透镜天线解决5G覆盖和功耗问题 实现技术革新

日前，透镜天线获国内运营商批量采购，初步计划用于公路、铁路沿线覆盖，将来有可能在城郊地区进行广域覆盖，透镜天线市场规模可能会达千万面级。目前，透镜5g天线也已定型，在福建移动第三方测试获得成功。随着5G网络建设进一步提速，透镜天线将会获得越来越广泛的应用，并在实践中证明自己。

MIMO天线功耗大成本高覆盖差

MIMO天线最早由美国贝尔实验室提出，号称可以成百倍地提升系统容量，从媒体上看几乎可以是5G的代名词。MIMO这个理论1995年提出，借鉴了军用相控阵雷达技术，最通俗的介绍就是2根天线、4根天线无法满足要求，那么就把天线数量堆砌倒128根、192根。诚然这种暴力堆砌确实能够增加容量，提升性能，但也会有一个问题，那就是成本大幅提升，功耗大幅提升。

MIMO天线有个特点，一演示就成功，一实用就趴窝。在一个选择的场景下MIMO技术是很容易演示成功的，但是在复杂的实际环境中所涉及的问题的难度，是两个数量级的差别。

当然MIMO是一个有潜力的领域，现在商用的是增益相对比较有限的MIMO，PPT上那种“号称可以成百倍地提升系统容量”的MIMO天线，实用化问题仍然没有解决。

当下，5G面临覆盖、功耗、成本三大难题。在行业内，5G基站的短板被调侃为“覆盖、成本、功耗三个3”，也就是3倍成本，3倍功耗、1/3覆盖。

以覆盖来说，当下5G（中频）基站的覆盖只有200至300米，由于覆盖太差，一些通信厂商呼吁清理2G、3G频谱，用低频部署5G以提升覆盖。

就成本来说，当下的5G基站是4G基站的3倍。

就功耗来说，5G基站是4G基站功耗的3倍左右。功耗之所以这么大，很大程度上是因为MIMO天线暴力堆料，进而需要配属大量尖端射频芯片和配套天馈系统、散热系统，导致功耗飙升。

中国移动董事长杨杰就在GTI国际产业峰会表示，“当前5G基站价格是4G基站投资的2倍，功耗约为2.5-3倍”。

中国电信技术创新中心副主任杨峰义指出，5G基站典型功耗在3500瓦左右。同样覆盖目标情况下，5G基站数量将达到4G的3-4倍，这样5G移动网络的整体能耗将是4G的9倍以上。即便不计算供电改造和站点租用成本，仅基站的电费和采购成本就4G的9倍以上。这对于利润下滑的运营商而言，着实是不小的负担。

铁流引用一组数据，大家会有更加直观的感受。

2018年全年，三家运营商的移动基站共耗电约270亿度，总电费约240亿元，乘以9的话，就是2160亿。就利润来说，2018年中国移动为1178亿，电信利润212亿元，联通利润102亿元。可以看出，如果普及采用MIMO天线的5G基站，会导致全年利润还不够支付电费。

正是因此，运营商正在探索低成本、低功耗组网模式，将64T/64R阉割为8T/8R，4T/4R或2T/2R（现在部署的大多是8T/8R，正在进行以2T2R为主推模式）。

若不改变基站天线为电调板状天线模式，这种做法虽然可以把功耗和成本比MIMO降下来，但对比4G仍然有差距，而5G基站数仍可能是4G基站数的4倍，性能也大幅下降。广电就在低频上部署这种低成本、低功耗组网模式，消耗40M带宽，理论下行网速为220—440Mbps，这个网速甚至还不如4G。早期的4G Cat 4标准理论下行网速为150Mbps，4G Cat 6标准理论下行网速为300Mbps，4G Cat 12、Cat 13标准理论下行网速600Mbps，联通在雄安4G实测网速则达到1.2Gbps。

可以看出，这种低成本部署模式，只能说是重复部署了一张网速和4G相当的5G网络，有劳民伤财的嫌疑。

透镜天线可以大幅提升覆盖降低功耗

（龙勃透镜天线的辐射效果演示）

龙勃透镜原理是将入射的特定波长的电磁波汇聚，汇聚到球面上的某一个点。同样的，它也可以将电磁波沿着原方向反射回去。龙勃透镜的的结构有一点像洋葱，由N层特殊材料构成，由于每层材料的折射率不一样，从而导致了电磁波折射，进而可以将电池波向固定方向发射出去。因此，透镜天线在覆盖范围上相对于MIMO天线具有先天优势。在J20、F22等新锐战机上，都搭载了龙勃透镜天线。2015年，美国运营商AT&T也测试了一款名为Giant Eyeball的龙勃透镜天线。

Giant Eyeball（大眼球）

由于透镜天线具备提升覆盖，大幅降低功耗和成本的潜力，对于当下饱受功耗、覆盖、成本困扰的国内运营商来说可谓是及时雨，因而对这项技术高度重视。2019年清明节，运营商在陕西黄陵的轩辕黄帝公祭典礼上对透镜天线进行了测试。

以上是6个站的“隔站闭站”关闭3个站。

以下是12个站的“隔站闭站”关闭6个站的测试数据：

如果公路、高铁沿线普及透镜天线，5G部署成本和功耗都有望大幅降低。采用透镜天线，而非采用MIMO天线，可以减少天线数量300面，减少RRU 300个，即减少天线和RRU 75%。

采用介质透镜天线可以实现在高速公路和高铁线路场景下隔站闭站，且将双RRU站点改造为单RRU的需求。一方面对后期减少站址、节省铁塔租赁费、电费、维护费等运行成本提供了技术支撑；另一方面可将现有设备搬迁新的路段，极大的节省了新路段高铁覆盖的设备投资，对降低公司运营成本、节能降耗具有重大意义。这对于运营商而言，是无法抵挡的诱惑。