新型5G天線堪稱降維打擊 華為5G方案被秒殺

此前，鐵流介紹了市場主流5G方案的幾大短板：

基站覆蓋差、設備功耗大、設備成本高。

何況目前壓根就沒有5G殺手鐧應用，現在鼓吹的5G電視、物聯網、智能工廠、無人駕駛等所謂5G應用，不是根本不需要5G，就是根本不敢用5G。

對於上述問題，其實早已是行業共識。

只不過，一些通信設備廠商為了自身的利益，刻意掩蓋真相，鼓吹「5G領先友商12個月」，「5G世界第一」，並通過政商關係和製造社會輿論要求運營商大規模採購自己的5G設備。進而造成行業反饋冷淡，社會輿論火熱的情況。

其實，中移動某專家的公開表態已經把現階段5G的問題說的很清楚了：

成本方面，大規模天線使5G基站成本更高，還需新建或大規模改造核心網和傳輸網，各運營商需探索低成本解決方案。

受商用頻段高，新增站址困難等因素影響，即便使用中頻段，實現網路連續覆蓋也有很高的難度。

5G基站主要有哪些組成部分

從各方面消息來看，中移動現在對於5G非常淡定，其中一個原因就是中移動與一家單位聯合開發了小型化透鏡天線，而且小型化透鏡天線在數次測試中，都對現有主流產品具備碾壓式優勢。

更加驚艷的是，小型化透鏡天線可以直接解決現有5G技術的三大短板。

在談小型化透鏡天線的優勢前，鐵流先說說為何現階段5G基站存在板狀天線基站覆蓋差、設備功耗大、設備成本高三大問題。

5G基站由哪幾個部分組成呢？

傳統3G/4G基站主要由基帶處理單元（BBU）、射頻拉遠單元（RRU）和天饋系統三者組成，誠然，供電系統、散熱系統等也是不可或缺的部分。

就功能來說，BBU負責運算，RRU產生帶信息的射頻功率，經由射頻饋線傳輸至天線，天線將射頻功率轉換成帶信息的電磁波向空間輻射出去，形成數據流交換（收/發）。而天線就是一個換能器。與任何換能器一樣，在換能過程中是要消耗能量的（即天線效率）。

按照規劃的藍圖，5G核心網技術融合後，5G基站的BBU功能將被重構為CU（中央單元）與DU（分布單元）兩個功能實體，RRU與天線融合為AAU。省略了短的饋線損耗，但帶來工藝複雜的「盲插」，成本提高、散熱困難增加能耗。並未提高天線效率。

市場主流5G基站方案能耗巨大

為了應對數據流量如海嘯般湧來，網路必須引入更多頻譜資源、更多的基站、更先進的Massive MIMO和新的傳輸技術來提升網路容量，但這必然會消耗更多的電力，增加OPEX支出。

因為，數據流量提升速度大大超過能效上升速度。能耗拉低了能效。顯然能耗高是短板，要推出高數據流的5G，必須首要尋求各種降低能耗的創新解決方案。

能耗高使運營商的電費支出昂貴。據統計，電費支出佔據運營商運營開支的15%-30%，在移動通信網路中，80%的電費支出來源於廣泛分布的基站。

如今，流量資費越來越便宜，但電費等能源成本越來越高，同時，過去幾十年受益於摩爾定律，能效每十年提升100倍，但這一速度正在放緩，面向未來不斷狂增的流量需求，運營商必將越來越關注電費開支。

如今5G 能耗、覆蓋、成本三個短板，歸根結底是技術升級虛假後搞暴力提升帶來的，我們一個一個來說。

以市場上已推出的5G（3.5GHz）的3D MIMO天線為例，其振子數目達96個，口徑尺寸為0.69mx0.38m，廣播波束17dBi，水平覆蓋120°，天線口徑效率11.4%， 88.6%的能量被消耗掉。成為名副其實的「電老虎」。 不得不用加大散熱片面積散熱。

