2022年3月11日，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布《2022年至2023年444天線及單4天線(含700M)》集采公告，其中，“4+4+4”700/900/1800獨(dú)立電調(diào)天線采購(gòu)規(guī)模為46.5萬(wàn)面，700M單頻天線為3.5萬(wàn)面。
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早在2021年，中國(guó)移動(dòng)已集采約174萬(wàn)面多頻段(含700M)天線，包括4+4+4天線(700/900/1800MHz)、4+4+4+8天線(700/900/1800/FA)和單4天線(700MHz)，其中，4448天線需求為114萬(wàn)面，444等其余型號(hào)天線需求為60萬(wàn)面。
“444”、“4448”這些神秘代碼到底是什么意思?中國(guó)移動(dòng)為什么要采購(gòu)這些天線?兩次采購(gòu)規(guī)模不同又意味著什么?
本文有點(diǎn)啰嗦，要從基站天線演進(jìn)史說(shuō)起。
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基站天線演進(jìn)史
早期的 GSM 基站天線僅支持900MHz或1800MHz頻段，采用空間分集技術(shù)，在基站的每個(gè)扇區(qū)部署2根具有一定間隔距離的單極化天線，每根天線提供一個(gè)端口通過(guò)饋線連接基站主設(shè)備，其中一根負(fù)責(zé)接收/發(fā)送無(wú)線信號(hào)，另一根只負(fù)責(zé)接收信號(hào)。
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2G早期單極化天線
空間分集技術(shù)將兩根接收天線在物理位置上分開(kāi)，可改善上行鏈路質(zhì)量，提升小區(qū)上行覆蓋短板，但這種方式的弊端是顯而易見(jiàn)的，不僅占用更多的天面空間，而且影響美觀。
所以，后來(lái)基站天線技術(shù)發(fā)生了重大改進(jìn)——采用一根包含兩個(gè)端口(對(duì)應(yīng)兩組極化分集的天線陣列)的雙極化天線取代了以前的兩根單極化天線，以極化分集技術(shù)替代了原來(lái)的空間分集技術(shù)。
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雙極化天線
常見(jiàn)的雙極化天線為±45度交叉極化天線，即兩個(gè)端口分別對(duì)應(yīng)兩組相互正交的、分別采用+45度和-45度偏振的天線陣列。
理論上講，空間分集的性能略好于極化分集，但考慮極化分集更省天面空間，加之隨著2G基站越來(lái)越密集，每個(gè)站點(diǎn)的覆蓋范圍要求越來(lái)越小，空間分集那點(diǎn)微弱的優(yōu)勢(shì)就變得不那么重要了。因此，隨著時(shí)間推移，雙極化天線成為了基站天線的首選方案。
但進(jìn)入3G時(shí)代，新的問(wèn)題又來(lái)了。
每一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)分配新頻段，天線作為無(wú)線信號(hào)收發(fā)的關(guān)鍵器件，當(dāng)然也需支持新頻段。3G使用1.9GHz、2GHz、2.1GHz等新頻段，需新增支持3G頻段的天線，會(huì)導(dǎo)致鐵塔天面上2G和3G基站天線共存，讓運(yùn)營(yíng)商再次面臨節(jié)省天面空間和運(yùn)營(yíng)成本的問(wèn)題。
在此背景下，雙頻段或多頻段天線應(yīng)運(yùn)而生。
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3G時(shí)代四端口雙頻段天線
通常，多頻段天線將支持多個(gè)頻段的多個(gè)天線陣列集成在一個(gè)天線罩里，每個(gè)頻段對(duì)應(yīng)一組雙極化天線陣列，以及對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線端口。支持的頻段越多，內(nèi)部陣列和輻射單元布局設(shè)計(jì)越復(fù)雜，天線的體積和重量可能越大，對(duì)應(yīng)的天線端口也越多。
走過(guò)了從單極化天線向雙極化天線、多頻段天線的演進(jìn)歷程，一根物理天線的內(nèi)部陣列和端口變得越來(lái)越多，那接下來(lái)進(jìn)入4G時(shí)代，天線技術(shù)又將如何演進(jìn)呢？
眾所周知，為提升頻譜效率、容量和覆蓋能力，4G LTE引入了核心技術(shù)——MIMO多天線技術(shù)，其在基站側(cè)和終端側(cè)部署多個(gè)天線，每個(gè)天線使用相同的頻率資源獨(dú)立傳輸數(shù)據(jù)流，既能通過(guò)發(fā)射分集改善小區(qū)邊緣覆蓋，也能通過(guò)空間復(fù)用并行傳輸2個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流來(lái)提升數(shù)據(jù)速率。
3GPP在LTE規(guī)范中定義了多種傳輸模式，以適應(yīng)不同的信道條件、MIMO天線配置。比如，LTE-Advanced規(guī)范定義了9 種不同的傳輸模式 (TM) ，可適用于1/2/4/8個(gè)基站發(fā)射天線和2/4個(gè)終端接收天線，從而形成1x2、2x2、4x2、4x4、8x2、8x4等多種MIMO天線配對(duì)。
MIMO越高階，天線數(shù)目越多，小區(qū)容量和覆蓋性能越強(qiáng)。比如，在下行方向要形成4x2 MIMO，基站側(cè)需配置4根發(fā)射天線;要形成8x2 MIMO，基站側(cè)需配置8根發(fā)射天線。正因如此，我們?cè)?G時(shí)代經(jīng)?？吹?T4R(基站側(cè)配置4根發(fā)射天線和4根接收天線)，甚至8T8R的基站天線配置。
