優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的制勝法寶--天線和扇區(qū)塑形技術(shù)

　　隨著智能手機(jī)的普及，用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度和充沛的數(shù)據(jù)流量的渴望已成為當(dāng)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(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。

　　正因如此，網(wǎng)絡(luò)正面臨著巨大的容量緊缺危機(jī)。移動(dòng)社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)有著巨大需求，且鐘情各種高帶寬應(yīng)用，因此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)面對(duì)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(zhǎng)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(qū)塑形。這是一種通過(guò)塑造天線方向圖形狀的一個(gè)巧妙方法，使運(yùn)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(qū)塑形可以處理所有這些問(wèn)題，并通過(guò)控制扇區(qū)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(shù)量以利于用戶接入。

　　天線

　　天線是無(wú)線系統(tǒng)的重要和關(guān)鍵組成部分，也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最明顯的構(gòu)成組件。天線有不同的形狀和大小，專(zhuān)門(mén)為實(shí)現(xiàn)特定目的而打造。天線功能能達(dá)到的周?chē)嚯x稱為蜂窩，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(nèi)重新分配特定的頻率，這些蜂窩還可以被重復(fù)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(jù)所服務(wù)區(qū)域的密度，這些六邊形的距離或長(zhǎng)達(dá)數(shù)英里，或只有幾百英尺。

　　扇區(qū)塑形

　　信道靈敏度受到外部干擾的限制，而非像老式無(wú)線電通訊那樣歷來(lái)都受到噪音問(wèn)題的限制。通過(guò)其利用定向天線實(shí)現(xiàn)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(qū)塑形這種方法可以在對(duì)相鄰蜂窩造成極小干擾的情況下實(shí)現(xiàn)精確覆蓋。

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

　　在蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，扇區(qū)功率比越高，則表示相鄰覆蓋區(qū)域內(nèi)天線之間的干擾越高。由于在重疊區(qū)域內(nèi)信號(hào)的競(jìng)爭(zhēng)，干擾可能會(huì)增加，并最終降低性能。這會(huì)導(dǎo)致諸如電話掉話等性能問(wèn)題;為防止出現(xiàn)這樣的干擾，必須進(jìn)行精確的扇區(qū)分割規(guī)劃。

　　為了支持巨大數(shù)量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信流量，蜂窩網(wǎng)絡(luò)會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多次重復(fù)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(qū)塑形技術(shù)來(lái)最小化。通過(guò)扇區(qū)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(nèi)被重復(fù)使用，同時(shí)還可提高頻譜效率、容量和網(wǎng)絡(luò)性能。

　　隨著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)降低天線的高度來(lái)縮減覆蓋范圍，但這種做法通常是不可取的，因?yàn)樗鼤?huì)增加將天線置于諸如建筑物或植物枝葉等諸多周?chē)系K物之下的機(jī)會(huì)。另一種減少覆蓋面積的方式是通過(guò)使用扇區(qū)天線波束傾斜即下傾。所謂波束傾斜，是指天線的垂直方向圖傾斜。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(duì)相鄰蜂窩基站的干擾。

　　通過(guò)使用大多數(shù)天線供應(yīng)商都供應(yīng)的調(diào)整支架來(lái)機(jī)械地傾斜整個(gè)扇區(qū)天線，可以最輕松地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。但覆蓋范圍在天線法線方向上會(huì)縮減的較多，而在遠(yuǎn)離法線的其他角度上則縮減的較少。這一現(xiàn)象也被稱為“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(dāng)?shù)貎A斜扇區(qū)天線的垂直波束。天線會(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(xiàn)。這有助于實(shí)現(xiàn)蜂窩覆蓋范圍的一致縮減。該傾角可在不擴(kuò)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)的天線系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn);隨著向諸如長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)等更復(fù)雜的技術(shù)的遷移，未來(lái)先進(jìn)的天線系統(tǒng)將變得更加重要。

　　用更少的天線來(lái)滿足更高容量的需求

　　由于蜂窩天線是有方向性的，通?？筛采w120度，因此如果將3組這樣的天線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(qū)，增加的流量可以使用較窄的聚焦天線(稱為六扇區(qū)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(zhí)行上卻面臨限制，因?yàn)樗枰褂脙蓚€(gè)天線面，而此前只需一個(gè)即可——這樣做會(huì)導(dǎo)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克服;舉例來(lái)說(shuō)，多波束天線可以產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)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，而不是六根獨(dú)立的單波束天線。對(duì)于高密度容量地區(qū)的更高容量需求，使用更窄波束的天線甚至可以為要求最苛刻的區(qū)域提供容量。諸如3波束、5波束、甚至18波束天線等替代選項(xiàng)具有能夠顯著增加容量的形狀，并且還可通過(guò)提高天線增益并約束對(duì)其他扇區(qū)造成的干擾來(lái)提高信噪比，從而提高數(shù)據(jù)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(dāng)今最受關(guān)注的前沿網(wǎng)絡(luò)被統(tǒng)稱為L(zhǎng)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(shù)據(jù)傳輸分割成多個(gè)數(shù)據(jù)流，并使用多個(gè)天線在相同頻率上同時(shí)發(fā)送這些數(shù)據(jù)流。

　　MIMO可以應(yīng)對(duì)由“香農(nóng)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(nóng)定律支配著在某特定帶寬傳輸?shù)耐掏铝恳?guī)模。在實(shí)際應(yīng)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(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)的容量增加一倍。

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