優(yōu)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的制勝法寶--天線(xiàn)和扇區塑形技術(shù)

　　隨著(zhù)智能手機的普及，用戶(hù)對于網(wǎng)絡(luò )速度和充沛的數據流量的渴望已成為當今社會(huì )除了空氣，水之后的第三大必需品。無(wú)論處于移動(dòng)中還是在家里，我們總是期待能夠使用快速穩定的網(wǎng)絡(luò )連接。

　　正因如此，網(wǎng)絡(luò )正面臨著(zhù)巨大的容量緊缺危機。移動(dòng)社會(huì )對數據有著(zhù)巨大需求，且鐘情各種高帶寬應用，因此無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )面對的壓力越來(lái)越大，處于壓力之下的網(wǎng)絡(luò )又努力試圖跟上時(shí)代發(fā)展步伐，這一點(diǎn)在LTE長(cháng)期演進(jìn)環(huán)境中尤甚。解決容量問(wèn)題的一個(gè)有效方法是扇區塑形。這是一種通過(guò)塑造天線(xiàn)方向圖形狀的一個(gè)巧妙方法，使運營(yíng)商能夠開(kāi)拓出更多容量，提高覆蓋范圍，并限制干擾程度。扇區塑形可以處理所有這些問(wèn)題，并通過(guò)控制扇區之間的干擾，助力提升網(wǎng)絡(luò )性能。此外，它還有助于增加信道數量以利于用戶(hù)接入。

　　天線(xiàn)

　　天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)系統的重要和關(guān)鍵組成部分，也是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )最明顯的構成組件。天線(xiàn)有不同的形狀和大小，專(zhuān)門(mén)為實(shí)現特定目的而打造。天線(xiàn)功能能達到的周?chē)嚯x稱(chēng)為蜂窩，類(lèi)似這樣的多個(gè)蜂窩便組成蜂窩網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)在特定蜂窩內重新分配特定的頻率，這些蜂窩還可以被重復使用以增加網(wǎng)絡(luò )容量。通常情況下，蜂窩以互鎖六邊形圖案表示。根據所服務(wù)區域的密度，這些六邊形的距離或長(cháng)達數英里，或只有幾百英尺。

　　扇區塑形

　　信道靈敏度受到外部干擾的限制，而非像老式無(wú)線(xiàn)電通訊那樣歷來(lái)都受到噪音問(wèn)題的限制。通過(guò)其利用定向天線(xiàn)實(shí)現的方向圖賦形專(zhuān)門(mén)技術(shù)(包括方位角(水平方向)和垂直角(垂直空間))，扇區塑形這種方法可以在對相鄰蜂窩造成極小干擾的情況下實(shí)現精確覆蓋。

　　相鄰蜂窩與扇區之間的能量重疊是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標。扇區功率比是對在某個(gè)期望的接收區域內、外獲得的信號功率進(jìn)行的比較，作為某個(gè)天線(xiàn)輻射方向圖的結果。該比值越低，說(shuō)明天線(xiàn)的性能越好。

　　在蜂窩網(wǎng)絡(luò )應用中，扇區功率比越高，則表示相鄰覆蓋區域內天線(xiàn)之間的干擾越高。由于在重疊區域內信號的競爭，干擾可能會(huì )增加，并最終降低性能。這會(huì )導致諸如電話(huà)掉話(huà)等性能問(wèn)題;為防止出現這樣的干擾，必須進(jìn)行精確的扇區分割規劃。

　　為了支持巨大數量的語(yǔ)音和數據通信流量，蜂窩網(wǎng)絡(luò )會(huì )在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )內多次重復利用頻率或信道編碼。通常情況下，在相似頻率或編碼上工作的蜂窩會(huì )面臨很高的干擾，這些干擾可以使用扇區塑形技術(shù)來(lái)最小化。通過(guò)扇區塑形和由此帶來(lái)的干擾約束程度的提升，同樣的頻率或信道編碼可在相互靠近的蜂窩內被重復使用，同時(shí)還可提高頻譜效率、容量和網(wǎng)絡(luò )性能。

　　隨著(zhù)蜂窩基站密度的增加，為了降低蜂窩之間的干擾，單個(gè)蜂窩基站的覆蓋范圍經(jīng)常會(huì )被縮減。人們可以通過(guò)降低天線(xiàn)的高度來(lái)縮減覆蓋范圍，但這種做法通常是不可取的，因為它會(huì )增加將天線(xiàn)置于諸如建筑物或植物枝葉等諸多周?chē)系K物之下的機會(huì )。另一種減少覆蓋面積的方式是通過(guò)使用扇區天線(xiàn)波束傾斜即下傾。所謂波束傾斜，是指天線(xiàn)的垂直方向圖傾斜。這樣做可以減少水平方向的覆蓋范圍——在該方向上會(huì )發(fā)生對相鄰蜂窩基站的干擾。

