天线数字化白皮书-英文版

CONTENTS 01INTRODUCTION 02天线数字化智能无线的新趋势2.1 天线可管理 2.2 天线可调节 03天线数字化的关键创新3.1 天线可管理的创新 3.2 天线可调整的创新 04迈向 2030 年天线数字化愿景 天线数字化白皮书01 天线作为网络与物理世界之间的唯一连接，在无线通信中发挥着关键作用。 从天线发射的波束决定了网络性能覆盖范围和用户体验方面。性能取决于波束与传播通道匹配，并且强调了接收点处波束强度的重要性。这突显了优化天线波束的重要性。 因此 ， 创建最佳天线波束已成为顶级天线发展的重点和该领域研究的重要课题。 天线 ， 连接网络和用户图 1 自首次出现以来 ， 无线网络一直遵循香农的容量定理发展。 随着网络的发展 ， 频段和信道逐渐被添加到使他们能够提供更多的能力。 在过去的几十年中 ， 天线以类似的方式发展 ， 随着频带的增加支持和阵列安排集成到一个盒子。 无线网络已接近单通道容量的香农定律理论上限。 为了进一步增加网络容量，有必要突破现有理论和算法的能力极限，而这正是人工智能（AI）可以发挥作用的地方。 AI 正在为无线网络注入新的活力， 并改善空中接口性能 ， 网络维护效率和业务操作。 AI ， 对网络的觉醒力量图 3 人工智能正 emerges as a new driving force that will enable wireless networks to sense their surroundings and become highly autonomous.你：人工智能正成为一种新的驱 动力，使无线网络能够感知周围环境并实现高度自主。 为了使智能无线网络成为现实 ， 智能软件和基站硬件数字化是必需的新功能 ， 因为它们是基础所有网络系统的网络和站点模型。 天线数字化白皮书 天线是基站与用户通信的唯一途径 ， 因此数字化天线对智能无线网络的发展至关重要。 天线数字化意味着，天线将不再仅仅是“黑盒”，而是支持数据驱动管理，提供智能网络所需的确定性物理信息。此外，它们还需要具备远程调整能力，以充分发挥智能无线网络的全部潜力。 在智能网络时代 ， 这些都是天线演进的新方向。 新的AI时代已经开启，为移动行业带来了与智能无线网络需求相匹配的天线开发的新机遇。本白皮书将探讨被动天线向智能化演进的路径，并重点分析这一进程如何有助于开发高性能、高度自动化的天线解决方案。无线网络。 天线数字化 新趋势智能无线 从GSM、3G、LTE一直到今天的5.5G时代，不断提高频谱效率始终是通信行业不断提升用户体验的主要优先事项。 5G 网络正在被广泛采用 ， 生成 AI 等新兴技术正在获得势头。 通信行业正在经历一场深刻的变化，无线网络变得越来越智能化，并提供了更多的自动化能力，这将进一步提升用户体验，同时也将使移动网络运营商实现更高的效率。 全球领先网络运营商提出了他们对数字网络的愿景，并与标准组织合作定义自主网络。和他们的目标自动化水平 L0 到 L5 。自动化和智能被强调为未来的基本特征网络基础设施和操作系统。 全球服务提供商行业协会 TM Forum 最近进行的一项调查电信行业的供应商发现 ， 超过 91% 的国际运营商到2025年至2027年，旨在为其业务流程实现L4级自主网络（AN）支持。网络自主性被视为这些运营商的关键策略。 为了使自治网络成为现实 ， 物理世界必须虚拟地呈现通过多维建模 ， 将物理世界数字化为数字孪生。 通过数字孪生模型，可以高效优化诸如覆盖范围、容量和用户体验等性能参数。这需要使用基站、用户分布和天线波束等网络信息作为基于网格的数字处理的输入。