3G Network Base Stations'da Anten Tasarımının Evrimi

2G'den 3G mobil ağ geçiş, UMTS (WCDMA) ve CDMA2000 gibi önemli bir an işaret etti, mobil genişbantlara, video aramalarına ve gerçek zamanlı veri hizmetleri, insanların iletişim ve erişim bilgilerini nasıl şekillendirdiğini yeniden şekillendirdi. 3G standart kendi başına - pratikte farkedilmedi.Bu makale, 3G kanallarını ve akıllı dağıtım kanallarını kapsayan, akıllı dağıtım ve ölçeklendirmeleri ve akıllı dağıtımları kapsayan, akıllı dağıtımları ve ölçeklendirmeleri içeren teknik incelemeler ve analizleri sağladı.

Bu ilerlemeleri anlamak sadece tarihsel merakta bir egzersiz değildir. 3G dönemi boyunca geliştirilen ve rafine edilen anten teknolojileri, LTE, 5G NR ve ötesinde. Network operatörlerinin dezenfekte ve yükseltme altyapısı olarak, 3G rollout sırasında ortaya çıkan anten tasarım ilkeleri doğrudan modern site planlama, spektrum verimliliği ve kapsama optimizasyonu ile ilgilidir.

3G Network Architecture'daki Antenlerin Rolü

3G üssü istasyonunda (Node B), anten sistemi, radyo transceiver ve aşırı havalimanları arasındaki kritik arayüz olarak hizmet vermektedir. Bu, daha önce 2G sistemlerinden farklı olarak, özellikle de sınırlı veri yetenekleri ile ses için tasarlanmış olan 3G ağları, değişken veri oranlarına destek olmak için gerekli olan 3G ağları, yumuşak elovers ve kaliteli hizmet seçenekleri geniş bir kullanıcı senaryolarında yer aldı.

  • [[Düzücük bant genişliği: [Dönetici: 0,4][/FONT=0)Pekiz bantlar için performansları koruyabilen veya bant özel konfigürasyonlar için kolayca değiştirilebilecek antenler.
  • [FONT:0]Yenilenebilir izolasyon ve model kontrolü: Ortak sektör ve multi-karrier operasyonu ile, tutarlı kazanç sağlamak için geçici müdahaleyi en aza indirmek için antenler gerekir.
  • [FONT:0) Yumuşak ve yumuşak elover için destek:), anten kiriş genişliği ve eğim özellikleri doğrudan hücreler arasındaki mobil cihazlar geçişini etkiler, temel bir ağ tasarımı parametresini şekillendirir.
  • [FONT:0) Yüksek altlink ve uplink asymmetry: 3G trafiği genellikle bağlantıdan aşağı yukarı aşağı bağlantıya çıkar, bu yüzden anten tasarımları HSDPA ve HSUPA gibi özellikle de performansları dengelemek zorunda kaldı.

Anten artık bir katalogdan seçilen pasif bir bileşen değildi; ağ optimizasyonu aracıkit. Operatörler ve RF mühendisleri, elektriksel eğim, uzaktan ayarlama ve çok bant dizilerini gerçek zamanlı olarak kullanmaya başladı.

Mobil Ağlarda Antenlerin Tarihsel Arka Planları

En eski mobil telefon sistemleri, İskandinav Mobile Telefon (NMT) ve Gelişmiş Mobil Telefon Sistemi (AMPS), uzun kulelere monte edilmiş basit her antenler.Bu antenler, düşük kapasiteli ses ağlarında eşit derecede yüksek çözünürlükte bir şekilde yayılabilir ve birkaç kullanıcı ile müdahale etmek zordu. Ancak, abone sayıları büyüdü ve veri hizmetleri ortaya çıktı, her türlü kablolama tasarımları açık hale geldi.

2G (GSM) döneminde, endüstri aynı hücre sitesi içinde frekansları yeniden tanıttı, ek spektrum gerektiren kapasiteleri 65-90 derece kirişli panel tasarımlarını orta derece kazanç elde eden 10-15 dB ön-gerileme oranını ikiye ayırdıktan sonra, operatörlerin sektörleri arasındaki müdahaleyi tekrarladı. Ancak, GSM sektör antenleri sabit bir şekilde sabit bir şekilde genişletildi.