另一個MIMO天線例子是由128個振子單元組成，每個振子單元的功率3W左右，加起來就超過450W。為對每個用戶同相位疊加以提高速率，就要將每個振子結合一個移相器元件。類似於大家看到讓雷達天線不斷旋轉掃描跟蹤目標一樣。移相器功耗達300W。加上其它微波元器件功耗，一個MIMO天線功率達1500W。雖然天線口徑效率14%，比之前那款高一些，但耗電比前一個例子更大。

而且由於走了暴力堆砌的路線，會導致計算量和複雜度大幅增加。比如128根天線會導致計算量相對於4G時代大幅提升，且演算法變得異常複雜，這就對BBU提出了新的挑戰，為了應對這一點，某廠商選擇採用台積電7nm工藝開發出算力提升2.5倍的基帶晶元。但這種做法也會導致基帶的功耗大幅上升，該廠商在大肆宣傳基帶晶元算力提升2.5倍的同時，對於功耗增加多少諱莫如深。

射頻也必須使用頂尖器件——畢竟一輛重型坦克不可能用汽車的懸掛系統。

由於整個系統都是電老虎，機箱里的晶元和鐵塔上的天饋系統工作1小時後就會熱的一沓糊塗，這就必須有一個強大的冷卻系統來散熱，而空調又是電老虎，東北天氣冷一些到還好，南方冷卻系統耗電量非常大。

在上述幾個組成部分中，耗電最大的是RRU、天饋系統，BBU是計算量耗電，用戶越多、速率越快，耗電越大。RRU與天線融合為AAU之後，散熱難度大幅增加，這會變相增加散熱系統的功耗。

為何中移動對市場主流5G方案反應冷淡

目前，中移動考核基站能換效率1類26%，即74%電能被發熱消耗，只有26%的電能用在電磁波傳輸信息上。這還是只考核基帶處理單元（BBU）、射頻拉遠單元（RRU）和天饋系統等，並不考核天線結果。

而經測試小型化介質透鏡天線口徑效率高出傳統板狀天線口徑效率50%以上，若將現有的基站天線更新換代，以小型化介質透鏡天線代之，不用更換RRU，改造成本低廉。每年節省的電費又能節約一大筆。

可以說，5G基站消耗巨大電能，四分之三的能量都被暴力堆料的做法消耗掉變成了熱能，這是極大的資源浪費。

一位朋友告知：一個5G站點一年電費6500至13000元。

另一位朋友告知：我們估算一個5G站點一年的電費是1.1萬元。

如果要建1000萬這樣的基站，每年光電費就是1000億元，而中移動日賺3億，全年利潤也就1000多億。換言之，就是大規模部署5G的話，會導致中移動全年利潤只夠交電費。

即便基站砍一半，500萬個基站的電費也相當於中移動半年的利潤。

另外，由於整個系統常年處於高溫下，而晶元長時間處於這種狀態下，容易出問題，4個月必須換，由於用的都是頂尖的晶元，這些晶元價格都不便宜，這又是一筆不小的開銷。

現在大家知道為何中移動對5G反應冷淡了吧。

不是中移動不愛5G，而是5G讓中移動「高攀不起」。

光是高昂的電費就讓運營商望而卻步了。

如此高的運維成本（電費等），即便一些廠商拚命造勢，拚命鼓吹，中移動根本就沒動力去大規模怖這種「電老虎」5G基站。

鐵流斗膽猜測運營商的心態：

移動：投資不會多於172億元（紅線在此，再沒事找事一分錢都不給你）。

電信：投資90億（不投資就不愛國，惹不起啊）。

聯通：投資348.4億元建4G（這種5G設備，誰愛用誰用，老子玩4G。）

即便5G是政治正確，政府各種行政指令，中移動還是宣布2019年在5G的投入上不會多於172億元，原因就在於此。

透鏡天線堪稱數碼相機對膠捲相機的革命

下面將說明為何小型化介質透鏡天線基站是移動通信的一條創新出路。

那麼，透鏡天線是怎麼解決5G覆蓋差、設備功耗大、設備成本高三大問題呢？

（白色圓柱體為透鏡天線）

透鏡天線比傳統天線效率高出50%以上（註：天線口徑效率高達60%以上），作為對比，市場主流方案的兩款天線僅為11%，14%，這幾乎是降維打擊。

就能耗來說，透鏡天線比傳統天線可節約電費30%。

透鏡天線效率比同等口徑的板狀天線高，是因為介質透鏡完全不用板狀天線內部耗電的電纜、移相器、波束成形網路等元器件來換取增益的提高，而是利用極低損耗的介質透鏡的聚焦特性提高增益。

