摘要：第五代移動通信技術中有許多關鍵性的技術突破，其中Massive MIMO技術是5G通信中比較重要的技術。根據Massive MIMO技術的相關要求，5G移動通信的天線應具有高增益、小型化、寬頻段及高隔離度等技術特征，以滿足5G通信的高傳輸速率、波束智能賦形、波束能量聚集等功能。本文主要介紹了5G Massive MIMO天線的發展狀況。

　　5G通信面向中高段頻段，解決了低頻段頻譜資源擁擠的問題。但中高頻段通信面臨一系列的技術問題，其中以現有的MIMO通信系統為基礎所提出的Massive MIMO系統是其中關鍵的一項。基于陣列式的多入多出(Massive MIMO)技術使基站天線數量成倍增加，遠遠超過了移動終端使用的天線，從而大幅提高通信頻譜效率。

　　5G頻段資源劃分

　　頻譜資源是無線移動網絡提供服務的基礎。根據世界無線電通信大會(WRC)確定的候選頻段，5G頻譜的新增頻段主要分布在6GHz以下的中頻段和大于6GHz的高頻段兩個范圍內，其中Sub-6G基礎設施將繼續利用2.5-2.7GHz的大量可用頻譜，同時增加3.3-5.9GHz的頻率;我國高頻頻譜主要分布在24.75-27.5GHz、37-42.5GHz范圍。

圖1 世界無線電通信大會(WRC)確定的5G候選頻段

　　在中頻段上，3.5GHz兼具良好的無線傳播性能和帶寬優勢，被全球多個國家視為5G網絡的先鋒頻段，也就是最有可能率先商用的頻段。另一個 4.9GHz頻段亦非常優秀，但該頻段在歐美韓都已被占用，只有中日啟動測試，在中國可能會作為3.5G的補充手段實施。

　　關于大于6GHz的高頻毫米波，因掣肘于高頻射頻產業技術限制，不屬于率先部署范疇，但其充裕的頻譜資源是未來5G通信發展的重要方向。從技術的成熟度來看，在短期內將率先看到Sub-6GHz無線基礎設施大范圍部署，以彌補現有4GLTE網絡與未來毫米波(mmW)5G網絡實施之間的帶寬差距。

　　Massive MIMO天線

　　Massive MIMO的要求是在有限的空間內兼容大量隔離度好的多天線以保證波束賦形所需的增益和精準度。在 2G到4G 的發展過程中，天線從全向的棒狀天線依次演化成定向單/雙極化天線、ESC單/雙極化天線、雙ESC雙極化天線到多頻雙極化天線等。4G 時代，通信網絡通常采用2/8/16通道天線，射頻器件與天線分離。在 5G 時代，頻率增加波長減小，并且接收信號的減弱迫使天線元件的數量增加。Sub-6G和毫米波兩種方案在基站端均要求采用Massive MIMO技術來提高網絡容量和信號質量，高頻段的天線數量也達到了64/128/256通道，目前普遍在測試階段的是128天線陣列64T64R計劃。

圖1 傳統基站天線與Massive MIMO天線電氣化性能

(數據來源：五度易鏈行研中心整理)

　　為了解決基站臃腫的問題，天線有源化、小型化和一體化是未來的發展趨勢，RRU與天線結合成AAU不僅簡化了設備還大幅降低了功耗。目前國內較為先進的是華為科技的安裝天罡芯片的5G基站系統，此芯片可控制業界最高64路通道，支持200M運營商頻譜帶寬;同時該芯片使基站尺寸縮小超50%，重量減輕23%，功耗節省達21%，安裝時間比標準的4G基站節省一半時間，有效解決了基站選址難、成本高等問題。目前，中國移動已于華為合作開展4.9GHz頻段試用，基站采用華為最新64T64R的AAU5913，頻率帶寬高達100MHz，可兼容4G/5G網絡，實測速率2.8Gbps。

表1 各設備廠商64T64R AAU電氣參數

(數據來源：五度易鏈行研中心整理)

　　國內基站天線寡頭壟斷，小基站成突破方向

　　基站天線行業競爭激烈，但具有一定研發實力、較大產能規模、具備國際競爭力的與業廠家較少。目前國內基站天線設備商主要包括華為、京信通信、通宇通訊、摩比發展、盛路通信等少數幾家企業，競爭格局明晰，華為一家獨大，京信較為領先，通宇、摩比緊隨其后。其中華為從2014年的14%的市占率一舉擴大到32%，主要得益于其通信設備業務拓展至全球，帶動了天線業務快速擴張。

圖2 2017全球基站天線競爭格局

(數據來源：中信證券投資顧問部)

　　在5G時代，有源天線已經成為主流。天線制造商需要更多地與設備商集成生產有源天線，造成其對設備商的依賴加強。這種變化一方面削弱了天線制造商的話語權和盈利能力，另一方面也意味著需要獲得設備商的認同才能進入供應系統，市場門檻變高。因此，天線生產商未來市場份額的變化主要由不同天線廠商所服務的設備商的份額變化來決定，這也正是通信設備商華為崛起的原因，而京信通信則丟失了其之前的市場份額，其他兩家企業也面臨同樣的問題。

　　5G通信要部署大量的小基站，4G 時代小基站市場并沒爆發，主設備商也沒有大力進入，但5G時代小基站有著廣闊的發展前景。2015 年中國移動曾對小基站進行過一次集采，華為并沒有入選，中興通訊份額也不高，而原來從事WLAN、室內分布的中小設備廠商排名很靠前，如京信通信、邦訊技術(博威)、三元達等。以京信通信為例，小基站已在全國 21 省市商用，這些商用大多通過省級運營商散采獲得，而京信通信通過遍布全國的辦事處以及前期做室分業務的積累，獲取了豐富的站址資源，因此獲得了絕大多數省份市場 50% 的份額，遙遙領先競爭對手，儼然成為小基站領域的領頭羊企業。

　　結語

　　隨著Massive MIMO技術的不斷發展，未來Massive MIMO技術必將得到廣泛應用，天線小型化有利于陣列天線的安裝部署。頻段升高，基站數量增加也必將加強有源一體化天線的普及趨勢，一體化基站子系統將會被廣泛地應用。