今日科技系列（108）——华为领先世界的基站相控阵天线

    这款5G广角天线主要是用在乡镇、农村，针对的是面积很大但住户分散的村落。

    光纤拉到了村头，光纤入户就成为了难题，由于住户分散，每家单独扯根光纤的话成本高效益低。于是就在村头架这么一座基站，将高速的5G信号直接射到人家，每家配一个CPE，就是将5G信号转化为Wi-Fi的小设备，然后每家就都高速上网了，下载速率300M，家庭宽带、手机上网、网络电视同时解决。跟过去的4G基站相比，这款设备的频谱效率提高了5～10倍，这是个非常了不起的成就，但华为是怎么做到的呢？

    首先，这部天线隐藏着32个收发通道，通过波束赋形技术，将辐射面就分成了8个窄波束。这就相当于将电灯泡换成了手电筒，把信号能量集中了，在相同能量条件下，就能够提供更强的信号，这就是空分复用，即在空间上进行分割，对频谱进行重复利用。

    第二个问题，基站咋知道哪个村民在哪个方向，怎么让正确的波束正好指向你？

    5G基站设置了两种信道，广播信道和业务信道。首先用广播信道扫描全村找人，搞清楚服务对象在哪个扇区后，就调用那个方向的业务波束去提供数据服务。

    第三个问题，像手电棒一样的8个窄波束，是从左到右轮流点亮的，ms级的扫描周期确保覆盖到前方所有用户。给服务对象提供的信号是间断的，那如何保证用户连续通话和上网呢？举个例子，幼儿园阿姨给8个小孩喂饭，从左到右轮着喂，给第一个孩子喂一勺后，就给第二个孩子喂，等给第8个孩子喂完后，第一个孩子刚把饭咽下去，第二轮喂饭又开始了。对于阿姨来说，喂饭是间断性的，而对孩子来说，吃饭是连续的，第一口刚下肚，第二口又来了。

    基站就是阿姨，用户就是孩子，基站轮询服务，保证用户连续上网，这就是时分复用，即把时间分割，分时服务以提高效率。

    在每个波束中，又把频谱拆分成不同子载波，每个子载波都承载着不同业务，业务发生变化后，马上对频段进行重新利用。这就好比是公路上的潮汐车道，早上进城车多，就把潮汐车道用于进城，晚上出城车多，潮汐车道就改成出城。这种对频率的灵活使用方式，就叫做频分复用。

    空分复用、时分复用、频分复用这三种复用方式，可以在不同的技术场景下分别使用。而在华为这部5G广角meta天线中，居然把三种方式都用全了。超越了教科书，将技术原理用到了极致，这就是华为技术领先的奥秘。

    我们在城市里看到的天线，往往是一个杆上放三个，每个天线的发射角是120度。而这部5G广角meta天线是靠近村头设置的，120度涵盖不了全村，两侧的住户会遗漏掉。为了解决这个问题，在天线两侧做了信号的加强，采用了介电常数不均衡的材料，让波束的方向发生偏转，从而使辐射角度扩展到180度。

    为了在有限的面积上做更多的振子和更高增益的波束（上塔设备要求天线迎风面不能大于0.8平方米），这部天线的面积设计成了0.75平方米。在这么小的面积里，集成了256个振子，连接32个收发通道，令人叹为观止。这么牛的设备+天线多少钱？军用相控阵天线售价是60万～百万量级，这款民用设备的仅仅不足10万元。

    所以，在我国乡镇、农村用的5G基站，技术水准已甩欧美国家三条街。西方厂商跟踪研究这款设备已经四年了，此文介绍的技术路线他们早就知道了，但就是研发不出来。

    中国人使用的是最先进的电信设备，享受的是一流的电信服务，感谢华为，感谢国家！

    【作者：奥卡姆剃刀】