同時，透鏡天線結構簡單，完全不用複雜的陣列天線技術和昂貴的晶元和元器件，與MIMO 128根列陣是兩個極端。而BBU對基帶晶元算力和演算法要求一般，搭配普通的晶元就可以了。

這樣一來，隨著天線本身的功耗下降30%，基帶BBU的功耗也可以大幅下降，順帶著供電系統和冷卻系統的功耗也全方位下降。板狀天線基站耗能這個電老虎可最大限度被排除。

就成本來說，透鏡天線是人工合成材料，沒有特殊昂貴材料，成品率高，製造成本低。由於不像主流方案那樣需要使用頂尖器件，搭配普通的器件就可以，這方面也可以省下一大筆錢。供電系統和冷卻系統的負擔也大為減輕，成本也會隨之大幅下降。

從中可以看出，透鏡天線的意義並非僅僅是一款天線，而是可以降低整個系統的功耗和成本！

如果透鏡天線被運營商大規模應用，目前市場主流的5G基站方案（暴力堆料）就會被判死刑！

更重要的，就覆蓋和容量來說，透鏡天線對於市場主流產品（板狀天線）具有壓倒性的優勢。這種壓倒性優勢是物理層上的，就好比是熱兵器對冷兵器的優勢。

比如在體育場等場景的測試中，在使用現有4G設備的基礎上，透鏡天線顯示出多項KPI指標優於5G（2.6MHz）天線，可以實現4-24倍擴容。

又比如高鐵測試，在使用現有4G設備的基礎上，在高速行駛的全封閉高鐵車廂內測試的達標的最低信號覆蓋可以達到2.3公里，而目前市場主流產品高鐵基站的覆蓋只有500米，即便是極限測試，以前也未有超過1000米的情況。

由於測試結果太過驚駭，參與測試的移動員工將新型天線視為神器。

介質透鏡天線不僅在電性能上超過主流板狀天線，而且在機械性能上，顯示其小型化優勢：

口徑（m2）重量（kg）體積（m3）風荷（kg）

介質透鏡 0.5x0.4 7.5 0.062 46

板狀天線 1.39x0.32 20 0.052 103

據業內人士告知，此小型化透鏡天線由於基本單元的增益、方向圖、口徑尺寸優化後，可採用積木堆砌方式以最小的天面占空體積、最小的重量、最低的風荷，可擴大基站容量至24倍，相當於1=24，即一個單桿塔可用6根抱桿安裝6個2mx0.5m小型化介質透鏡天線，增益20dBi、垂直瓣寬30°（無需電調機構）、覆蓋360°、總重量264kg、風荷1104kg。相當於傳統板狀天線24面（2T2R），增益20dBi、垂直瓣寬7°（需電調機構） 總重量720kg、風荷2472kg。

總的來說，從能耗、性能、覆蓋、成本、重量、體積、風荷等各方面來看，小型化介質透鏡相對於傳統板狀天線的優勢是碾壓性的，堪稱是數碼相機對膠捲相機的革命。應該引起國家工業信息化部門和設備商高度重視。

真正的高科技，必然是便宜好用、物美價廉的，這方面最典型的例子就是光纖，目前一根光纖已經可以達到1Tbps，而光纖要比同等長度麵條便宜，這才是真正的高科技。

業內人士告知，最新的毫米波5G透鏡天線，只有茶杯大小，重量只有香煙盒這麼重，簡直難以置信！

透鏡天線具有很大潛力再續光纖的輝煌。

那種用10倍的成本換取3倍的性能提升，且74%的電能化作熱能耗散，這叫浪費，不叫高科技。

科技創新的偉大提升生產力，在過去一百年里，麥克斯韋方程式主導的天線一直沒有變，而透鏡理論徹底改變了天線設計，這是一場革命。

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