2G 3G geçişi daha talep edilen gereksinimleri beraberinde getirdi. 3G geniş bant CDMA hava arayüzü müdahaleye yol açıyor, yani aşırı müdahalenin doğrudan sistem kapasitesini azalttığı anlamına geliyor. Bu, anten kalıbı, düşük yanlobes ve hassas eğim kontrolü çok daha kritik bir şekilde gerçekleşti.

3G Base Stations için Anten Tasarımında Anahtar Gelişmeler

3G ağlarını etkinleştiren en önemli anten yenilikleri dört ana kategoriye ayrılabilir. Bu gelişmelerin her biri kapsama, kapasite ve hizmet kalitesi konusunda ölçülebilir gelişmelere katkıda bulundu.

Sektörleştirilmiş Antenler

Sektörleşme 2G'de ortaya çıktı, 3G ağları daha yüksek performanslı anten dizileriyle konsepti inceledi. Tipik üç-sector 3G konfigürasyonunda, her sektör, en azimuth'un 120 derecesini kapsıyor, antenler endüstri kenarlarında hala yumuşak elover'i desteklemeyi sağlamak için keskin bir yuvarlandı. 3G sektör antenleri için anahtar tasarım parametreleri dahil:

  • [FONT:0)Beam genişlik kontrolü: [Dönetici: 1] Her iki yatay ve dikey kiriş genişlikte de dayanıklılık önemli hale geldi. 60-90 derecelik dikey kirişler genellikle hücre yüksekliği ve yarıçapına bağlı olarak 5 ve 15 derece arasında yaygındır.
  • [FONT:0]Sidelobe baskı: [DDDÜT:1] 3G sektör antenleri -18 ila 25 dB arasında ana loblara kıyasla, CDMA sistemini azaltabilecek müdahaleyi azalttı.
  • [FONT:0]Dual-polarizasyon işlemi: İki fiziksel olarak ayrı antenler gerektirmeden çeşitli resepsiyonu desteklemek için, birçok 3G sektör antenleri tek bir radometa entegre edilmiş kutuplaşma.Bu, mükemmel kutuplaşma çeşitliliği kazanmasını sağlamak için düşük kule yükleme ve rüzgar yükü.

Modern 3G sektör antenleri ayrıca uzaktan elektrik eğimi (RET), operatörlerin alt istasyon kontrol cihazı veya NOC'den aşağı açı ayarlamasına izin verir. Bu, kule ekiplerinin fiziksel olarak mekanik eğim ayarlamasına ve dinamik optimizasyona dayalı olarak kullanılmasını ortadan kaldırdı.

Birden çok giriş Birden fazla Çıktı (MIMO) Teknoloji

MIMO teknolojisi son iki on yılda en önemli kablosuz yeniliklerden biridir. MIMO genellikle 4G LTE ve 5G NR ile ilişkilendirilir, özellikle de 3GPP Bülteni 7 ve 8 özellikleri ile HSPA+ için, göz ardı edilmemelidir.3G üssünde, MIMO çok fazla ileti gönderme ve antenler kullanarak çok fazla empati başlatmasını içerir.

3G için, en yaygın MIMO konfigürasyonu 2x2 idi (iki ileti, iki tane anten). Bu yapılandırma iki temel avantaj sağladı:

  • [FONT:0]Spatial multiplexing kazanır: Her antende bağımsız veri akışlarını iletmekle birlikte, sistem aynı bant genişliğinde iki katına çıkabilir. HSPA+ ile 2x2 MIMO, 42 Mbps'nin teorik alt bağlantı noktalarını elde etti, tek yönlü HSPA+ için 14 Mbps ile karşılaştırıldı.
  • [FONT:0)Dönetici kazanır:[Dönetici:[Dönetici:0)Dönetici kazanır:[Dönetici: 0:0) Uzaylı çokluxing mümkün olmadığı zaman bile (örneğin, düşük-SNR ortamlarda), çok sayıda anten, gelişmiş bağlantı ve derin soluların olasılığını azaltmıştır.

