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1 引言

隨著技術發展，移動通信網絡設備廠商不斷推出一些新型的技術，如分布式基站、節能軟件（時隙/載頻智能關斷）、各種覆蓋增強型技術、共建共享等。這些節能減排技術在工程中靈活應用，可以大大節約建設成本，降低網絡能耗。在天饋層面如何結合這些新型技術實現更大程度上節能減排，對移動通信的發展具有重要意義。

2  基站天線的小型化實現節能減排

小型化基站具有體積小、功耗低等特點，有利于站址選取，便于天線的運輸和安裝，可有效降低移動通信系統的建網與運維成本。

2.1  天線小型化技術

由電磁波輻射原理可知，天線輻射單元的尺寸大小和工作頻段對應的波長相比擬。受技術發展和工藝水平的限制，現網中應用的移動通信基站天線尺寸都較大。以GSM  900 MHz頻段的天線舉例，65°17dBi的天線長度達到2.1 m，90°17dBi天線長度甚至達到2.6 m。天線尺寸過大不僅需要占用較多的天面資源，還會引起居民對電磁輻射的恐慌和抗拒，造成選址和建站困難，新站點的建設成本明顯提高。

為了解決目前移動通信系統因天線尺寸較大造成的各種難題，基站天線應突破半波振子的尺寸限制，采用新技術實現更小尺寸的輻射單元，并確保天線整體性能的優越性。天線的增益與其工作頻率、有效輻射面積、輻射效率有關，詳見公式（1）。有效輻射面積越大，天線增益越高。因此，如果能提高天線的有效輻射面積，即使減小天線輻射單元物理面積也能獲得增益提升。

目前出現的口徑耦合多層貼片天線等新型輻射單元可以大幅度提高天線有效輻射面積，在輻射單元物理尺寸減小的情況下也能保證輻射單元具有較高的增益。新型輻射單元在移動通信天線中的應用可以實現天線的小型化。

2.2  小型化天線實現的節能減排效果分析

為了應對資源日趨緊張的挑戰，目前的基站形態大多采用分布式基站。分布式基站采用射頻拉遠技術，將傳統的宏基站設備分為基帶單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU），采用光纖進行連接，一方面可以降低饋線損耗，增強上下行覆蓋，另一方面可以減少饋線采購的成本。受限于天線的尺寸，分布式基站在選址和能源消耗方面依然有較大的改善空間。

天線實現小型化后，分布式基站可以適應多種安裝場景，天線的安裝降低對天面資源的要求，可有效解決站址獲取難題；天線設備體積變小，重量降低，便于運輸和安裝，加快了工程進度；小型化天線整機功耗可以大幅度降低，配套電源和蓄電池成本也將會大大減少；天線尺寸的減小，使得偽裝天線的應用成為可能，這將在更大程度上降低基站選址難度和成本。

因此，根據目前基站數量的建站成本估計，天線的小型化將帶來30%建網成本的降低，20%運維成本的降低，以及20%網絡資產閑置率的降低。

3 天線多制式應用實現節能減排

多制式天線能夠同時支持多種通信系統的無線信號傳輸，可有效減少天線數量，降低硬件成本與能耗，有利于實現移動通信網絡的共建共享。

3.1  多制式天線技術

目前在現網中所應用的大部分基站天線工作在單制式模式，也就是一副天線的工作頻段只覆蓋一個制式，僅少數天線能覆蓋頻段相近的兩個制式。這樣在一個扇區內，每一個制式的都至少需要3面天線。現在國內3家運營商共有3種制式的移動通信系統在運營，分布在5個頻段上。每一家運營商獨立建網，這樣的發展模式造成了移動通信基站數量的激增和基站建設成本居高不下，而且不利于未來網絡的演進。截止到2 0 1 1年初，中國移動通信基站數量已超過160萬個，單制式天線的應用模式面臨著巨大的挑戰，一副天線覆蓋兩種甚至更多種制式是天線技術發展的必要趨勢。

所謂多制式天線，其工作頻段不僅覆蓋多種制式，而且在每一個頻段上均可實現靈活調節和控制，實現網絡規劃和優化的便利性。多制式天線超越了超寬帶天線的概念，通過解決不同頻段的信號合路和分路技術，獨立調節每個頻段上的天線輻射參數，抑制不同系統之間的信號干擾，可以大幅度提高網絡覆蓋性能和應用的靈活性。

3.2  多制式天線實現節能減排效果分析

多制式天線的實現和應用，可以將目前多副天線的功能集中到一副天線中實現，將會極大地減少現網中所需要的天線數量。更重要的是，多制式天線使得移動通信系統的共建共享成為了可能。按照目前中國聯通、中國移動和中國電信的網絡制式和頻譜劃分，未來最理想的情況下，在一個基站上只需要3副多制式天線即可完成網絡的正常覆蓋，相對于目前的應用模式，可以將建站規模和成本降低至現在的1/6。這里降低的不僅是硬件設備成本，同時也降低了電源消耗、傳輸線路中的功率損失及電磁污染等。

