移動互聯網業務如火如荼發展，極大地帶動了移動用戶量和話務量的迅猛增長。這也對新一代移動通信系統的系統容量、傳輸速率以及系統穩定性等提出了更高的要求。目前，移動通信行業正處于5G大規模研發的投入期，并且取得了很多階段性的進展。在2020年5G移動通信系統商用之后，市場將會是2G、3G、4G和5G通信系統大量共存的局面。考慮到極其緊缺的站址資源，以及更加全面的網絡覆蓋，面向多網融合的移動通信天線應用與部署策略是值得探討的，而且有很大的工程意義和市場價值。

移動通信天線發展現狀

天線是一種射頻導行波與自由空間的無線電磁波之間的轉換器。移動通信天線更是移動通信中的“千里眼”和“順風耳”，其設計的優劣將直接影響整個移動通信系統提供給移動用戶的通信服務好壞。在移動通信系統中，天線是不可或缺的，是移動用戶與基站相關設備連接的出入口，也是移動用戶間相互聯系的橋梁。

隨著城市化進程的加快，各地高樓大廈不斷涌現，通信環境變得越來越復雜，易受地形地貌、建筑物等影響的多徑效應也越來越明顯。為了解決多徑衰落問題，現在基站天線多采用極化分集技術。目前，在實際應用中，基站天線都需要有一定程度的波束下傾，由于電調天線在不同下傾角的輻射性能變化不大，不但很容易調整方向圖，而且便于后期的網絡維護、優化等工作，現在大部分的基站天線都采用了雙極化電調天線。同時，在近幾年，移動通信系統是2G、3G、4G共融共存三足鼎立的局面。隨著即將展開的5G試驗網的部署，網絡需要的天線數量越來越龐大，移動通信基站的站點資源越發緊張，運營商站點尋址的成本不斷上漲，使得應用多網融合的天饋系統解決方案勢在必行。部署具備多網融合功能的天線，可輕松利用已有站點天面資源，完成部署，大幅度降低網絡建設的成本。

為滿足市場的迫切需求，業內的主流天線廠家已在研發支持多網絡融合解決方案的天線產品。因多網并存、應用環境的復雜化，并且為實現精細化的網絡覆蓋，保證通信質量，提升用戶體驗，網絡優化的工作變得越來越繁重。因此，網絡優化等部門有這樣的訴求：希望設備端在遠端即可獲取更多的天饋工程參數，從而避免人工上站測量，大大減少網絡優化成本和天饋系統的管理成本。未來，天線如果具備工程參數可感知模塊及信息管理功能，可實現自動測量天線的機械傾角、海拔高度、方位角及經緯度等參數，并實時回傳網管中心，優化工程師就可以有針對性地對網絡進行優化和維護，提升網絡的性能、提高優化效率并降低運營成本。

多網融合天饋應用策略

——頻譜規劃方面。目前我國有以下通信系統：CDMA、GSM900、GSM1800、CDMA2000、TD－SCDMA、WCDMA、FDD－LTE、TD－LTE（LTE2300和LTE2600），LTE800＼900及以后很有可能是低頻段LTE700MHz等。2G、3G和4G通信系統覆蓋的頻段主要包括698MHz到960MHz以及1．7GHz到2．7GHz。

由此可見傳統的移動通信系統，包括3G、4G移動通信系統，其工作頻率主要集中在3GHz以下，頻譜資源已經變得異常稀缺。

2017年年末，工業和信息化部發布了中頻段的使用頻率通知，明確了3300MHz～3600MHz和4800MHz～5000MHz的頻率將使用于5G網絡。后續，工信部還將繼續為5G系統的應用和發展規劃出包含高頻段（毫米波）、低頻段在內的更多頻率資源。而工作在高頻段的通信系統，其可用的頻譜資源非常豐富，更有可能占用更寬的連續頻帶進行通信。綜合來看，5G系統需要高頻（24GHz以上毫米波）、中頻（3000MHz～6000MHz頻段）和低頻（3000MHz以下頻段），不同頻段的工作頻率，以滿足不同的覆蓋、容量、連接密度等關鍵性能指標的要求。

