5G通信技术对基站和智能手机的天线带来哪些挑战？ - 全文

4G 通信技术已经普及，第五代通信技术5G也正在加快商用的脚步。本文我们将简单聊一聊5G的天线技术。为了带来更快的速度，基站的天线有了哪些变化？5G手机的天线又会有哪些特点？

5G的特点

5G具有高速率、海量设备联接、低功耗、低时延和高可靠的优点。不过想像很美好，现实很骨感，5G实现过程困难重重。具体表现为：

5G相比4G要满足的场景更复杂，性能要求也较高；

5G需要新增大量基站，来实现超密集部署；

5G也需要大量频谱资源来实现超高速率；

5G微基站对天线需求大增

山鼻祖仙农提出了通信界的金科玉律：C=B log2（1+S/N）。

简单地说：理论传输速率C与带宽B直接相关，这个很好理解，道路宽度直接决定车流量上限。

同理，要提高车流量，与其制定更为复杂的道路规则（对应通信里的各种协议，编解码规则），不如增加车道数来提高车流量最为有效，这是最简单粗暴——公主抱般的方式。

移动通信的频谱资源太有限，想要增加带宽（B）只有采用更高的频段。5G的毫米波方案就像多条N车道的超宽高速公路，对每辆车的限速有了大幅提升。但是问题来了，电磁波的传播特性很有趣，频率越高传播路径越直，不能掰弯。这样的话打个电话还得对着天线方向。也太反人性了。聪明的通信人想到了微基站技术。想像手术台上的无影灯，通过增加光源实现全覆盖。

通过把宏基站变成多个微基站来增加覆盖面积，解决直线传播的问题。同时，宏基站不再负责对接入网设备，而是由每个微基站来做这部分工作，有了更多的基层工作人员，上层领导可以管理更多人。麻烦的事还有：高频段信号传播损耗大，需要大规模多天线技术（MassiveMIMO）来实现空间分集，抑制传播损耗。这里的MIMO是多输入多输出的意思，基站与手机间有更多的信道并行通信，每对天线独立传送一路信息，汇集后成倍提高速率，想想也是极好的。

就像恋爱约会时，感觉除了心上人其他的声音都是噪音。通信人又想到用大规模天线阵列控制每一个天线单元的发射（或接收）信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束（像手电一样），消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。

这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵的频带资源，几十倍地提升网络容量。同时，可以更为精确地定位设备。

天线长度约为1/2波长或者1/4波长，5G毫米波时代天线越来越小，数量成对增加。现在4G手机多为2×2，5G至少为4×4，同时基站天线也多达128或者256根天线。万物互联，也还都是需要天线的。

上面已经介绍了根据5G的特点，所需的天线会有一定的变化，那么对于终端来说，天线相比4G会有什么特点？

5G的手机天线特点

（1）5G终端天线，对周边金属很敏感，

由于毫米波之波长很短，来自金属的干扰是非常厉害的，印刷线路板（即PCB板），需要其与有金属的物体之间需要保持1.5mm的净空。

（2）5G天线是垂直与水平天线交互的点阵

这种垂直和水平交互的天线，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发。

（3）5G天线对安装位置有特殊要求

由于5G终端天线是相控阵体系，其天线单元需要合成形成聚焦波束，因此需要规则的位置进行摆放，天线不能被金属遮挡，适合3D空间扫描，规则的空间。

5G终端，被人手和人体遮挡，其信号都会开始寻找最优误码率频段，形象的说，手机像一个长了眼睛的小宠物，一旦遮挡他，他即刻眼球四处转动寻找最优信道。我们把5G手机这一动作叫手机寻优，因此，设计终端时候，安装天线位置一开始就要合适，使其好寻优。目前手机终端中，最适合5G天线位置是两端，尤其是上端部（听筒位置附近），其他4G内天线都要给其让路，也就是说有优选位置权，其他天线移到他处。