MBB時代的網(wǎng)絡(luò)天線設(shè)計

好的無線網(wǎng)絡(luò)離不開好的天線，華為長期投入天線與無線射頻技術(shù)的基礎(chǔ)研究，聚焦終端用戶的綜合業(yè)務(wù)體驗提升，幫助運(yùn)營商從容應(yīng)對多模、多頻、多天線的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。

聚焦用戶綜合業(yè)務(wù)體驗

天線電氣指標(biāo)不能完全決定網(wǎng)絡(luò)性能

智能終端的日漸普及推動移動網(wǎng)絡(luò)向MBB網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)：單純、高質(zhì)、低流量的語音和短信轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝愋?、互動、大流量的高速?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)流量模型發(fā)生巨大變化。與此同時，以Android/iOS為操作系統(tǒng)的手機(jī)、平板電腦等智能終端，也使得用戶的手持方式和使用習(xí)慣有了很大不同，單一的聽說變?yōu)槭种覆僮鳎ǘ帱c觸控）、語音識別（SIRI）。所有這些變化最終將會影響用戶的綜合體驗，而作為無線通信的末端，負(fù)責(zé)收發(fā)無線信號的天線，對于決定用戶體驗的整網(wǎng)的性能則起到了舉足輕重的作用。

無線通信的早期功能更多是集中于語音，對天線的要求相對簡單，其設(shè)計時大多關(guān)注于幾項電氣性能指標(biāo)，而忽略其在大網(wǎng)中各指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)的影響。在MBB網(wǎng)絡(luò)下，特別在一個多頻段、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(biāo)就略顯不足。

例如：如果單純考慮天線的增益或前后比，而不考慮天線的波瓣形態(tài)，則天線在RSCP（Received Signal Code Power，接收信號碼功率）實測指標(biāo)上表現(xiàn)較強(qiáng)，體現(xiàn)為手機(jī)信號顯示也會更好。在單小區(qū)時，這種天線的性能指標(biāo)相對較高，但在一個較大的覆蓋區(qū)內(nèi)，這種天線卻會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)干擾上升，實際會使Ec/Io（信噪比）下降。體現(xiàn)就是用戶看到的信號不錯，但實際下載速率反而下降了。

基于用戶體驗的天線設(shè)計

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

具體來講，即先統(tǒng)計MBB大網(wǎng)覆蓋下各小區(qū)的模型，并推導(dǎo)出最適合的天線波形，再由波形反向推導(dǎo)出天線的各項設(shè)計指標(biāo)（包括經(jīng)典的參數(shù)指標(biāo)和3D波形圖）；接著通過實測來糾正偏差，最后將糾偏后的數(shù)據(jù)帶回網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行仿真，并重新整理出優(yōu)化參數(shù)再反向迭代回設(shè)計。如此反復(fù)（小閉環(huán)），最終保證天線計算結(jié)果能夠達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能、天線性能、成本的最佳結(jié)合。

這種閉環(huán)的設(shè)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(shè)計模型與真實模型必須精確匹配。依靠強(qiáng)大的研發(fā)和網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)能力，華為收集并綜合導(dǎo)入了大量的MBB無線模型，涵蓋多頻段、多制式、多場景等各種參數(shù)，能夠根據(jù)不同MBB業(yè)務(wù)模型網(wǎng)絡(luò)的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)仿真，得出最適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的天線方向圖形，再指導(dǎo)天線產(chǎn)品設(shè)計仿真并得出天線的設(shè)計形態(tài)，以確保天線設(shè)計原始參數(shù)匹配真實網(wǎng)絡(luò)。

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

實測結(jié)果見分曉

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

將上述網(wǎng)絡(luò)天線實際的波形圖放入大網(wǎng)，在一片連續(xù)區(qū)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)過網(wǎng)絡(luò)天線理念閉環(huán)方式設(shè)計的天線，相比傳統(tǒng)方式設(shè)計的天線，在信號質(zhì)量和整網(wǎng)數(shù)據(jù)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(qiáng)度和鄰區(qū)干擾的綜合考慮；HSDPA Throughput則是體現(xiàn)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(biāo)）。