——網絡覆蓋規劃與天線應用方面。在5G之前的系統，都在多次大規模建設中得到了很好的融合與發展，并且多網融合也帶來了很好的性能。然而，未來的5G是萬物互聯的基礎，要根據不同的場景去組合天線，5G網絡也不是靜態的，而是動態的網絡、綜合的網絡。考慮到5G復雜的應用場景和網絡結構的復雜性，在5G網絡的覆蓋環節所需要的基站天線的形態也將是復雜多樣的。

為了適應網絡多元化業務的特點以及未來海量發展的趨勢，建設網絡時也應具體問題具體分析，統籌規劃、靈活部署。未來5G網絡有了更多要求：高速率、低時延、高可靠性、超用戶量接入、靈活性和可拓展性等。為了滿足這些要求，諸多關鍵技術也在研發中，其中大規模陣列天線和超密集組網等無線關鍵技術成為網絡優化覆蓋的重點。

5G網絡從試驗網的部署到各項關鍵技術的成熟，網絡的規模應用至少還需要3～5年的過程。因此，4G、4G＋網絡的建設和優化依然是目前的關鍵工作。并且，現有天饋部署應該盡可能地兼顧現有網絡的性能提升以及與未來5G網絡的平滑升級對接。綜合考慮目前通信網絡工作頻段主要集中在3GHz以下，其頻段較低的特點適用于大范圍的廣域覆蓋；而頻段在3GHz～6GHz的中頻段，可以應用于熱點地區的大容量覆蓋；6GHz以上的毫米波頻段可以應用于室內容量覆蓋。

針對3GHz以下的廣域覆蓋，在天線體積和重量允許的情況下盡可能地部署多端口天線，提高網絡吞吐能力，并有利于未來向5G網絡升級。8T8R是3GHz以下頻段天線的終極形態，主要原因是受限于天線迎風面積，例如8T8R的天線在1．8GHz頻段，寬度500mm左右，在2．1GHz頻段，寬度450mm左右；在2．6GHz頻段寬度400mm左右。

——5G天線發展現狀方面。在5G關鍵技術探索中，大規模MIMO（Massive MIMO）技術能夠深度挖掘空間維度無線資源，大幅度提升無線通信系統的頻譜效率和能耗效率，這也是5G天線采用大規模MIMO天線的原因。大規模MIMO天線是指天線振子單元少則幾十個、多則幾百個，可同時發送不同用戶的多組數據或相同用戶的相同數據，既可以承載多用戶復用通信功能，也可以承載空間分集增益功能。因此，較高的增益、有自適應波束形成和波束控制能力的天線陣列，自然而然成為5G應用的關鍵技術。

然而，考慮到上述系統的具體情況、天線陣的實際應用場景和應用環境，帶有Massive MIMO天線陣的5G基站建站時，由于實際空間受限，天線陣的體積不能很大。天線陣物理尺寸受限的情況下，多個天線單元之間的互相耦合、干擾，必然會造成天線性能的下降，主要表現在以下幾個方面：一是造成天線副瓣較高，對陣列的波束掃描能力有較大的影響；二是由于天線單元之間互相的干擾，造成信噪比變差，進而直接影響數據吞吐率；三是使得能夠有效輻射的能量減少，造成天線陣增益降低，能量利用效率低下。

以上問題，是目前5G天線技術的發展瓶頸，這個瓶頸嚴重阻礙了5G技術的發展。所幸的是，在5G MIMO天線技術中最為重要的減小耦合技術實現了階段性的突破。主要包括基于耦合諧振器去耦網絡天線和基于超材料的天線陣去耦合。

在基于耦合諧振器去耦網絡方面，趙魯豫等人提出利用兩個或多個耦合的諧振器網絡，并聯或級聯在兩天線或多天線上，通過合理的綜合設計網絡參數，達到緊耦合的天線耦合減小和天線匹配保持的效果，這種解耦網絡，被稱為“耦合諧振器去耦網絡”。該網絡的主要特點有：體積小、易于集成；保證了在解耦的同時不破壞天線本身的匹配；能實現相對較寬的解耦帶寬等。

