5G新型天線性能卓越 4倍擴容 5倍覆蓋 引發技術革命

日前，清明公祭軒轅黃帝典禮活動落下帷幕，在本次公祭活動中，黃陵縣8個5G基站，使用5G網路新技術進行直播。

在公祭軒轅黃帝典禮活動中使用5G直播，一方面有"作秀"的成分，畢竟過去的方案也完全能夠實現全程直播，而要在公祭活動中使用5G直播，顯然有將5G和當下熱點結合起來的目的，為5G增加光環和流量。另一方面，採用5G進行直播，也是一次測試，測試5G在非"純凈測試"狀態下表現如何，以及不同廠家5G方案之間的優劣。

據業內人士告知，在本次清明公祭軒轅黃帝典禮活動採用的一項天線技術，有可能成為5G技術破局的關鍵點。

天線可能成為5G技術改進的突破口

當下5G需要真正的理論創新突破，或者對已有的先進理論進行梳理，並將其實用化、商業化。

目前，編碼技術提升的空間已經非常小了，無論是5G時代LDPC和Polar，還是3G、4G時代的Turbo都已經非常接近香農在1948年所提出的信道容量。

調製從3G到4G，再到如今的5G基本沒變，因為太基礎了，想變也變不動。

多址技術放棄巨頭鼓吹的NOMA，選擇OFDM，暫時看不到替換OFDM的新選擇。

CoMP相對於4G時代的SFR/MLSFR也是零增益、負增益，還不如退回去用MLSFR。

超多天線則是實驗室擺拍可以，一實戰就不行，只能搞一些性能增益有限的應用，增益較大的只能用來演示。

可以說，在幾項關鍵技術上，都遭遇困境。

當下，已經進入測試環節，且有可能帶來技術革新的新技術，則出現在天線方面——龍勃透鏡天線。

龍勃透鏡天線技術優於市場主流方案

這項技術並非是為了迎合5G炒作出來的，其理論已經問世了半個多世紀。

龍勃透鏡理論早在半個多世紀前由德國人龍勃提出。之後，一個蘇聯科學家參照龍勃的理論把理論變成實物。後來，這位蘇聯科學家去了美國，把技術賣給了美國軍方。

目前，龍勃透鏡在尖端武器裝備上已經有了不少應用的例子，像J20、F22、F35等先進戰機上都安裝了龍勃透鏡。

最近幾年，中美兩國都開始把龍勃透鏡天線技術民用化，美國馬斯丁公司做過一些嘗試，但由於成本太高，未能如願。順帶說一下，那位把龍勃透鏡理論實用化的蘇聯科學家，後來就是去了美國馬斯丁公司。

慶幸的是，國內一家單位則成功開發出了人工介質合成的新材料，並製造出人工介質透鏡多波束天線，並聯合中移動力圖將技術商業化。這項技術從配方到製造工藝均屬國內國際首創，在中美兩國都申請了專利，是實打實的自主創新、中國智造。

採用這項技術的天線，能夠在性能、成本、功耗、體積和重量等方面全面優於現有市面上的主流產品。

這裡對MIMO的能耗問題再說明一下，MIMO的一個問題就是天線口徑能耗比非常低。天線口徑能耗比是電磁場通過天線後損耗的能量，4G時代理論值是60-70%左右，但到了5G，天線口徑能耗比銳減，某廠商的方案只有14%左右。那麼，為了彌補這個短板，就必須提升功率，因而能耗會大幅提升。作為對比，龍勃透鏡天線的天線口徑能耗比明顯優於市場上的主流方案，因而在能耗上具有很大的優勢。

更關鍵的是，在採用新技術後，現在5G基站里的不少元器件都將成為"沒有必要"的多餘零件，這樣一來，可以大幅降低5G基站的成本、功耗、體積和重量。同時，也會降低中國對美國晶元的依賴性，對於美國半導體產業來說也是一個打擊。

就成本問題再說明一下，也許有人會覺得，人工介質合成的新材料會很貴，但實際上，這種新材料的價格比較便宜。加上是屬於物理層方面的技術升級，以及採用這種新材料製造出的透鏡多波束天線結構簡單，其成本明顯優於市場主流方案。

