回顧基站天線的發(fā)展歷程，每一次都讓人熱血澎湃，因為它見證了移動通信技術的每一次飛躍，也記錄著一代又一代通信人的青春與回憶。

過去幾十年來，從1G到5G，從2.4Kbps到10Gbps，移動通信網絡飛速發(fā)展的背后，離不開基站天線技術的不斷創(chuàng)新突破。

基站天線是移動網絡的“觸角”，負責向用戶收發(fā)無線信號，是整個移動網絡中距離用戶最近的設備，也是人們在城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村隨處可見的設備。

雖然它們都被嚴嚴實實的包裹在防護罩里，看起來差別并不是太大，但其實多年來已經發(fā)生了巨大變化……

1G：全向天線

上個世紀90年代，一部“大哥大”的價格動輒過萬元，而人們的工資卻幾十到幾百不等?？紤]移動用戶較少，單站話務量較低，運營商的建網原則以覆蓋優(yōu)先。

因此，1G基站采用全向天線，用一根呈圓柱形或棍裝的天線提供360度全向覆蓋。

全向天線向四周均勻發(fā)射和接收信號，難免會帶來小區(qū)間頻率干擾的問題，但由于當時站點稀疏、站間距很大，干擾并不太明顯。

眾所周知，移動網絡的覆蓋短板在上行鏈路。在移動通信領域，我們將基站到手機的信號傳輸鏈路稱為下行鏈路，反之，從手機到基站稱為上行鏈路。由于手機的發(fā)射功率比基站低很多，站點覆蓋受制于上行鏈路。

從1G時代到2G早期，為了改善上行鏈路，通常采用空間分集技術，即在鐵塔上部署兩根在空間上分開的接收天線。為確保隔離度，兩根天線之間的間隔距離至少為10個波長，比如900MHz的間隔為3.3m，1800MHz的間隔為1.67m。

2G：定向天線、雙極化天線

進入2G時代，數字技術的引入推動設備成本大幅下降，移動產業(yè)迎來蓬勃發(fā)展的黃金時代。與此同時，天線技術迎來空前的創(chuàng)新和發(fā)展。

首先是扇區(qū)化，即從全向天線發(fā)展為定向天線。

隨著移動用戶快速增長，運營商的建網原則開始從“覆蓋優(yōu)先”向“提升容量”轉變。提升容量的技術之一是扇區(qū)化，即把之前的360度全向覆蓋劃分為三個扇區(qū)，每個扇區(qū)覆蓋120度。

于是，天線的形態(tài)從“棍狀”演變?yōu)槠桨鍫畹亩ㄏ蛱炀€，天線被封裝在更寬的外殼中。

定向天線的好處不僅能提升系統(tǒng)容量，由于信號輻射更集中，還具有更高的天線增益，能實現更遠的覆蓋距離。

但由于基站被劃分為三個扇區(qū)后，每個扇區(qū)都需要安裝兩根空間分集的單極化天線，這意味鐵塔上的天線數量倍增，不僅需要更多的天面空間，也增加了網絡建設和維護的工作量。

也許正是出于這個原因，基站天線又迎來了一次重大技術進步——從單極化天線演進為雙極化天線。

作為一種電感器件，天線會產生電場和磁場，語音和數據信號靠電場傳送或接收。極化，就是天線電場的振動方向。無線電波傳輸都以某種極化方式運行，比如垂直極化和水平極化，前者指電場垂直于地面，后者指電場平行于地面。

考慮人們打電話的姿勢與垂直極化信號更匹配，早期的基站天線一般采用基于垂直極化方式的單極化天線。

而雙極化天線將兩組極化方向相互正交（通常為+45度和-45度）的陣子交疊在一起，可在確保足夠隔離度的前提下，以一根天線的外觀形態(tài)收編過去的兩根單極化天線。在外觀上，雙極化與單極化天線的最大區(qū)別是，雙極化天線有兩個天線端口，分別對應+45度和-45度偏振的兩組天線陣列。

雙極化天線打破了空間分集帶來的部署空間限制，讓基站天線可以輕松安裝在桅桿、支撐桿、抱桿、燈桿等更多占地面積較小的通信桿塔設施上，使得基站分布越來越密集，網絡覆蓋也越來越廣泛。

3G：多頻段、多波束、遠程電調

3G時代迎來雙頻段或多頻段天線的規(guī)模部署。

每一代移動網絡都會分配新頻段，天線作為無線信號收發(fā)的關鍵器件，當然也需支持新頻段。進入3G時代，面對2.1G等新頻段引入，運營商需要在原有網絡的基礎上新增支持新頻段的天線，再次面臨鐵塔天面空間和承重受限、運維復雜的問題，同時，由于一些市場已經出現了鐵塔模式，有些運營商還面臨鐵塔租金成本上漲的問題。

