今日科技系列（108）——華為領先世界的基站相控陣天線_風聞

    這款5G廣角天線主要是用在鄉鎮、農村，針對的是面積很大但住户分散的村落。

    光纖拉到了村頭，光纖入户就成為了難題，由於住户分散，每家單獨扯根光纖的話成本高效益低。於是就在村頭架這麼一座基站，將高速的5G信號直接射到人家，每家配一個CPE，就是將5G信號轉化為Wi-Fi的小設備，然後每家就都高速上網了，下載速率300M，家庭寬帶、手機上網、網絡電視同時解決。跟過去的4G基站相比，這款設備的頻譜效率提高了5～10倍，這是個非常了不起的成就，但華為是怎麼做到的呢？

    首先，這部天線隱藏着32個收發通道，通過波束賦形技術，將輻射面就分成了8個窄波束。這就相當於將電燈泡換成了手電筒，把信號能量集中了，在相同能量條件下，就能夠提供更強的信號，這就是空分複用，即在空間上進行分割，對頻譜進行重複利用。

    第二個問題，基站咋知道哪個村民在哪個方向，怎麼讓正確的波束正好指向你？

    5G基站設置了兩種信道，廣播信道和業務信道。首先用廣播信道掃描全村找人，搞清楚服務對象在哪個扇區後，就調用那個方向的業務波束去提供數據服務。

    第三個問題，像手電棒一樣的8個窄波束，是從左到右輪流點亮的，ms級的掃描週期確保覆蓋到前方所有用户。給服務對象提供的信號是間斷的，那如何保證用户連續通話和上網呢？舉個例子，幼兒園阿姨給8個小孩餵飯，從左到右輪着喂，給第一個孩子喂一勺後，就給第二個孩子喂，等給第8個孩子喂完後，第一個孩子剛把飯嚥下去，第二輪餵飯又開始了。對於阿姨來説，餵飯是間斷性的，而對孩子來説，吃飯是連續的，第一口剛下肚，第二口又來了。

    基站就是阿姨，用户就是孩子，基站輪詢服務，保證用户連續上網，這就是時分複用，即把時間分割，分時服務以提高效率。

    在每個波束中，又把頻譜拆分成不同子載波，每個子載波都承載着不同業務，業務發生變化後，馬上對頻段進行重新利用。這就好比是公路上的潮汐車道，早上進城車多，就把潮汐車道用於進城，晚上出城車多，潮汐車道就改成出城。這種對頻率的靈活使用方式，就叫做頻分複用。

    空分複用、時分複用、頻分複用這三種複用方式，可以在不同的技術場景下分別使用。而在華為這部5G廣角meta天線中，居然把三種方式都用全了。超越了教科書，將技術原理用到了極致，這就是華為技術領先的奧秘。

    我們在城市裏看到的天線，往往是一個杆上放三個，每個天線的發射角是120度。而這部5G廣角meta天線是靠近村頭設置的，120度涵蓋不了全村，兩側的住户會遺漏掉。為了解決這個問題，在天線兩側做了信號的加強，採用了介電常數不均衡的材料，讓波束的方向發生偏轉，從而使輻射角度擴展到180度。

    為了在有限的面積上做更多的振子和更高增益的波束（上塔設備要求天線迎風面不能大於0.8平方米），這部天線的面積設計成了0.75平方米。在這麼小的面積裏，集成了256個振子，連接32個收發通道，令人歎為觀止。這麼牛的設備+天線多少錢？軍用相控陣天線售價是60萬～百萬量級，這款民用設備的僅僅不足10萬元。

    所以，在我國鄉鎮、農村用的5G基站，技術水準已甩歐美國家三條街。西方廠商跟蹤研究這款設備已經四年了，此文介紹的技術路線他們早就知道了，但就是研發不出來。

    中國人使用的是最先進的電信設備，享受的是一流的電信服務，感謝華為，感謝國家！

    【作者：奧卡姆剃刀】