アンテナに関しては、誰もが精通している必要があります。
ワイヤレス技術が非常に普及している現代社会では、アンテナは私たちの生活のいたるところにあります。
最も一般的なものは、もちろん、モバイル通信ネットワークで使用される基地局アンテナです。
基地局アンテナは私たちの生活に不可欠です。これがないと、携帯電話に電波が届かず、オンラインで楽しく買い物をしたり、ドラマを追跡したり、鶏肉を食べたりすることができません。
注意深く観察すると、デバイスごとにアンテナの形状とサイズが異なることがわかります。
そうです！理論的には、アンテナの理想的な長さは、通常、電磁波の波長の1/4です。
したがって、アナログTVロッドアンテナの長さは通常0.175〜0.5メートルであり、FMラジオアンテナの長さは0.675〜0.85メートルであることがわかります。
また、当社のモバイル通信ネットワークでは、動作周波数は主に700M〜3500MHzであるため、アンテナのサイズははるかに小さくなります。
小さすぎて見えない（電話に隠されている）
しかしながら、無線信号のより高い動作周波数とより短い波長は悪い結果をもたらしました-その反干渉能力と回折能力は著しく弱められました。特に複雑な都市環境では、信号品質が影響を受ける可能性が高くなります。
したがって、エンジニアは、モバイル通信システムの容量とカバレッジを改善するための新技術を絶えず開発する必要があります。
アンテナは、モバイル通信の主要なリンクとして、エンジニアが頭を開くための主要なターゲットになります。
次に、カンカンに行きます。基地局のアンテナはどのような神の操作をしますか。
モバイル通信の最初の1G時代では、ほとんどすべての基地局が無指向性アンテナを使用していました。当時、ユーザー数は少なく、通信速度は比較的低かった。
2G時代には、アンテナは徐々に指向性アンテナに進化し、たとえば、アンテナのカバレッジ角度は120°で、セルには3つのセクターがあり、セルラー通信に進化します。
3G時代には、スマートアンテナが誕生し、単一のアンテナが複数のアンテナに発展しました。これは、私たちがよくMIMO（Multiple-Input Multiple-Output、Multiple Input Multiple Output）と呼ぶマルチアンテナテクノロジーです。
MIMOはアンテナの数を増やし、信号伝送用のチャネル数を増やします。
では、追加のチャネル番号を使用するにはどうすればよいですか？
当初、エンジニアはそれを使用してカバレッジを拡張することを考えました。
彼らはMIMOに基づいて、「送信ダイバーシティ」と呼ばれる新しい送信モードを提案しました。簡単に言えば、「異なるアンテナから同じコンテンツを送信する」ことです。
「送信ダイバーシティ」：分散送信と集中処理
このモードは、不安定なチャネル品質によって引き起こされるパフォーマンスの低下を軽減し、カバレッジを向上させることができます。
その後、MIMOは「空間多重化」と呼ばれる別のモードを開発しました。
空間多重化は、送信されるデータをいくつかのデータストリームに分割し、それらを異なるアンテナで送信することで、システムの伝送速度を向上させます。
このモードは主にセル容量を増やすために使用されます。
実際のアプリケーションでは、アンテナの同じ部分を送信ダイバーシティと空間多重の両方に使用することはできません。したがって、MIMOアンテナは上記の2つのモードで重み付けする必要があります。トレードオフの結果は、周波数リソースの使用率に直接影響します。
5G時代に、状況は再び変わりました。
4Gから5Gへの進化では、周波数の増加に伴い、アンテナサイズがさらに縮小され、アンテナの数がさらに増加しています。
イギリスの愛好家が撮影したボーダフォン機器。
5Gのアンテナサイズはよりコンパクトであることがわかります。
その結果、MIMOは「大規模MIMO」としても知られるMassive MIMOになりました。従来のMIMOには通常2つのアンテナ、4つのアンテナ、8つのアンテナがありますが、大規模なMIMOには100を超えるアンテナを含めることができます。
たとえば、現在の5G主流の選択肢の1つである64T64Rアンテナ、つまり64チャネルMassive MIMOアンテナは、192個のアンテナエレメントで構成されています。
Massive MIMOの登場により、送信モードに新しい再生方法が提供されます。
Massive MIMOシステムでは、各アンテナユニットが送信（または受信）する信号の位相と信号振幅を制御でき、複数のアンテナユニットを調整することにより、指向性を持つビームが生成されます。
このようにして、ワイヤレス信号エネルギーは、携帯電話の場所で電磁波の重ね合わせを形成することができ、それによって受信信号強度を改善します。
この技術は伝説的なビームフォーミングです。
ビームフォーミングにより、ビームのエネルギーを特定の方向に集中させることができます。これにより、カバレッジ距離が向上するだけでなく、隣接するビーム間の干渉も減少し、より多くのユーザーが同時に通信できるようになり、セル容量が増加します。
つまり、多様性と再利用の利点を組み合わせたものです。
ビームフォーミングの効果は、アンテナの数とアルゴリズムの品質に依存することに言及する価値があります。このアルゴリズムは、携帯電話の位置とステータス情報に基づいて、リアルタイムの計算を実行し、アンテナを介して理想的なビームを形成します。
対照的に、多様性と多重化はより緩やかに機能し、携帯電話の情報が不十分な場合（たとえば、携帯電話の動きが速すぎる場合）でも、それは大きな役割を果たす可能性があります。
カバレッジと容量を強化することに加えて、Massive MIMOには秘密の手法もあります。アンテナエレメントの数が十分である場合、Massive MIMOはスペース制限を打破できます。
16T16Rの下の大規模なMIMOアンテナアレイは、水平次元でのみ2Dビームフォーミングを提供できます。32T32Rおよび64T64Rの大規模なMIMOアンテナアレイは、水平および垂直方向に3Dビームフォーミングを実現できるため、高層住宅のカバレッジを効果的に拡張できます。
これは、Massive MIMOがマルチアンテナ技術をより高い位置に押し上げていることを示しています。大規模なMIMOとビームフォーミングは、史上最強のペアであり、アンテナをよりスマートで強力にします。5Gのキーテクノロジーとしてよく知られています。
「Massive MIMO +ビームフォーミング」の強力なエネルギーの背後には、メーカーのソフトウェアとハードウェアの研究開発能力の厳しいテストがあります。
研究開発の過程において、アンテナシステムのフィルタリング特性、ゲイン効果、および干渉防止効果はすべて、エンジニアが注意深く検討する必要がある問題です。アンテナの数と携帯電話端末の数が増えるほど、アンテナの複雑さが増し、アルゴリズムとチップ処理能力が高くなります。
強力なアルゴリズムのみが、ビームフォーミングでステージ追跡のような理想的な効果を生み出すことができます。
現在、ハイエンド（64T64R以上）の大規模MIMOアンテナのR＆Dおよび製造機能を備えているメーカーはわずかです。
ファーウェイはその1つです。Huaweiが発表した5Gアンテナの開発傾向から判断すると、高度に統合されたMassive MIMOは主要な5Gテクノロジーであり、優れたビームフォーミング機能を備えているため、5Gのパフォーマンスが大幅に向上します。
さて、5Gアンテナについての話は今日ここにあります。ご覧いただきありがとうございます。次回またお会いしましょう！
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著者：6月ナツメ
似顔絵：シャオヤンの同級生
