新型天线节能减排探讨

1 引言

随着技术发展，移动通信网络设备厂商不断推出一些新型的技术，如分布式基站、节能软件（时隙/载频智能关断）、各种覆盖增强型技术、共建共享等。这些节能减排技术在工程中灵活应用，可以大大节约建设成本，降低网络能耗。在天馈层面如何结合这些新型技术实现更大程度上节能减排，对移动通信的发展具有重要意义。

2  基站天线的小型化实现节能减排

小型化基站具有体积小、功耗低等特点，有利于站址选取，便于天线的运输和安装，可有效降低移动通信系统的建网与运维成本。

2.1  天线小型化技术

由电磁波辐射原理可知，天线辐射单元的尺寸大小和工作频段对应的波长相比拟。受技术发展和工艺水平的限制，现网中应用的移动通信基站天线尺寸都较大。以GSM  900 MHz频段的天线举例，65°17dBi的天线长度达到2.1 m，90°17dBi天线长度甚至达到2.6 m。天线尺寸过大不仅需要占用较多的天面资源，还会引起居民对电磁辐射的恐慌和抗拒，造成选址和建站困难，新站点的建设成本明显提高。

为了解决目前移动通信系统因天线尺寸较大造成的各种难题，基站天线应突破半波振子的尺寸限制，采用新技术实现更小尺寸的辐射单元，并确保天线整体性能的优越性。天线的增益与其工作频率、有效辐射面积、辐射效率有关，详见公式（1）。有效辐射面积越大，天线增益越高。因此，如果能提高天线的有效辐射面积，即使减小天线辐射单元物理面积也能获得增益提升。

目前出现的口径耦合多层贴片天线等新型辐射单元可以大幅度提高天线有效辐射面积，在辐射单元物理尺寸减小的情况下也能保证辐射单元具有较高的增益。新型辐射单元在移动通信天线中的应用可以实现天线的小型化。

2.2  小型化天线实现的节能减排效果分析

为了应对资源日趋紧张的挑战，目前的基站形态大多采用分布式基站。分布式基站采用射频拉远技术，将传统的宏基站设备分为基带单元（BBU）和射频拉远单元（RRU），采用光纤进行连接，一方面可以降低馈线损耗，增强上下行覆盖，另一方面可以减少馈线采购的成本。受限于天线的尺寸，分布式基站在选址和能源消耗方面依然有较大的改善空间。

天线实现小型化后，分布式基站可以适应多种安装场景，天线的安装降低对天面资源的要求，可有效解决站址获取难题；天线设备体积变小，重量降低，便于运输和安装，加快了工程进度；小型化天线整机功耗可以大幅度降低，配套电源和蓄电池成本也将会大大减少；天线尺寸的减小，使得伪装天线的应用成为可能，这将在更大程度上降低基站选址难度和成本。

因此，根据目前基站数量的建站成本估计，天线的小型化将带来30%建网成本的降低，20%运维成本的降低，以及20%网络资产闲置率的降低。

3 天线多制式应用实现节能减排

多制式天线能够同时支持多种通信系统的无线信号传输，可有效减少天线数量，降低硬件成本与能耗，有利于实现移动通信网络的共建共享。

3.1  多制式天线技术

目前在现网中所应用的大部分基站天线工作在单制式模式，也就是一副天线的工作频段只覆盖一个制式，仅少数天线能覆盖频段相近的两个制式。这样在一个扇区内，每一个制式的都至少需要3面天线。现在国内3家运营商共有3种制式的移动通信系统在运营，分布在5个频段上。每一家运营商独立建网，这样的发展模式造成了移动通信基站数量的激增和基站建设成本居高不下，而且不利于未来网络的演进。截止到2 0 1 1年初，中国移动通信基站数量已超过160万个，单制式天线的应用模式面临着巨大的挑战，一副天线覆盖两种甚至更多种制式是天线技术发展的必要趋势。

所谓多制式天线，其工作频段不仅覆盖多种制式，而且在每一个频段上均可实现灵活调节和控制，实现网络规划和优化的便利性。多制式天线超越了超宽带天线的概念，通过解决不同频段的信号合路和分路技术，独立调节每个频段上的天线辐射参数，抑制不同系统之间的信号干扰，可以大幅度提高网络覆盖性能和应用的灵活性。

3.2  多制式天线实现节能减排效果分析

多制式天线的实现和应用，可以将目前多副天线的功能集中到一副天线中实现，将会极大地减少现网中所需要的天线数量。更重要的是，多制式天线使得移动通信系统的共建共享成为了可能。按照目前中国联通、中国移动和中国电信的网络制式和频谱划分，未来最理想的情况下，在一个基站上只需要3副多制式天线即可完成网络的正常覆盖，相对于目前的应用模式，可以将建站规模和成本降低至现在的1/6。这里降低的不仅是硬件设备成本，同时也降低了电源消耗、传输线路中的功率损失及电磁污染等。