联网发展分析

1.1 物联网的现状分析

物联网是促进新兴经济增长的战略性新兴产业，具有良好的市场效益，在2014-2018年间，中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测中的数据表明：安全，交通，电力，物流等行业物联网市场规模分别达到600亿元，300亿元，280亿元和150亿元，在2018年，中国物联网产业规模达到2600多亿元，成为我国经济发展的一项非常重要的指标。从实际上来看，物联网实际上是一个由感知层，网络传输层和应用层组成的传感器网络系统，它整合了Iliary的网络系统，然后完成移动网络的计算和传输，成为互联网业界关键技术发展的新突破。互联网技术可以通过无线网络技术打破人与人之间的沟通瓶颈，具有非常广泛的应用开发前景[1]。

1.2 5G网络与物联网之间融合的必要性

只有完整的网络系统标准涵盖的互联网技术在一些方面和5G移动终端技术相互支持，才能满足人们和事物之间的需求。物联网与5G网络的连接更加需要注意安全性，为了满足移动通信网络和移动互联网的需求，对于安全性和隐私性要求较高。特别是，某些行业机制需要高安全性和隐私要求，原因是因为物质之间的链接不会违反安全目标。在QOS保护机制的保护下，移动互联网业务的安全性将会取得更大的进展，并且随着移动互联网的发展，5G通信技术与物联网紧密结合，成为不可分割的整体。目前互联网的应用范围非常广泛，给人们带来了许多便利，用户不再需要构建小型局域网，可以轻松的通讯联系，更成熟的网络体验促进了服务和营销模式快速发展，大幅度降低了网络建设成本，所以说5G网络与物联网之间的融合是非常有必要的。

2 优化5G网络的天线设计

2.1 优化5G网络天线设计的关键技术措施

天线作为5G网络收发连接载体，可承接多个连接方式，包括WIFI、蓝牙、北斗卫星、GPS、FM等等；多种系统接入不同物联网产品，对天线产品性能、指标、设计提出更高要求；天线功能十分庞大；传统上，为了提高无线电信号的传输质量，MIMO技术是一个很好的选择，MIMO技术是通过多个天线同时发送和接收无线电信号，然后向数十个目标发送和接收无线信号，以便充分利用空间资源，增加有效频段资源网络容量，天线技术天线可以同时处理同一信号，这种应用模式虽然对空间传输容量和频谱利用率没什么贡献，但却可以极大地提高无线传输的可靠性。天线设计的设计形态有空间分集、空间复用与波束赋形三种不同的形式，为了迎合5G系统的频谱，毫米波技术被广泛应用，由于该技术可以提高设备的集成化，为大规模MIMO天线同时实现3种应用模式提供了技术保证。大规模MIMO天线的数量很大，信道往往是正交的，系统性能也就更加稳定[2]。

2.2 5G天线点阵技术

5G网络是一个密集分布基站网络，基站分布密度比前几代移动系统都高。其中，基站移动终端之间采用28Ghz的毫米波频段通讯。基站天线系统采用相控阵天线体制。波束在垂直和水平两个方向交叉极化，以实现更高的用户密度和增加系统用户容量。5G终端具备自选基站能力，可以根据基站误码率挑选误码率低的基站和信道通讯。实现以上这些功能，依赖阵列天线技术，基站和终端都用到了毫米波相控阵天线。终端中天线阵列为nXn点阵。对应垂直和水平两个极化方向的信号收发。

2.3 5G天线的芯片模组

天线点阵，不可能用多根屏蔽线引出信号到射频芯片了，需要引出天线与点阵天线做成一体，用一个芯片管理四个点阵，这也为天线设计增加了难度。天线模组输出不是射频信号，可以用接插件引出端子到馈电网络、高频振子上，通过振子接收和发射。

2.4 5G天线材料

5G天线阵列结构、芯片组控制管理、天线模组等，再加上固有的馈电网络、振子结构，给材料带来很大挑战。如果把电路全部印制在印制板上，则造价非常高。采用改性PP材质支架+激光点焊芯片工艺，是一种低成本材料体系,利用PP材质低损耗，用激光点焊回避了其不耐高温焊接缺陷。激光点焊（配合特殊焊接锡膏），是一种在低温基材上焊接电子元件技术。5G基站天线都可以采用此种工艺大幅度降低材料成本。5G基站更密集，需要更多天线，采用先进材料和制造工艺降低成本非常重要[3]。

3 5G网络优化发展展望

5G网络有着较高的频谱利用率，传输速度和资源利用率，是4G网络的全方位提升，5G网络除了在无线覆盖性能，传输延迟，系统安全性和用户体验方面做了重大改进之外，各个国家和通信巨头还开发了PPP和METIS，它们在访问速度，内容质量以及语音，容量，数据等功能的整合方面全方位优于4G，可以满足视频，语音，即时消息，在线游戏，虚拟现实等多种多媒体元素的互动需求。欧盟委员会副主席NellieCreus表示“5G网络提供新技术，建立人与人之间的连接，以及人与社会之间的连接。不管你在哪里，这些服务都可以很快实现。第五代移动通信网络实现了更加灵活，更加友好的现象，5G网络除了支持巨大的数据流量之外，还可以使用非常低的成本来实现，成为解决带宽不足问题的重要新技术。与此同时，5G技术的发展带来了无线通信能力的稳步发展，并正在向越来越依赖于短距离本地通信的新形式迈进。