183
日前，中國(guó)移動(dòng)研究院在官微上正式發(fā)布了《新型透鏡天線進(jìn)行首次高鐵覆蓋實(shí)驗(yàn)》一文。中國(guó)移動(dòng)研究院、中國(guó)移動(dòng)甘肅公司與西安海天天線科技股份有限公司聯(lián)合開(kāi)展的人工介質(zhì)圓柱透鏡天線在高鐵、高速等線狀縱深領(lǐng)域的長(zhǎng)距覆蓋取得突破性進(jìn)展。兩年以來(lái)，鐵流多次推介透鏡天線新技術(shù)，終于在今日見(jiàn)到項(xiàng)目落地。首先感謝中國(guó)移動(dòng)管理層敢為人先擁抱新技術(shù)的第一個(gè)吃螃蟹精神。移動(dòng)研究院的新聞內(nèi)容很短，欣喜之余，對(duì)該文予以解讀，讓大家對(duì)該技術(shù)更深入的了解。
該次高鐵覆蓋實(shí)驗(yàn)中，中國(guó)移動(dòng)甘肅公司使用了西安海天天線公司生產(chǎn)的透鏡天線，通過(guò)“隔站閉站”的方式減少了一半基站，其效果達(dá)到甚至優(yōu)于移動(dòng)集團(tuán)要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)“降本增效”（ 即降低 50%的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及 50%的新基站建設(shè)投資）節(jié)能降耗的目的。目前中國(guó)移動(dòng)總部向各省公司已經(jīng)下發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展新型天線最佳實(shí)踐推廣的通知》。之所以中移動(dòng)對(duì)透鏡天線如此青睞，主要是透鏡天線有助于解決現(xiàn)階段基站存在的功耗、覆蓋、成本這三大短板，尤其是無(wú)比頭疼的功耗問(wèn)題，透鏡天線起到了藥到病除的效果。
從運(yùn)營(yíng)商公布的數(shù)據(jù)看，現(xiàn)階段 5G 技術(shù)存在著兩個(gè)不可回避的短板，功耗與覆蓋。
以覆蓋來(lái)說(shuō)，相比 4G 基站 800 至 1000 米的覆蓋距離，5G（中頻）基站的覆蓋距離只有 200 至 300 米。要想達(dá)到 4G 的廣義覆蓋水平，5G 基站的建設(shè)規(guī)模將數(shù)倍于 4G 基站。運(yùn)營(yíng)商不堪重負(fù)。
就功耗來(lái)說(shuō)，5G 基站是 4G 基站功耗的 3 倍左右。中國(guó)電信技術(shù)創(chuàng)新中心副主任楊峰義指出，5G 基站典型功耗在 3500 瓦左右。同樣覆蓋目標(biāo)情況下，5G 基站數(shù)量將達(dá)到 4G 的 3-4 倍，這樣 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的整體能耗將是 4G 的 9 倍以上。2018 年全年三家運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)基站共耗電約 270 億度，總電費(fèi)約 240 億元，在同樣覆蓋情況下，5G 網(wǎng)絡(luò)的能耗將達(dá)到 2430 億度，電費(fèi)將達(dá)到 2160 億元。
根據(jù) 2019 年財(cái)報(bào)，三大運(yùn)營(yíng)商營(yíng)收總和為 1.4 萬(wàn)億元，總利潤(rùn)為 1384 億元。換言之，就是 5G 基站的功耗會(huì)達(dá)到三大運(yùn)營(yíng)商的總利潤(rùn)的 1.5 倍。因此，中國(guó)聯(lián)通宣布在每天（21:00- 次日 9:00）時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)實(shí)際的 5G 基站負(fù)荷情況，對(duì) 5G 基站進(jìn)行智能化關(guān)閉。
功耗之所以如此之高，與 MIMO 天線（64T/64R）有很大關(guān)系。
透鏡天線技術(shù)具有高增益、垂直波瓣寬、損耗小、天線效率高的優(yōu)勢(shì)，使用介質(zhì)圓柱透鏡天線基站的覆蓋面積是使用傳統(tǒng)板狀天線基站的覆蓋面積 4 倍以上。就功耗來(lái)說(shuō)，采用透鏡天線后，可以大幅簡(jiǎn)化基站的天饋系統(tǒng)，RUU 可以直接減少一半，使系統(tǒng)能耗下降 50%至 70%。因此，基站的數(shù)量可大幅減少，這對(duì)后期減少站址、節(jié)省鐵塔租賃費(fèi)、電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等運(yùn)營(yíng)成本提供了技術(shù)支撐及可行性。據(jù)甘肅移動(dòng)的營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)表明，綜合成本節(jié)省約 50%以上。
?