在基于超材料的天線陣去耦合方面。作為一種嶄新的概念，超材料這類人造的、具有優良電磁特性和電磁調控能力的材料與結構。在帶有超材料的天線陣間電磁波有三條耦合路徑：表面波耦合、空間波耦合以及人為制造的反射波耦合。合理地調控三條路徑上耦合的幅度和相位，可以使得耦合的總效應互相抵消，這樣就有效消除了單元之間的互耦。

另外，5G天線需要較高的陣列、天線及系統成本是未來建網商用無法回避的問題，如何在成本和性能之間尋找最佳的折中方案，是整個產業都在探索和研究的主要課題。

——天饋發展策略方面。在萬物互聯的5G時代，智慧城市、無人駕駛、無人工廠、遠程手術——5G“暢想曲”越發清晰。天線技術也在不斷演進和發展。隨著移動通信從2G、3G、4G到5G的不斷發展，移動通信天線也經歷了從單極化天線、雙極化天線到智能天線、MIMO天線乃至大規模陣列天線的發展歷程。天線結構越來越復雜，并且作用也越來越重要。

結合近幾年移動通信天饋研發的經驗，移動通信基站天線的演進趨勢，以及多網融合的發展方向，天饋發展可采用以下策略：

未來的網絡會進一步融合，出現2G、3G、4G和5G網絡大量共存的局面，多網融合的發展催生出更多復雜的天線。首先，5G網絡在開始應用階段，網絡中將長時間共存LTE終端和NR終端，網絡發展初期絕大多數是LTE終端以及少量的NR終端，4G／5G融合部署的組網方式最能保障用戶的網絡體驗。因此，在初期4G和5G的融合過程中必將出現大量的4G／5G天線陣列，以滿足多網初步融合的需求；然后，在5G建設的中后期，由于大量大規模陣列天線的應用，天面占地資源的進一步緊張，技術的更新迭代導致之前的頻譜資源會出現重耕現象，將出現越來越多的多網融合的需求。所以，多網融合天線是當前天饋部署的關鍵解決方案，而大規模陣列天線是5G時代的關鍵技術，它們都將衍生出更多、更為復雜的天饋，同時也將推動多網融合網絡技術的深度發展。

高頻段頻譜資源會有更高的損耗，也促進天線有源化發展成為主流。現有的移動通信系統普遍采用了無源天線結構。在這種結構中，每個天線端口都需要一根獨立的射頻線纜與之相連。當需要獨立控制的天線端口數逐漸增加時，大量的射頻線纜將給工程實現與后續運營維護帶來不可想象的障礙。隨著大規模陣列天線的應用，無源天饋部署面臨著天面復雜、安裝困難、容量和覆蓋要求高等諸多挑戰。為解決上述問題，有源天線產品應運而生。有源天線是射頻模塊與天線高度集成的產物，在支持多個頻段一次部署的同時，可以大幅降低整個站點物理設備的數量，從而帶來簡化站點、減少站點租金和提升網絡覆蓋等好處。同時，在未來網絡優化覆蓋和天饋部署中，一方面要求Massive MIMO天線和一體化有源天線等天線系統服務于宏基站；另一方面無處不在的微基站要求天線和基站設備高度融合。鑒于上述優點，天線有源化已成為4．5G和未來5G網絡部署的主要發展方向。

由于頻譜資源的進一步釋放，終端系統也將出現百花齊放，天線設計轉向系統化、復雜化和定制化。例如波束陣列（實現空分復用）、多波束以及多／高頻段。這些都對天線提出了很高的要求，它會涉及整個系統以及互相兼容的問題，在這種情況下天線技術已經超越了元器件的概念，逐漸進入了系統的設計階段。同時，這也意味著天線可能會實現智能化、小型化（共設計）和定制化。因為未來的網絡會變得越來越細分，我們需要根據周圍的場景來進行定制化的設計，例如在城市區域內布站會更加精細，而不是簡單的覆蓋。未來通信將會應用高頻段，障礙物會對通信產生很大的影響，定制化的天線可以提供更好的網絡質量。

綜合來說，在未來的天線發展中，多網融合天線、大規模陣列天線將大有可為，無源天線向有源化發展，天線逐漸系統化和復雜化，以滿足多場景覆蓋的需求以及提供優良的通信質量。這將是行業內的主要發展方向。