應(yīng)對多頻、多模、多天線網(wǎng)絡(luò)

利舊站址帶來的新問題

傳統(tǒng)運(yùn)營商可能只有一張900M的GSM網(wǎng)絡(luò)，用戶增加后，GSM1800被引入；隨著MBB的到來，運(yùn)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、天線租金成本高企。在新選站址成為一個公認(rèn)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帶來一系列問題。

新建天饋一般包括安裝鐵塔、抱桿、射頻饋線以及天線等，由于相當(dāng)多的成本為剛性，大部分運(yùn)營商通過增加鐵塔的塔面或增加抱桿來實現(xiàn)共址及共塔安裝。但不少站點由于規(guī)劃初期沒有預(yù)期到多系統(tǒng)的天饋共站安裝，尤其是在鐵塔的建設(shè)中，目前還沒有規(guī)范、客觀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(yīng)覆蓋區(qū)的要求。另外，射頻饋線的增加也給站點共享帶來一定的施工難度，如能否增加走線梯，雷擊保護(hù)是否能夠落實等等。因此天饋共享成為最重要的解決方案之一。

傳統(tǒng)的天饋共享不僅有成熟的技術(shù)方案，而且已有長期的商業(yè)應(yīng)用，但帶來一個重要問題，就是不能簡單地合并后發(fā)射，而必須在一根天線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(diào)整問題。由于在不同頻段無線傳播的模型完全不同，在規(guī)劃和優(yōu)化時，必須根據(jù)不同的頻段進(jìn)行調(diào)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，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃獨立地對不同頻段進(jìn)行電下傾角的調(diào)整，才能保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和性能。

從容應(yīng)對多頻使用場景

作為擁有15年設(shè)計經(jīng)驗的基站天線生產(chǎn)廠家，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(tǒng)共享的實現(xiàn)，并已在包括全球范圍內(nèi)較早制定天饋共享規(guī)定的國家（如巴西、印度等）得到了批量應(yīng)用。

針對多頻天線干擾和獨立電傾角控制問題，例如CDMA850和GSM900，傳統(tǒng)的天饋多口解決方案是用外部合路器將不同頻段的系統(tǒng)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(tǒng)的獨立網(wǎng)優(yōu)，尤其是無法實現(xiàn)獨立的下傾角調(diào)整，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時一張網(wǎng)優(yōu)化則另一張網(wǎng)會同步被影響。如果需要實現(xiàn)獨立下傾角的功能就要利用兩套振子，實際變成物理上集成的兩根天線，這樣天線面積將會是原來的兩倍大，天面租金可能倍增，并且安裝、防風(fēng)等特性都會變差。

針對該設(shè)計缺陷，華為的網(wǎng)絡(luò)天線Single解決方案在天線內(nèi)部采用振子復(fù)用技術(shù)，同樣的一套790-960MHz的振子，可復(fù)用到790-862和880-960MHz兩個子頻段中去，且兩個子頻段都能實現(xiàn)獨立的下傾角調(diào)整，有效解決了多頻不同制式網(wǎng)絡(luò)的天饋擴(kuò)容問題，又可以將天線做得盡可能小。從外觀看來，多頻天線仍然可以保持和原有天線一樣的外觀。

好的無線網(wǎng)絡(luò)離不開好的天線，華為長期投入天線與無線射頻技術(shù)的基礎(chǔ)研究，將始終在MBB時代助力運(yùn)營商創(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(jù)《中華人民共和國認(rèn)證認(rèn)可條例》的規(guī)定，由國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會批準(zhǔn)設(shè)立并授權(quán)的國家機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一負(fù)責(zé)對認(rèn)證機(jī)構(gòu)、實驗室和檢查機(jī)構(gòu)等相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可工作。獲得CNAS授權(quán)的實驗室，有權(quán)對任意廠家的天線產(chǎn)品提供權(quán)威檢測報告。