MBB時(shí)代的網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)設計

好的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )離不開(kāi)好的天線(xiàn)，華為長(cháng)期投入天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)的基礎研究，聚焦終端用戶(hù)的綜合業(yè)務(wù)體驗提升，幫助運營(yíng)商從容應對多模、多頻、多天線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )建設需求。

聚焦用戶(hù)綜合業(yè)務(wù)體驗

天線(xiàn)電氣指標不能完全決定網(wǎng)絡(luò )性能

智能終端的日漸普及推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )向MBB網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)：?jiǎn)渭?、高質(zhì)、低流量的語(yǔ)音和短信轉變?yōu)槎囝?lèi)型、互動(dòng)、大流量的高速數據業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò )流量模型發(fā)生巨大變化。與此同時(shí)，以Android/iOS為操作系統的手機、平板電腦等智能終端，也使得用戶(hù)的手持方式和使用習慣有了很大不同，單一的聽(tīng)說(shuō)變?yōu)槭种覆僮鳎ǘ帱c(diǎn)觸控）、語(yǔ)音識別（SIRI）。所有這些變化最終將會(huì )影響用戶(hù)的綜合體驗，而作為無(wú)線(xiàn)通信的末端，負責收發(fā)無(wú)線(xiàn)信號的天線(xiàn)，對于決定用戶(hù)體驗的整網(wǎng)的性能則起到了舉足輕重的作用。

無(wú)線(xiàn)通信的早期功能更多是集中于語(yǔ)音，對天線(xiàn)的要求相對簡(jiǎn)單，其設計時(shí)大多關(guān)注于幾項電氣性能指標，而忽略其在大網(wǎng)中各指標對網(wǎng)絡(luò )的影響。在MBB網(wǎng)絡(luò )下，特別在一個(gè)多頻段、多制式、自干擾/互干擾共存的大網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，這幾項指標就略顯不足。

例如：如果單純考慮天線(xiàn)的增益或前后比，而不考慮天線(xiàn)的波瓣形態(tài)，則天線(xiàn)在RSCP（Received Signal Code Power，接收信號碼功率）實(shí)測指標上表現較強，體現為手機信號顯示也會(huì )更好。在單小區時(shí)，這種天線(xiàn)的性能指標相對較高，但在一個(gè)較大的覆蓋區內，這種天線(xiàn)卻會(huì )導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )干擾上升，實(shí)際會(huì )使Ec/Io（信噪比）下降。體現就是用戶(hù)看到的信號不錯，但實(shí)際下載速率反而下降了。

基于用戶(hù)體驗的天線(xiàn)設計

目前華為網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)設計的核心理念之一，就是從MBB網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際模型出發(fā)，不僅考慮天線(xiàn)的電氣性能指標，還基于網(wǎng)絡(luò )的整體性能去仿真與修正，使天線(xiàn)的各項指標與整體網(wǎng)絡(luò )性能取得最佳平衡。

具體來(lái)講，即先統計MBB大網(wǎng)覆蓋下各小區的模型，并推導出最適合的天線(xiàn)波形，再由波形反向推導出天線(xiàn)的各項設計指標（包括經(jīng)典的參數指標和3D波形圖）；接著(zhù)通過(guò)實(shí)測來(lái)糾正偏差，最后將糾偏后的數據帶回網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行仿真，并重新整理出優(yōu)化參數再反向迭代回設計。如此反復（小閉環(huán)），最終保證天線(xiàn)計算結果能夠達到網(wǎng)絡(luò )性能、天線(xiàn)性能、成本的最佳結合。

這種閉環(huán)的設計思路始于網(wǎng)絡(luò )性能，終于網(wǎng)絡(luò )性能。而要做到這一步，首先是設計模型與真實(shí)模型必須精確匹配。依靠強大的研發(fā)和網(wǎng)規網(wǎng)優(yōu)能力，華為收集并綜合導入了大量的MBB無(wú)線(xiàn)模型，涵蓋多頻段、多制式、多場(chǎng)景等各種參數，能夠根據不同MBB業(yè)務(wù)模型網(wǎng)絡(luò )的綜合數據進(jìn)行全網(wǎng)仿真，得出最適合網(wǎng)絡(luò )應用的天線(xiàn)方向圖形，再指導天線(xiàn)產(chǎn)品設計仿真并得出天線(xiàn)的設計形態(tài)，以確保天線(xiàn)設計原始參數匹配真實(shí)網(wǎng)絡(luò )。

任何理論上的設計和實(shí)際輸出結果間都可能存在一定差異，對于一個(gè)可見(jiàn)的產(chǎn)品可直接通過(guò)測量比較，而對于無(wú)形的電磁波信號，就必須利用特殊手段對設計結果進(jìn)行跟蹤和驗證。目前華為引入了全球最先進(jìn)的天線(xiàn)測試場(chǎng)——SG128測試場(chǎng)（該測試場(chǎng)通過(guò)CNAS認證，可提供CNAS認證報告），可以實(shí)現對天線(xiàn)3D維度的高精度測量，并輸出3D方向圖文件。

實(shí)測結果見(jiàn)分曉

我們將使用網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)理念設計的的天線(xiàn)和傳統方式設計的天線(xiàn)進(jìn)行了實(shí)測對比。為了便于解釋和比較，圖1左側為其水平剖面圖，其中綠色背景是目標小區覆蓋范圍，收到的信號應該越強越好，綠色區域外則是對鄰區的干擾，應該快速下降，并保證信號越弱則干擾越??；圖1右側為垂直剖面圖，同樣，綠色背景為主要覆蓋區域，信號應該越強越好，而其它部分特別是綠色區域左邊部分，信號應該越小越好，以降低對其它小區的干擾。