智能算法生成策略，以协同优化网络覆盖、方向和功率，从而实现对复杂多层网络快速调整与灵活变化的服务需求之间的精准匹配。 通常在基站基础设施设备中，大多数射频单元最初是通过软件升级实现智能化的。天线作为被动网络组件仍然被视为“哑设备”，因为它们无法提供关于自身位置、方向或环境的任何信息。作为唯一的信息通道，天线在促进网络与物理世界之间的信息交换方面发挥着关键作用。它们现在是智能网络的最大挑战。 网络智能要求天线能够实时远程管理与调整，这一需求已成为天线行业的一项顶级研究课题。 2.1 天线可管理 网络发展与站点重建、容量扩展以及新技术迁移同步进行。在此过程中，不同网络中站点工程参数不一致的情况较为常见。 工程参数（EP）是网络规划与优化的基础。不正确或过时的工程参数可能会导致网络规划与优化与实际服务需求脱节，进而影响网络性能。确保实时的工程参数准确性是行业面临的一项重大挑战。 根据实际网络的统计数据，在某些区域的站点工程参数完整率低于60%，且这些参数的实时准确性无法确保。特别是 ， 高达 40 ％ 的水平天线定向角 （方位角）的偏差大于十度。此类信息对于构建智能网络既不可靠也无用。 天线是与移动服务用户交互最密切的无线网络部分，因此它们是提供网络工程参数的理想选择。 关键的天线来源工程参数包括站点经度、纬度和海拔，以及三维空间中的波束方向和形状。这些参数有助于构建数字数据模型库 ， 并为智能提供实时、完整和准确的输入网络。 数字天线源工程参数是网络智能化和自动化的前提。 天线位置数据 这种位置优势使他们能够提供更多关于网络环境、渠道等方面的信息，并且未来的功能还将不断发展。它们将完全虚拟化物理世界，并支持全面的网络自主性。 2.2 天线可调 完整的网络数据建模使智能系统能够提供最佳的网络解决方案。 然而，如果天线缺乏实施优化解决方案所需的灵活性，则无法实现网络自主性。 多维度上的灵活调整对于智能网络中的天线至关重要。只有具备这样的调整能力，智能系统中的优化解决方案才能得到全面实施。 此外，需要实时远程进行调整而无需人工干预，以真正实现自动和智能的网络优化。 例如, 超过 40% 的运营商用户从其 300 个小区中的约 20% 的重叠区域接收服务。 由于这些地区的强烈干扰 ，用户获得较差的体验 ，网络性能总体恶化。 此示例强调了能够自动调整天线的重要性方位角调整、波束宽度和下倾角度以最小化重叠区域的大小，并确保大多数用户停 留在提供更好覆盖和服务体验的区域。 随着协调多形态站点布局成为主流，同时确保连续覆盖和最小化成本变得越来越困难。干扰。 这突显了能够远程调整天线的所有方面（包括下倾角、方位角和波束形状）以迅速响应智能优化决策的重要性。这一能力对于自主网络而言将是必不可少的。 对于天线而言，网络智能和自动化需要具备远程管理及多维度调整的能力。 天线可管理性为网络提供了确定性的输入，以构建真实的网络的完整数字模型——数字孪生。可管理性指的是天线的功能 ， 为远程控制提供所需的信息支持并且包括实时位置、方向和配置的数据优化。数据范围还可以扩展到天线本身之外，包括对实现精确网络优化而言相关和有用的环境数据。 多维度调整提供了更高的自由度和更多智能网络优化的可能性。通过调整天线参数，如辐射方向和图案形状，可以精确定制辐射投影以优化网络。 这两种能力是相辅相成的 ， 构成了智能网络的骨干。 3.1 天线可管理的创新 细胞级网络信息和准确的电子地图对于创建网络的数字模型。 实时运动(RTK) 技术实现基于实时动态载波的高精度定位相位差分天线位于基站站点的顶部 ， 为 GNSS定位提供了天然的优势。 使用 RTK 技术 ， 天线顶部的两个接收器接收卫星signals. These signals are subject to f urther基于位置的处理和算法优化定位。