近年來(lái)，中移動(dòng)與西安海天天線聯(lián)合在甘肅、陜西、廣東、福建、天津、江西、云南、江蘇等地完成了多場(chǎng)景的實(shí)地聯(lián)網(wǎng)測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果看，透鏡天線達(dá)到了提升覆蓋，降低功耗、以及節(jié)約成本的目標(biāo)。
舉例：
中移動(dòng)在甘肅蘭新高鐵使用透鏡天線對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行改造，將目標(biāo)小區(qū) 6 個(gè)站點(diǎn)中的 3 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了替換，然后對(duì)高速運(yùn)行中的高鐵進(jìn)行測(cè)試。從結(jié)果看，完全滿(mǎn)足了對(duì)高鐵覆蓋各項(xiàng)參數(shù)的要求，并且感知度（優(yōu)良率）比原天線狀態(tài)（不閉站、原板狀天線）更好。
中移動(dòng)在江西、天津等地的測(cè)試也表明，利用透鏡天線對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行改造后，高鐵和高速公路整體網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升明顯，透鏡天線相對(duì)于常規(guī)平板天線有效提升了覆蓋水平和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，改善了用戶(hù)體驗(yàn)。
之所以透鏡天線能在鐵路和公路率先聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要是它解決了現(xiàn)階段市場(chǎng)主流設(shè)備商無(wú)法解決的痛點(diǎn)。高鐵和高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋一直是老大難問(wèn)題，原因有以下兩點(diǎn)。首先，高鐵車(chē)廂是一個(gè)封閉的金屬盒子，電磁波要進(jìn)入車(chē)廂內(nèi)，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度有較高要求。
其次，高鐵在高速移動(dòng)中，勢(shì)必頻繁變換基站，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包。高鐵和高速公路場(chǎng)景是網(wǎng)絡(luò)覆蓋中難啃的“骨頭”。從應(yīng)用結(jié)果看，西安海天天線公司的新型介質(zhì)透鏡天線為運(yùn)營(yíng)商提供了圓滿(mǎn)的解決方案。
此外，透鏡天線的適用范圍遠(yuǎn)不止鐵路和公路場(chǎng)景，在城鄉(xiāng)廣域覆蓋和城市 CBD 等場(chǎng)景也有廣闊的前景。就城市 CBD 場(chǎng)景而言，透鏡天線也具有不可撼動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，中移動(dòng)《關(guān)于開(kāi)展新型天線最佳實(shí)踐推廣的通知》里提到：“多波束天線可部署于演唱會(huì)、展覽、體育賽事等重保場(chǎng)景，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容量、改善客戶(hù)體驗(yàn)”，“后續(xù)計(jì)劃引入 F 頻段多波束天線，建議部署在 5G 基站反向開(kāi)通 3D-MIMO 后仍無(wú)法滿(mǎn)足的極端高容量需求場(chǎng)景”。
（蘭州西客站透鏡天線覆蓋前后對(duì)比圖）
事實(shí)上城市 CBD 場(chǎng)景屬于市場(chǎng)中的“肥肉”，目前通信大廠牢牢把持著這塊市場(chǎng)。在過(guò)去 2 年多時(shí)間里，雖然中移動(dòng)希望某些大廠能夠從我國(guó)通信行業(yè)的整體發(fā)展的高度出發(fā)，不局限于通信大廠自身利益，拋棄落后技術(shù)，擁抱先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)整體行業(yè)進(jìn)步。但理想很豐滿(mǎn)，現(xiàn)實(shí)很骨感，傳統(tǒng)大廠對(duì)新技術(shù)一直采用封閉保守的態(tài)度。
由于透鏡天線在功耗和覆蓋方面相對(duì)于傳統(tǒng)天線有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)新型 wifi、無(wú)人駕駛與 SpaceX 的星鏈系統(tǒng)幾大領(lǐng)域的市場(chǎng)潛力不可小覷。
天線技術(shù)一百年來(lái)技術(shù)路線并無(wú)變革， 人工介質(zhì)透鏡技術(shù)是一種革命性的技術(shù)，為中國(guó)乃至世界的通信行業(yè)提供了全新的解決方案。