3G ağlarında MIMO'yu işe almak dikkatli anten tasarım dikkate alır. İlettim ve antenler 3G'de MIMO için yeterli izolasyon ve düşük korelasyona ihtiyaç duyuyordu çünkü tek bir mekanik paket içinde uygunken, bireysel kutuplaşma çeşitliliği sağladılar.

Akıllı Antenler ve Adaptif Kirişlendirici

Akıllı anten sistemleri daha gelişmiş bir yaklaşımla temsil eder. Sabit desenlerle sabit antenlerden farklı olarak, akıllı antenler, gerçek zamanlı olarak radyo ortama adapte olan kirişler oluşturmak için radiating elements ve dijital sinyal işleme dizilerini kullanır.Bu sistemler iki ana kategoriye ayrılabilir:

  • [FONT:0) Yedekli-beam antenleri: Bu sistemler, yaklaşık 3-6 dB'nin bir sektör antenine kıyasla sabit bir şekilde ayarlanmış bir dizi ayara sahiptir.
  • [FONT:0] Adaptif dizi antenler (önemli):[Dönetici: 0 3) En sofistike akıllı antenler, minimum puan hatası (MMSE) veya Constant Modulus Algorithm (CMA) her bir element için optimal kompleks ağırlıkları sürekli olarak hesaplamak için algoritmaları kullanır.Bu, müdahale edenlere karşı tam olarak doğru olan nesneleri yönlendirirken, değiştirilebilir diziler teorik olarak 10-20 dB'nin yoğun kentsel ortamlardaki gelişimini sunar.

3G ağları için, akıllı antenler öncelikle yüksek hacimli kentsel ve kapalı ortamlarda, kapasitenin ek maliyet ve karmaşıklık elde ettiği kazanımlara uygun olarak dağıtıldı. Bazı satıcılar doğrudan Node B bazband ünitesine entegre edildi, diğerleri uzaktan radyo kafaları kirişli bilgilendirici kabiliyetlerle ortaya koydular.

Compact ve Entegre Anten Tasarımları

3G ağ genişlemesi için pratik bir meydan okuma, site satın alma ve kule alanıydı.Mevcut 2G sitelerine tam 3G aşırı yüklemeyi genellikle kulenin fiziksel kapasitelerini aşabilecek veya yerel zoning kısıtlamalarıyla karşılaşabilecek yeni antenler gerekiyordu.Bu, kompakt ve entegre anten çözümlerin gelişimini sürdü:

  • [FONT:0) Çok bantlı antenler:[Dönder: 1 ) Tek bir radome 2G (e.g., 900 MHz) ve 3G (örneğin, 2100 MHz) işlemine hizmet edebilir.
  • [FONT:0]Shrouded ve düşük profil tasarımları: Çatı ve şehir siteleri için, ince profiller ve entegre shrouds ile antenler RF performansını korumak için estetik gereksinimleri karşıladılar. Bu tasarımları genellikle yama veya mikrostrip radyatörler geleneksel dipollerden ziyade kullanılır.
  • [FONT:0)Active anten sistemleri (AAS): Daha sonra 3G antenleri ve 5G'deki büyük MIMO sistemleri ile doğrudan anten konutuna entegre edilen aktif antenler ortaya çıkmaya başladı. Bu azaltıcı yem kaybı, geliştirilmiş gürültü rakam ve daha esnek bir kirişler arasındaki boşlukları artırdı.

Uzak Elektrik Tilt (RET) ve Kalibrasyon

3G anten sistemleri için en operasyonel olarak önemli gelişmelerden biri, uzak elektrik eğiminin yaygın olarak benimsenmesiydi (RET). Daha önceki ağlarda, kuleye tırmanmak için bir mürettebat gerekli ve fiziksel olarak anten ağını döndürmek için bir aşama. RET, kirişin dikey açısını elektronik olarak değiştirmek için faz değiştiricilerini kullanır: Bu birkaç fayda sağlar:

  • Zaman zaman-gün trafik modellerine dayanan kapsama dinamik optimizasyonu (örneğin, hücre boyutunu azaltmak ve kapasite artırmak için yüksek riskli dönemlerde daha fazla eğim).
  • Site ziyaretleri olmadan uzak ayarlama, operasyonel maliyetleri azalt ve ağ çevikliğini geliştirmek.
  • Güzel bir eğim artışı (tipik olarak 0.1 ila 1.0 dereceye kadar) hücre sınırlarının kesin mühendisliğine izin veren.