通常，一根帶兩個(gè)端口的雙極化天線可支持2T2R，將兩個(gè)雙極化陣列(四天線)封裝在一個(gè)天線罩中可支持4T4R。為支持多流波束賦形，更大地提升小區(qū)容量和邊緣覆蓋能力，TD-LTE還采用了8通道(8T8R)天線規(guī)格，這要求將四個(gè)雙極化陣列(8個(gè)端口)封裝在一個(gè)天線罩里。
于是，一方面由于要支持更高階MIMO，另一方面4G再次引入了新頻段，為節(jié)省天面空間，要求多頻段天線收編的頻段更多，4G時(shí)代的天線端口數(shù)量又上了一個(gè)新臺(tái)階。
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4G時(shí)代多通道天線
以中國(guó)移動(dòng)為例，4G時(shí)代的室外宏站點(diǎn)存在GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800、TD-FA、TD-D多個(gè)頻段多種制式，為了讓一個(gè)天線系統(tǒng)收編多個(gè)頻段，并支持TD-LTE 8通道天線，業(yè)界就推出了4488天線。
4488天線，即4端口支持900M，4端口支持1800M，8端口支持F&A頻段，8端口支持D頻段，其中，900M和1800M的接頭類(lèi)型為DIN頭，F(xiàn)A和D頻段的接口類(lèi)型為四芯和五芯集束接頭。
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4488天線
邁入5G時(shí)代，由于5G采用RRU+天線一體化的AAU單元，無(wú)法與現(xiàn)有的2/3/4G共天線，同時(shí)三大運(yùn)營(yíng)商共享鐵塔資源進(jìn)一步加劇天面空間緊張，于是以4488天線收編現(xiàn)有2/3/4G頻段，并與5G AAU形成“1+1”雙天面架構(gòu)，成為了最省天面空間、最省鐵塔租金的理想方案。
但接下來(lái)700M 5G來(lái)了，如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化天面?答案就是中國(guó)移動(dòng)集采的這一批4448天線和444天線。
4448天線，指支持700M、900M、1800M和FA頻段的多頻段天線，4端口支持700M、4端口支持900M、4端口支持1800M、8端口支持FA頻段。其中，NR 700M頻段支持4T4R，TDD-FA支持8通道天線，對(duì)于共享4天線通道的GSM900/FDD900或GSM1800/FDD1800，GSM和FDD可通過(guò)分享天線通道各占2通道，F(xiàn)DD開(kāi)啟2T2R，后期GSM退網(wǎng)后，還能升級(jí)到FDD 4T4R。
444天線，指4端口支持700M，4端口支持900M，4端口支持1800M。
那4448天線與4488天線有什么區(qū)別呢?關(guān)鍵在TDD-D頻段。
5G時(shí)代中國(guó)移動(dòng)主要用于室外覆蓋的頻段包括NR 700M、GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800、TDD-FA、TDD-D和 NR 2.6G。其中，原來(lái)的TDD-D頻段與新分配的NR 2.6G組成連續(xù)的160MHz大帶寬。由于160MHz寬頻AAU既支持5G NR 2.6G，也支持TDD-D頻段3D-MIMO，兩者可共天饋，所以可以將原TDD-D頻段遷移至5G AAU。
這樣一來(lái)，新增NR 700M頻段后，可以通過(guò)一個(gè)4448天線收編所有NR 700M、GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800和TDD-FA，并與支持2.6G 160MHz寬頻的AAU形成“1+1”雙天面架構(gòu)。
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簡(jiǎn)而言之，從2G到5G時(shí)代，隨著頻段不斷新增，MIMO技術(shù)發(fā)展，以及鐵塔天面空間越來(lái)越緊張，運(yùn)營(yíng)商為了提升網(wǎng)絡(luò)效率、降低鐵塔租金，推動(dòng)了天線技術(shù)不斷向更多端口/天線陣列演進(jìn)。
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那最后的問(wèn)題是，中國(guó)移動(dòng)2021年集采了約114萬(wàn)面4448多頻段多端口天線，而本次沒(méi)有采購(gòu)4448天線，只采購(gòu)了46.5萬(wàn)面444天線和3.5萬(wàn)面700M單頻天線，原因何在？
“每一塊錢(qián)要花在刀刃上”。天線收編的頻段越多、支持通道越多，內(nèi)部設(shè)計(jì)越復(fù)雜，成本越高。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投資，并不是所有的場(chǎng)景都會(huì)采用4448天線。對(duì)于城鎮(zhèn)覆蓋場(chǎng)景，用戶(hù)更密集，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、邊緣速率等要求更高，需要NR 700M與2.6G統(tǒng)籌部署，且天面空間可能更緊張，因此更需要4448天線。而對(duì)于農(nóng)村場(chǎng)景，可能只需采用444天線，用NR 700M對(duì)齊GSM900/FDD900或GSM1800/FDD1800實(shí)現(xiàn)5G廣覆蓋即可。從這個(gè)角度看，中國(guó)移動(dòng)兩次基站天線集采表明其700M 5G部署正從城市向農(nóng)村擴(kuò)展，逐步實(shí)現(xiàn)全覆蓋。