將上述網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)實(shí)際的波形圖放入大網(wǎng)，在一片連續區域上對綜合業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真，可以看出，大網(wǎng)環(huán)境下，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)理念閉環(huán)方式設計的天線(xiàn)，相比傳統方式設計的天線(xiàn)，在信號質(zhì)量和整網(wǎng)數據吞吐性能上都有明顯提升（圖2中，Ec/Io用于評估信號質(zhì)量，是信號強度和鄰區干擾的綜合考慮；HSDPA Throughput則是體現在HSDPA 業(yè)務(wù)上的平均吞吐率，是衡量網(wǎng)絡(luò )容量的重要指標）。

應對多頻、多模、多天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

利舊站址帶來(lái)的新問(wèn)題

傳統運營(yíng)商可能只有一張900M的GSM網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)增加后，GSM1800被引入；隨著(zhù)MBB的到來(lái)，運行于2.1G的UMTS、2.6G頻率的LTE等技術(shù)也紛紛被引入。這種情況下，站址天面資源緊張、天線(xiàn)租金成本高企。在新選站址成為一個(gè)公認難題的今天，利舊成為必然途徑，而利用舊站址新建天饋卻會(huì )帶來(lái)一系列問(wèn)題。

新建天饋一般包括安裝鐵塔、抱桿、射頻饋線(xiàn)以及天線(xiàn)等，由于相當多的成本為剛性，大部分運營(yíng)商通過(guò)增加鐵塔的塔面或增加抱桿來(lái)實(shí)現共址及共塔安裝。但不少站點(diǎn)由于規劃初期沒(méi)有預期到多系統的天饋共站安裝，尤其是在鐵塔的建設中，目前還沒(méi)有規范、客觀(guān)評估確定是否適合增加塔面。即使可以增加塔面，新塔面高度也不一定適應覆蓋區的要求。另外，射頻饋線(xiàn)的增加也給站點(diǎn)共享帶來(lái)一定的施工難度，如能否增加走線(xiàn)梯，雷擊保護是否能夠落實(shí)等等。因此天饋共享成為最重要的解決方案之一。

傳統的天饋共享不僅有成熟的技術(shù)方案，而且已有長(cháng)期的商業(yè)應用，但帶來(lái)一個(gè)重要問(wèn)題，就是不能簡(jiǎn)單地合并后發(fā)射，而必須在一根天線(xiàn)上解決好不同頻段間干擾和不同頻率信號獨立電下傾角調整問(wèn)題。由于在不同頻段無(wú)線(xiàn)傳播的模型完全不同，在規劃和優(yōu)化時(shí)，必須根據不同的頻段進(jìn)行調整。例如，高頻段信號比低頻段信號傳播損耗大，在共鐵塔和天饋時(shí)，必須根據網(wǎng)絡(luò )規劃獨立地對不同頻段進(jìn)行電下傾角的調整，才能保證網(wǎng)絡(luò )的覆蓋和性能。

從容應對多頻使用場(chǎng)景

作為擁有15年設計經(jīng)驗的基站天線(xiàn)生產(chǎn)廠(chǎng)家，華為積累了大量的成熟經(jīng)驗，目前已研發(fā)并推出了完整的網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)Single解決方案，其中包括雙頻、三頻和多頻合路器；支持4到6端口甚至更多到8、10端口的多端口天線(xiàn)以及各種制式下的外置濾波器等系列產(chǎn)品，保證了緊湊空間下天饋系統共享的實(shí)現，并已在包括全球范圍內較早制定天饋共享規定的國家（如巴西、印度等）得到了批量應用。

針對多頻天線(xiàn)干擾和獨立電傾角控制問(wèn)題，例如CDMA850和GSM900，傳統的天饋多口解決方案是用外部合路器將不同頻段的系統合路在一起，然后將兩路射頻信號輸入一套能覆蓋790-960MHz的振子中去。這種方案很大程度上限制了各系統的獨立網(wǎng)優(yōu)，尤其是無(wú)法實(shí)現獨立的下傾角調整，在網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化時(shí)一張網(wǎng)優(yōu)化則另一張網(wǎng)會(huì )同步被影響。如果需要實(shí)現獨立下傾角的功能就要利用兩套振子，實(shí)際變成物理上集成的兩根天線(xiàn)，這樣天線(xiàn)面積將會(huì )是原來(lái)的兩倍大，天面租金可能倍增，并且安裝、防風(fēng)等特性都會(huì )變差。

針對該設計缺陷，華為的網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)Single解決方案在天線(xiàn)內部采用振子復用技術(shù)，同樣的一套790-960MHz的振子，可復用到790-862和880-960MHz兩個(gè)子頻段中去，且兩個(gè)子頻段都能實(shí)現獨立的下傾角調整，有效解決了多頻不同制式網(wǎng)絡(luò )的天饋擴容問(wèn)題，又可以將天線(xiàn)做得盡可能小。從外觀(guān)看來(lái)，多頻天線(xiàn)仍然可以保持和原有天線(xiàn)一樣的外觀(guān)。

好的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )離不開(kāi)好的天線(xiàn)，華為長(cháng)期投入天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)的基礎研究，將始終在MBB時(shí)代助力運營(yíng)商創(chuàng )造高性能、低OPEX的網(wǎng)絡(luò )。

相關(guān)鏈接：CNAS（China National Accreditation Service for Conformity Assessment），是根據《中華人民共和國認證認可條例》的規定，由國家認證認可監督管理委員會(huì )批準設立并授權的國家機構，統一負責對認證機構、實(shí)驗室和檢查機構等相關(guān)機構的認可工作。獲得CNAS授權的實(shí)驗室，有權對任意廠(chǎng)家的天線(xiàn)產(chǎn)品提供權威檢測報告。