龍勃透鏡天線有望解決5G覆蓋短板

龍勃透鏡天線還有助於解決5G基站的覆蓋問題。

鐵流以前的文章介紹過，5G技術供給是疲軟和虛假的，性能主要依靠暴力提升，也就是擴大佔用的頻段，加大投資基站的密度，提升晶元數據處理速度等手段。

而選擇高頻擴容的一個問題就是覆蓋範圍會比較差，像美國的28Ghz覆蓋會非常感人。因此，國外普遍採用4G基站為主+5G基站熱點地區覆蓋的方案。

而中國工信部目前只選擇2.6Ghz、3.5Ghz和4.9Ghz，這個只能算中頻，根本沒敢上26Ghz。根源就在於高頻覆蓋不行。

就5G試點的實際情況來說，聯通在北京金融街區域布置了11個基站，只覆蓋了3.6公里的街道，換算一下就是平均一個基站覆蓋300米左右。

據業內人士介紹，採用龍勃透鏡天線，在2年前的一次路測就達到700多米，如今視測試環境差異，可以達到了1-2公里。

如果把5G覆蓋範圍小和成本問題解決掉，那麼，5G的短板將不復存在。

就目前情況來看，已經進入測試環節的龍勃透鏡天線，則是非常有可能解決覆蓋範圍小和成本問題的關鍵技術。更可貴的是，這項技術還是自主創新、中國智造。

（紅圈內白色圓柱體為新型5G天線）

新型天線已經獲得了中移動的肯定

其實，本次清明公祭軒轅黃帝典禮活動並非龍勃透鏡天線的"首秀"，在此前的進博會上，新技術已經和市場主流方案互為備份。

在高鐵線路上新天線也進行測試。測試區域選擇了陝西咸陽市區東側，渭河鐵路橋上進行，該段鐵路橫跨渭河，長度約1.4Km，兩側開闊無建築物阻擋，站軌距約30m。

從上圖行進中高鐵車廂內測試數據的來看，手機接收到的信號大於-90dBm的採樣點主要分布在距離基站1.1Km~2.4Km的位置（遠大於傳統高鐵天線覆蓋的500米），而在覆蓋方向上全路段信號電平大於-111dBm。超過中移動的-113dBm指標要求。

若在車外測量信號電平，則應將高鐵車內測的信號電平值增加+28dB（高鐵車廂穿透損耗）。因此若宏站上選用小型化透鏡天線，覆蓋距離更可超過2.3公里。加上它的垂直瓣寬30°垂直覆蓋面積將大大超過與小型化透鏡天線增益相當的20dBi的常規板狀基站天線（垂直瓣寬7°）。

必須指出的是，小型化透鏡天線是物理層的升級，不用電調機構，而常規板狀基站天線必用電調機構，這使小型化透鏡天線具備性能和運維（電費）雙重優勢。

在此之前從同類型高鐵測試，未有過超過800米的覆蓋記錄。業界認為覆蓋2.3公里的高鐵運行中車廂實測結果是前所未有的，因此認為其技術帶來的影響將是顛覆性的。之後，類似的高鐵測試又做了三次，結果都是類似。

另外，在一些明星演唱會、城市馬拉松比賽中，中移動已經將龍勃透鏡天線進行應用，並取得了不錯的效果。在2018年中移動內部的應急技術評獎上，新型龍勃透鏡天線榮獲一等獎（特等獎1名，一等獎1名，二等級3名）。

可以說，就應急保障來說，新型龍勃透鏡天線技術已經獲得了中移動的肯定。

現在的問題是新技術的成熟度，畢竟，測試沒問題不代表大規模商業應用也不會出現問題。

如果這項軍轉民技術能夠有更多的驗證，並大規模商用，那麼，5G就有可能從商業概念，變成技術升級。由於美國馬斯丁公司的民品龍勃透鏡天線價格高昂，屆時，想要購買物美價廉的龍勃透鏡天線，只能向中國購買了。

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