由此可以看出，多制式天線技術在移動通信網絡中的應用，不僅可以降低網絡建設成本，也可以節約能源和降低污染，理想情況下可以實現80%左右的成本和能耗降低。

4 有源天線技術實現節能減排

無線網絡架構逐步趨于扁平化，集中式的設備正逐步替代分布式設備，光纖逐步替代銅纜，天線有源化是未來必然的發展方向。有源天線將無線射頻單元與天線輻射單元集成設計，可有效降低射頻信號傳輸損耗，提高基站的功放效率，增強網絡覆蓋性能。

4.1  有源天線技術

傳統基站的射頻處理單元和天線是分離式設計的，天線通過多個無源輻射單元組合實現波束成形。射頻處理單元和天線之間采用射頻電纜傳輸信號，這樣造成射頻信號在傳輸過程中的功率損耗，降低能源利用率。同時在分離式布放的應用方式下，RRU（遠端射頻單元）和天線均需要占用天面資源安裝，這樣又增加運營商的建站成本。

有源天線技術是將射頻處理單元和天線輻射單元集成在一起，每一個輻射單元對應射頻收發系統，這樣就可以省去天線和射頻處理單元間的電纜連接，極大地降低傳輸損耗；另一方面，有源天線由多個相對獨立的含射頻收發系統的天線輻射單元組成，通過靈活的配置可以實現靈活的波束控制，增強天線覆蓋能力，并且提高系統靈敏度。

4.2  有源天線實現節能減排效果分析

目前現網中的基站設備功耗大，能效低，節能減排需求迫切。按照現有的基站功耗的統計數據，功放能耗占基站能耗的絕大部分，約70%左右，因此通過采用高效率的功放技術來降低功放功耗是基站節能的關鍵。

有源天線通過射頻處理單元和輻射天線之間的集成，降低電纜傳輸損耗。按照目前天線與RRU之間的距離，有源天線相對無源天線大約可降低1  dB的功率損耗；同時有源天線相對傳統天線采用獨立的小功率收發系統，同等輻射功率下可獲得至少2  dB的增益提升。有源天線帶來的3  dB增益，可以擴大40%的覆蓋面積，這樣大約可減少30%的站點以及26%的功率損耗。

可以看出，有源天線的應用不僅可以提高功放效率，還可以從增強小區覆蓋，提高系統靈敏度等多個方面實現節能減排。

5 新型天線技術未來發展思考

5.1  小型化天線技術

目前移動通信基站設備和天線實現一定程度的小型化，業內出現小型化天線的應用案例，限于各種因素，目前的小型化天線的安裝仍需要一定的天面資源，而且性能指標有待提高，工作頻段較窄。如果在網應用，需要多個的小型化天線同時工作才能全頻段覆蓋，這就失去小型化的優勢和意義。

未來運營商應引導產業優勢力量，推動天線后端設備的充分集中一體化，達到利用環境實現美化和隱身的目的，實現天面資源的真正節約和靈活的部署方式。在推動天線小型化的同時，實現天線工作頻段的寬帶化，以利于減少天線數量和未來系統升級，充分體現小型化天線的優勢。

5.2  多制式天線技術

多制式天線超越了傳統意義上的超寬帶天線，實現不同制式的獨立調節。目前的超寬帶天線僅工作頻段覆蓋多個制式的網絡，每個制式無法實現獨立靈活的調節，這就無法在不同制式需要不同下傾角的場景下應用，而且較為嚴重的系統間干擾問題限制了超寬帶天線的應用推廣。

未來運營商在推動多制式天線技術發展和產品成熟的過程中，應挖掘新型器件和新型材料的應用，以解決不同頻段的信號合路和分路問題；推動先進的移相器技術在天線領域的應用，以解決獨立調節所需的復雜移相器和控制難題；另外，推動解決多制式天線帶來的不同系統間的干擾問題。

5.3  有源天線技術

有源天線是未來網絡發展的必然趨勢。業內各方提出了有源天線的概念，并針對自身的產品做了大量宣傳。目前有源天線還處于發展初期，天線輻射單元和射頻模塊通過物理疊加或簡單組合實現有源化，工作頻段相對較窄，無法實現有源天線的優越功能，而且天線有源化后，受限于基帶信號傳輸接口，天線與主設備之間無法互聯互通，不利于未來有源天線技術和產業的良性發展。

在有源天線技術的發展過程中，運營商應根據網絡發展和應用要求，推動天線輻射單元與射頻模塊的一體化融合，實現真正意義上的有源天線；推動天線及射頻器件的寬帶化，實現有源天線的多制式靈活應用；更重要的一點，推動基帶信號傳輸接口的標準化，保證有源天線與后端設備的兼容性應用。

6 結束語

實現節能減排是運營商在激烈競爭的環境中快速降低運營成本，提升盈利能力行之有效的手段，也是對傳統運營模式的考驗。由于傳統天線功能和應用模式的限制，現有的天線難以應對移動通信系統面臨的節能減排壓力。如何打造一個綠色節能的無線網絡是關系到人類生存環境的健康與和諧發展的生態工程，因此實現節能減排的各種新型天線的是綠色網絡的選擇，也是未來天線技術的必然發展趨勢。通信運營商作為移動通信產業的引領者，應該根據無線通信網絡發展的實際需求，密切結合節能減排趨勢和要求，引領新技術發展，大力推動新型天線產品開發及應用。