RET yetenekli antenler genellikle bir adım motoru veya pastazoelektrik hareketuatorunu AISG (Antenna Interface Standartları Grubu) gibi standart bir protokolle ayarlamak için kullanır. Bu interoperability birlikte çalışmak için çok değerli anten ve temel istasyon kombinasyonlarını sağlar.

Anten Tipiler 3G Base İstasyonları için Yaygın olarak Deişletildi

Yukarıdaki gelişmeler inovasyonun genel yönünü tanımlarken, 3G dağıtımları için seçilen belirli anten tiplerini gözden geçirmek yardımcı olur. Seçim frekans bandına, kapsama hedefine, mevcut gayrimenkule ve bütçeye bağlıdır.

Panel Antenler (Sector Antennas)

3G ağlarının çalışma alanları, panel antenleri düz bir dikdörtgen radome ile yönsel dizilerdir. Tipik boyutlarda 1,5-2.5 m uzunluğunda ve 2100 MHz operasyonu için 0.3-0.5 m geniştir.En 3G panel antenleri, dikey kutuplaşma veya çift-slant ±45 derece kutuplaşma ile birlikte kazanır. Alt tipler geniş çaplı (65 derece) ve dar-beam (33 derece) paneller içerir.

Dipole ve Monopole Dizileri

Daha düşük frekanslı gruplar için (örneğin, 850/900 MHz), dipole ve monopole serisi, genellikle bayrak arsaları veya bina özellikleri ile sağlam performans sunar.Bular genellikle kırsal veya yönsel desenler sunar.

Yagi-Uda Antenleri

Yagi-Uda antenleri, tahrikli bir element tarafından karakterize edilen, reflektör ve birden fazla yönetmen, dar kirişli (30-60 derece) dar kirişli kirişli (30-60 derece) nedeniyle çok yüksek kazanç sağlar. 3G ağlarında nokta noktası-to-point backhaul bağlantıları için kullanılırlar, çünkü otoyollar veya tüneller. Yagis, toleransları güçlendirmek için daha az yaygındır.

Omniyöneysel Antenler

Büyük ölçüde yoğun kentsel alanlarda sektöre yapılan konfigürasyonlar tarafından değiştirildikçe, her zaman her zaman 3G'de mikrofototeller için yararlı kalır ve fiziksel kısıtlamalar sektörü önler.

Peragation Özellikleri ve Coverage Optimizasyonu

Anten tasarımı ve radyo yayılımı arasındaki etkileşim, 3G ağ performansına merkezidir. 3G hava arayüzü, her hücre aynı taşıyıcı frekansı kullanır. Bu, RF mühendisleri için birincil meydan okumayı yapar: Anten özellikleri doğrudan birkaç şekilde etki eder:

  • [FONT=0)Vertical pattern şekillendirme:[Dönetici:[Dönetici:0)) Doğrusal desen şekillendirme:[Dönemli eğim, sabit olmayan bir müdahaleyi artırın.
  • [FONT:0)Null dolum ve üst lobu bastırır: Yüksek binalarda, binalardan gelen sinyallerin, bitişik sektörlerde veya zeminlerde hücrelere müdahale etmesi mümkündür.
  • [FONT=0)Polarizasyon saflığı:[Dönetici: [Dönetici:0)[D) Cross-polar ayrımcılığı (XPD) 15-20 dB'nin çift-polar antenleri için tipik olmasıdır.
  • [FONT=0)Öyleleme mitigation:[Dönetici:0) Frekans-sel olarak fading kanallarında, anten çeşitliliği (ya da uzaysal veya kutuplaşma) belirli bir blok hata oranı için gerekli SNR'de 3-6 dB iyileştirme sağlar.