于是，行業(yè)產生了強烈的“單天線支持雙頻段或多頻段”需求，即雙頻段或多頻段天線。

過去行業(yè)針對一個頻段設計一個天線，現在如何實現單天線支持多頻段？有兩種方法：一是天線支持更寬的頻率范圍，可覆蓋兩個或多個頻段；二是將不同頻段的輻射單元陣列集成在一個天線外殼里，并確保各自互不影響。由于輻射元件支持的頻率帶寬有限，前者僅適用于頻率彼此接近的頻段，因此，后者更常見。

3G時代還誕生了遠程電調天線傾角技術。

天線傾角，指天線主瓣與水平面之間的角度，它直接影響網絡的覆蓋、干擾和負荷均衡，在移動網絡優(yōu)化中是一個極其重要的參數。

有兩種方法調整天線傾角：機械和電調。最初采用機械方式，依靠塔工爬上鐵塔手動調整天線支架，使天線向所需方向傾斜。這種方式顯然非常費時費力，不適合大規(guī)模網絡維護和優(yōu)化。

相比人工機械調整，遠程電調天線利用振子的信號相位來精準控制波束傾斜，運營商可通過遠程控制天線內部的移相器的方式來調整傾角。同時，對于多頻段天線，電調天線可實現對各個頻段的電下傾角的獨立控制。

另外，面對2.5G和3G引入移動數據服務，移動用戶數量加速增長，對移動網絡的容量需求進一步提升，多波束天線應運而生。

過去，天線只有一個主輻射方向，稱為單波束天線，且一副天線負責一個扇區(qū)的覆蓋范圍。相較于單波束天線，多波束天線可賦形出多個具有主輻射方向的波束，將一個扇區(qū)劈裂成多個更窄的波束，實現單天線多小區(qū)分裂。

由于多波束天線具有“單天線支持多小區(qū)”的超能力，無需增加額外的天線設備即可成倍提升系統(tǒng)容量，因此，尤其適合密集城區(qū)、大型活動現場等高容量熱點場景。

4G：MIMO天線、多端口天線

LTE將MIMO技術引入了蜂窩網絡，因此，4G時代最靚麗的風景線是MIMO天線。

MIMO，多發(fā)多收，指通過在發(fā)射端和接收端部署多根天線，分別同時傳輸數據流，實現在無需增加頻譜資源和發(fā)射功率的前提下，成倍提升系統(tǒng)容量和可靠性。

MIMO越高階，天線數目越多，系統(tǒng)性能越強。因此，我們在4G時代經?？吹?T4R甚至8T8R的天線配置。4T4R，即在基站側邏輯上配置4根收發(fā)天線；8T8R，指邏輯上配置8根收發(fā)天線。

通常，支持4T4R的天線內置2個交叉極化陣列，8T8R有4個交叉極化陣列。如上所述，一根雙極化天線帶有兩個饋電端口，以此類推，4T4R帶4個端口，8T8R帶8個端口。

一邊是支持高階MIMO，一邊面對2、3、4G多制式多頻段共存，要求一根物理天線支持更多的頻段，于是，4G時代的天線端口數量直上一個新臺階。

比如，中國移動4G時代的網絡有GSM900、FDD900、GSM1800、FDD1800、TD-FA、TD-D多個頻段多種制式，為了讓一根物理天線支持這些頻段并支持TD-LTE 8通道，業(yè)界推出了4488天線，即4端口支持900M，4端口支持1800M，8端口支持F&A頻段，8端口支持D頻段。

由于每一個端口都通過饋線連接到RRU，多端口天線讓鐵塔上的饋線越來越密集，遠遠望去，仿佛天線長出了濃密的黑胡子。

這顯然看起來不太美觀，也給安裝和維護工作增加了難度?；蛟S正是出于這樣的考慮，行業(yè)出現了天線和RRU“合體”的方案。

這種方案不僅看上去更美觀、易部署、易維護，而且能消除饋線損耗和更省電。再進一步發(fā)展就是有源和無源高度集成的AAU。

5G：Massive MIMO AAU

如您所知，5G無線最關鍵的技術之一是Massive MIMO（大規(guī)模MIMO）。支持Massive MIMO技術的無線設備叫AAU（有源天線單元）。

Massive MIMO AAU有兩大特點：天線陣列規(guī)模大、射頻通道多。比如，典型的支持3.5GHz 64T64R的AAU有192個天線單元，支持64路收發(fā)通道。

這帶來了兩大技術優(yōu)勢：一是面對5G頻率更高、信號覆蓋能力更弱，Massive MIMO可通過調整多個天線單元的幅度和相位實現波束賦形，讓無線信號能量更集中，指向更精準，從而增強覆蓋能力和減少信號干擾；二是可通過多個數據流并發(fā)同時服務多個用戶，提升系統(tǒng)容量。

Massive MIMO有力支撐了5G發(fā)展，未來這項技術還將向“超大規(guī)模MIMO”、“極大規(guī)模MIMO”持續(xù)演進。面對6G時代或將引入7GHz等更高頻段，AAU將從64TRx升級到128TRx、256TRx甚至512TRx，天線單元數量將從192個提升到數百個甚至超千個。