解決5G波束成型天線設計難題 康普讓電信頻譜價值最大化
- 張丹鳳／台北
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5G被視為AIoT智慧化系統的最後一款拼圖，其高網速、低延遲與廣聯結特色，將可被應用於娛樂、製造、交通、醫療等各種產業，由於應用者眾多，且對企業用戶對訊號品質的要求遠高於一般消費者，因此電信業者必須因應此需求，提供高品質無線訊號，對此康普(CommScope)提供了整體解決方案，可協助客戶建構最佳化智慧系統。
在2G、3G、4G時代，無線電波的傳輸距離長，單一基地台可涵蓋的區域廣，基地台的訊號傳輸與接收主要採用固定輻射場型設計，由天線端大幅發射無線訊號，此一模式雖然易受干擾，但消費性應用領域對訊號品質的忍受度較高，因此仍可被接受。
進入5G時代後，由於當初制定標準時就將商業領域納為主力應用的一環，而無線訊號品質是商用系統效能的關鍵，業者就必須滿足此需求。除了使用端的考量外，電信業者也必須將5G頻譜的使用價值最大化。
主因在於頻譜執照費幾乎是業者進入5G市場的最大成本，以台灣為例，2020年的競標金額就衝到新台幣1,380億元，業者必須透過各種技術創造頻譜價值。
要同時滿足電信商與使用者的需求，目前看來波束成型(Beamforming)無疑是最適用的技術。波束成型是透過特殊天線，在同一時間用同樣頻率，將多個波束的疊加載波傳送到指定場域，由於載波的波束窄，可大副降低干擾，加強系統的SINR(訊號干擾噪聲比)，優化終端使用者體驗。
另外ITU(國際電信聯盟)在WRC(世界無線電通信大會)中宣布採用6GHz以下與毫米波頻段，再加上5G NR所使用的高頻譜效率，這兩者都讓波束成型成為電信業者提升頻譜效益的最佳利器。關於5G波束的管理與基礎，如果欲了解更多信息我們建議您可以拜訪專案網頁。
要讓基地台天線具備波束成型功能，必須在架構中建入波束成型器(Beamformers)，目前波束成型器可分為數位與類比兩種方式，數位與類比方式的差異，數位式架構會在訊號經過數位移相器(Phaser)後，再透過功率放大器(Power Amplifier)放大強度，類比式架構則是先由功率分配器分配訊號路徑，經過模擬移相器後就直接從天線發射出去。
除了波束成型之外，基地台天線的另一個設計重點是風載(Windload)。為了讓載波的傳輸距離最大化，基地台天線通常都設置於高樓上，而變幻不定的風向與風速，不僅對基地台天線的結構帶來壓力，天線的角度也有可能因此偏斜，此問題在提供更多元服務的5G時代將更嚴重，風載設計不良的天線，將影響服務品質。
為了協助電信業者提升5G效能，建構高效能基地台，康普(CommScope)推出了一系列解決方案。康普的5G波束成形天線，可動態改變載波的輻射模式，並有多種配置選擇，電信業者或系統廠商可針對其場域需求，選擇合適的架構與功能。
此外康普近期也與電信設備大廠Nokia聯手開發全新交錯式主被動動混合型天線(Interleaved Passive-Active Antenna；IPAA)無線電平台，此平台採用模組化設計，業者不須增加塔上或屋頂上的安裝空間，就可快速部署5G NR，藉此提供更多創新服務。
鑒於5G布局發展趨勢，我們建立適合天線技術專區讓電信業的從業人員可以逐步了解更多元的技術與發展。
康普(CommScope)與Nokia合作的IPAA，由無源模組(Passive Module)與無源-有源模組(Passive-Active Module)所構成，前者支援700MHz至2.7GHz範圍內的多種頻段；後者則採用5G n78(3.3~3.8 GHz)的分時雙工(Time Division Duplex；TDD)波束成型，此模組含擴展的低頻段陣列，並可避免重新優化現有的700~900MHz網路頻段。
在風載方面，為了協助客戶建構更穩定的基地台，康普(CommScope)推出360度空氣動力學BSA解決方案。
此方案是該公司重新檢視風壓與基地台天線架構表面的相互作用後，先行模擬出特殊的機構設計與材質紋理，再透過Ansys計算流體動力學，模擬所有不同方向、風速帶來的負荷載量，經多次實驗後，證明在各種風向、風速下，此一解決方案至少都可減少30%的風載壓力，確保基地台載波的品質。
除了天線設計與風載外，5G基礎建設的另一考量是O-RAN。O-RAN的正式名稱是Open Radio Access Network(開放性無線接入網路)，這是由多家電信供應商與軟體業者共同制定的標準，其目的是建構真正開放且可互相操作的網路介面。
O-RAN打破過去由大型電信設備商寡佔的介面標準，業者可自行推出符合其標準的電信設備，協助使用者透過雲端虛擬化，建構虛擬基地台。目前康普不僅投入資源研發O-RAN產品，同時也積極參與O-RAN聯盟，讓其標準更完善，未來康普也將持續深耕5G技術，提供客戶高品質電信設備。