3GPP TR 25.814 vemura-Hata propagasyon modelleri gibi araçlar, anten yüksekliğine dayanan mühendislere bilgi vermelerine yardımcı oldu ve eğim ayarları. Ancak, alan ölçümleri ve sürücü testleri kalibrasyonu için önemli kaldı.

Network Performansı ve Kullanıcı Deneyimi Üzerine Etkisi

Bu antenin 3G ağ performansı üzerindeki birleşik etkisi önemliydi. Yüksek kaliteli sektör antenlerine RET, dual-polarizasyon ve çok bant kapasitesi birkaç önemli performans göstergelerinde ölçülebilir gelişmeler raporladı (KPIs):

  • [FONT:0)Data throughput:[Döneticili antenler ile, HSPA+ ağlarında ortalama bağlantı, tek yönlü konfigürasyonlarla kıyasla% 40-70 oranında gelişmiştir. Peak throughput 21-42 Mbps in 5 MHz kanallarına ulaştı.
  • [FONT:0)Call düşüş oranı:[Dönetici:0) Properly optimize edilmiş eğim ve kiriş şekillendirme yumuşak devretme başarısızlıklarını azalttı, yoğun kentsel alanlarda% 10-30 oranında indirme oranlarını geliştirmeyi geliştirmeyi hedefliyor.
  • [FONT:0)Köyüresel Sürekliliği: [Dönetici: [Dönetici:0)En iyi ön geri dönüş oranı ve daha düşük yanlobes, özellikle banliyö ve kırsal hücrelerde kapsama delikler azalttı.
  • [[Dönetici site başına:[Dönetici: 0) Adaptif bir kirişle birlikte birleştirilmiş olan Sektörleştirme, 50-% 100 daha aynı spektrum olmadan daha eş zamanlı kullanıcılarla başa çıkmalarına izin verdi.
  • [FONT=0)Stference azaltma:[Dönetici:[Dönetici:0) Precise pattern kontrolü ve RET, CDMA sistemleri tarafından gerekli olan müdahale marjını doğrudan, 1-3 dB tarafından müdahale edilebilir senaryolarda artırın.

Kullanıcı deneyimi gelişimi fark edildi. Video akışı, tutarlı bir şekilde kesinti ve düşük gecikme gerektirir, mobil ağlarda ilk kez mümkün oldu. File downloads ve web taraması da daha düşük paket hata oranları ve daha yüksek kodlu anten sistemleri ile ilişkili olarak da yararlanılmıştır.

3G Antende Zorluklar ve Operasyon

Açık faydalara rağmen, 3G için gelişmiş antenler dağıtmak, RF mühendislerinin dikkatle yönetilmesi gereken yeni zorluklar ortaya çıkardı:

  • [FONT:0]Cost ve karmaşıklık: [Dönetici: [Döneticiler, MIMO dizileri ve çok bantlı paneller, basit dipolasyonlardan önemli ölçüde daha pahalıya mal oldu. Sadece yatırımın trafik yoğunluğu ve gelir potansiyeli üzerine kurulu ayrıntılı iş vaka analizi.
  • [FONT=0)Tower yükleme ve rüzgar yükü: Büyük ve iki katlı bütünleşik RET ve dual-polarizasyon dizileri ile daha büyük antenler kulelere mekanik yükleri artırdı. Bazı mevcut kuleler yeni antenleri karşılamak için takviye veya yedek gerekir.
  • [FONT=0) Inter-modulation (IMD): [D:D: [DÜDÜDÜDÜT:1) Yüksek güç vericileri ve birden fazla taşıyıcı aynı anteni, pasif Inter-modulation (PIM) aşağıdaki seviyeleri elde etmek için aynı anteni paylaşıyor -160 dBc.
  • [FONT:0)Calibration ve hizalama:[Dönetici: 0DD][D][/FONT=0) Akıllı antenler ve fazlanmış diziler, beklenen ısı noktalarının nerede olduğunu sağlamak için doğru kalibrasyon gerektirir. Sıcaklık sürüklenme, bileşen yaşlanması ve mekanik deformasyon tüm faz hizasını etkiler.
  • [[Dönergesel uyumluluk:[Dönergesellik: 0,3) Bazı bölgelerde, elektromanyetik alan (EMF) maruz kalma sınırları, maksimum iletili gücü veya gerekli anten yükseklik ve yönlendirme ayarlamalarını kısıtladı. Mühendisler bir siteye birden çok antenden elde etmek için gerekli olan EMF'nin güvenlik sınırları içinde kalmasına izin vermek zorunda kaldılar.