这产 生了更高的精度的场地工程参数，包括经度、纬度和海拔。和方位角。有了它们 ， 准确的地点 实时构建和更新模型图 ， 以提供具有确定性基本输入的智能网络。 在现场进行的现场测试显示了准确的工程参数对智能网络的重要性。 使用手动连接的经度和纬度(黄点) ， 分析检测到天线处的强反向参考信号接收功率 (RSRP) ， 表明不佳的覆盖情况。然而，根据自动天线感应获得的经度和纬度（红色点位），分析发现实际情况恰恰相反：反向信号实际上较弱，表明覆盖正常。 这个例子表明，准确的工程参数对于智能网络至关重要。否则，可能会生成误报警，进而导致实际上会恶化网络性能的优化措施。 天线数字化白皮书 完整的计算、信息处理和传输能力使扩展网络功能变得更加可行。例如，通过在网络中集成振动传感器、旋转传感器、温度传感器和湿度传感器，可以监测基础设施的结构健康状况、周边环境以及运行状态。 这有助于检测结构部位的损坏 ， 并避免性能恶化或极端天气造成的故障。因此 ， 它显著提高了现场安全和运营效率 ， 网络更稳定可靠 ， 新技术更易于采用和部署。 3.2 天线可调的创新 天线的发展集中在波束方向调整上。从早期的机械下倾调整到当前的远程电子下倾（RET）调整，最大的进展是在垂直方向取得的。在水平波束形状的灵活调整方面几乎没有取得进展。 天线行业now认识到能够在横向上灵活调整波束形状的重要性，并在此基础上开发面向智能网络的解决方案。 图 12 光束调整的演变 天线数字化白皮书 水平可调 辐射天线阵列。这意味着通过为天线添加一个电机使其旋转，可以使得天线阵列的波束水平可调。 随着远程电气下倾调整已成为可能，向天线添加such a motor以使水平波束远程可调是合理的。 3D 模式可重构 天线阵列模式合成原理表明，天线阵列和阵列元素被纳入天线波束形状的形成中。 给定天线设计后阵列和阵列元素固定不变，在这些天线发射出已形成的波束后，无法重新塑造波束。这是实施空间波束重构面临的最大技术挑战。 最近的研究发现 ， 超材料能够实现特殊的电磁天然材料不具备的特性，这些特性可以用于控制、聚焦和引导电磁波在其传播路径 上的传播。 受此发现的启发，在天线阵列前方构建了一个二维元表面以重构辐射波形并改变波束形状，并添加了可变设备和微电路来控制元表面的物理特性。这表明天线波束可以动态重新配置以满足服务需求。 天线数字化白皮书 04迈向 2030 年天线的视觉数字化 人工智能正在推动许多领域的新一波技术变革，包括无线网络。为了使网络变得更加智能，无线网络基础设施的进一步创新是必要的。天线是无线网络的关键组成部分，其数字化将在未来发挥重要作用。 成功的网络演进需要全球运营商和设备供应商之间进行深入合作。在实践的引导下并借助创新的力量，共同努力促进了可持续的发展。数字天线产业的发展。 在这里 ， 我们提出了未来天线数字化的愿景 ， 其中包括关键里程碑路线图如下所示。 华为科技股份有限公司.华为产业基地班田龙岗中国深圳 518129Tel:+86-755-28780808www. huawei. com TrademarkNotice ,, 是华为技术有限公司的商标或注册商标。提到的其他商标 ， 产品 ， 服务和公司名称均为其各自所有者的财产。 一般免责声明 本文件中的信息可能包含预测性陈述，包括但不限于关于未来财务和运营结果、未来产品组合、新技术等方面的陈述。实际结果和 developments 有可能与预测性陈述中所表达或暗示的内容有实质性差异。因此，此类信息仅作参考之用，并不构成要约或承诺。华为有权在不事先通知的情况下随时更改此信息。