　　通過(guò)使用大多數天線(xiàn)供應商都供應的調整支架來(lái)機械地傾斜整個(gè)扇區天線(xiàn)，可以最輕松地實(shí)現這一點(diǎn)。但覆蓋范圍在天線(xiàn)法線(xiàn)方向上會(huì )縮減的較多，而在遠離法線(xiàn)的其他角度上則縮減的較少。這一現象也被稱(chēng)為“方向圖變形”。

　　先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )會(huì )利用電下傾角來(lái)恰當地傾斜扇區天線(xiàn)的垂直波束。天線(xiàn)會(huì )仍然保持直立，而波束傾斜通過(guò)改變傳遞到每個(gè)元件的電相位來(lái)實(shí)現。這有助于實(shí)現蜂窩覆蓋范圍的一致縮減。該傾角可在不擴大“方向圖變形”的情況下增加。

　　此外，電下傾角也可以使用先進(jìn)的天線(xiàn)系統遠程控制來(lái)實(shí)現;隨著(zhù)向諸如長(cháng)期演進(jìn)(LTE)等更復雜的技術(shù)的遷移，未來(lái)先進(jìn)的天線(xiàn)系統將變得更加重要。

　　用更少的天線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足更高容量的需求

　　由于蜂窩天線(xiàn)是有方向性的，通?？筛采w120度，因此如果將3組這樣的天線(xiàn)一起安裝在三角形塔架上，就可以覆蓋所有方向。在人口稠密的地區，增加的流量可以使用較窄的聚焦天線(xiàn)(稱(chēng)為六扇區方案)進(jìn)行處理。該方案是一個(gè)行之有效的增加容量的方法，但在實(shí)際執行上卻面臨限制，因為它需要使用兩個(gè)天線(xiàn)面，而此前只需一個(gè)即可——這樣做會(huì )導致重量和風(fēng)載問(wèn)題。

　　這個(gè)問(wèn)題可以使用多波束天線(xiàn)克服;舉例來(lái)說(shuō)，多波束天線(xiàn)可以產(chǎn)生兩個(gè)獨立的38度波束，兩個(gè)波束中心以60度指向分開(kāi)。這種雙波束方案能夠提供出色的覆蓋范圍，并且只需要三根天線(xiàn)，而不是六根獨立的單波束天線(xiàn)。對于高密度容量地區的更高容量需求，使用更窄波束的天線(xiàn)甚至可以為要求最苛刻的區域提供容量。諸如3波束、5波束、甚至18波束天線(xiàn)等替代選項具有能夠顯著(zhù)增加容量的形狀，并且還可通過(guò)提高天線(xiàn)增益并約束對其他扇區造成的干擾來(lái)提高信噪比，從而提高數據吞吐量。

　　展望未來(lái)

　　目前正在開(kāi)發(fā)中的新技術(shù)有許多，當今最受關(guān)注的前沿網(wǎng)絡(luò )被統稱(chēng)為L(cháng)TE網(wǎng)絡(luò )，具有徹底改變網(wǎng)絡(luò )性能的潛力。LTE網(wǎng)絡(luò )采用的是一種名為“多輸入多輸出”(MIMO)的概念，可以將數據傳輸分割成多個(gè)數據流，并使用多個(gè)天線(xiàn)在相同頻率上同時(shí)發(fā)送這些數據流。

　　MIMO可以應對由“香農定律”(Shannon‘s Law)定義的典型射頻通信限制因素，這一點(diǎn)使得MIMO性能變得如此杰出。香農定律支配著(zhù)在某特定帶寬傳輸的吞吐量規模。在實(shí)際應用中，你只能期待獲得不到3dB的理論最大帶寬，而使用2x2 MIMO，你則有可能將受該定律制約的傳統3G網(wǎng)絡(luò )的容量增加一倍。

　　如果人們希望實(shí)現MIMO潛力的最大化，則需要將干擾降至最小化。有鑒于此，對于4G/LTE網(wǎng)絡(luò )而言，扇區塑形就變得更加重要。用戶(hù)對更快速度和無(wú)縫服務(wù)的需求不斷增加，這意味著(zhù)選擇合適的天線(xiàn)和使用扇區塑形技術(shù)將成為所有運營(yíng)商的重要考慮因素。