Anten Teknolojisindeki Future Trends in Antenna Technology Beyond 3G

3G döneminde öncülenen anten yenilikleri, LTE ve 5G tanıtıldıktan sonra durmadı. Aksine, 3G dağıtımlarından öğrenilen dersler doğrudan haberdar oldu:

  • [FONT=0)Masive MIMO: 3G'de 32x32, 64x64 veya hatta 128x128 element dizileri 5G NR için kirişler kullanıyor.
  • [FONT:0) Tam-dimension MIMO (FD-MIMO): [DD-MIMO): [DDD-MIMO): [DDDDD-d=D=0) İki azimuth ve yükseklikte kirişleri yönlendiren Active diziler, 3D kirişlerin farklı zeminlerine hizmet etmek için 3D kirişler sağlar.
  • [FONT:0)Reformurable smart yüzeyler (RIS): ), Pasif veya yarı-pasif yüzeyler, varsayılan ortamın kendisini şekillendirebilecek, 5G sistemlerinin ötesinde bir konsept araştırılmıştır.
  • [[D:0)Integrated access and backhaul (IAB):[DÜyetim: 1) Aynı anda hem kullanıcı erişimlerini hem de kablosuz arkahaul'u destekleyen anten sistemleri, küçük hücre sitelerinde fiber bağlantıların ihtiyacını azaltır.
  • [FONT:0)Millimeter- dalga antenleri: Operate'de 24-100 GHz'de son derece küçük form faktörleri ile ancak çok dar kirişler, gelişmiş kiriş yönetim ve algoritmaları gerektiren.

3G sırasında kurulan temel ilkeler, çeşitli, kirişli, uzaktan ayarlama ve çok bant entegrasyon - sonraki tüm kablosuz nesiller için temel temelsel. 3G anten sistemleri tasarlayan ve optimize edilmiş mühendisler, bugün hızlı mobil ağları mümkün kılan teknik bilgi tabanı inşa etti.

Anten tasarımı temelleri ve evrimleri hakkında daha fazla okuma için, site planlaması ve anten seçimi gibi kaynaklar şunlardır:2.GQ ve teknik özelliklerde)[Döneticileri için[Döneticileri için tıklayınız.[Döneticileri ve anten seçimi hakkında bilgi sahibi olmak için site planlaması ve anten seçimi hakkında bilgi edinilebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

3G temel istasyonları için anten tasarımındaki gelişmeler, kablosuz iletişimin tarihinde önemli bir bölüm temsil ediyor. erken güvenen basit her türlü dipolasyona, endüstri sofistike panellere doğru gelişti, MIMO dizilerine, akıllı antenlere ve uzaktan kumandalı sistemler, bu yenilikler, 3G ağ performansını dramatik bir şekilde geliştiren mobil genişbant deneyimi sunmak için 3G ağlarının video, verilere ve ses hizmetlerine güvenmesine izin verdi.

Bu anten teknolojilerinin etkisi 3G'nin ötesine geçiyor. 3G anten tasarımının temel çalışması, araştırmacılar ve uygulayıcılar için değerli bir referans olarak kalıyor ve RF mühendisler için bu tarihi sadece akademik bir egzersiz olarak kabul etmiyor. Endüstrinin mobil bağlantı için nasıl çalıştığını ve ölçüm sistemlerini optimize etmesi, 3G anten tasarımının öğrenilmesi için gerekli olan dersler, ağ operatörleri, ekipman üreticileri ve RF mühendisler için, bu tarihi anlamak sadece akademik bir egzersizdir.