【儀器儀表商情網(wǎng) 技術(shù)分析】隨著智能手機(jī)的普及，用戶對于網(wǎng)絡(luò)速度和充沛的數(shù)據(jù)流量的渴望已成為當(dāng)今社會除了空氣，水之后的第三大必需品。無論處于移動中還是在家里，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)。移動社會對數(shù)據(jù)有著巨大需求，且鐘情各種高帶寬應(yīng)用，因此無線網(wǎng)絡(luò)面對的壓力越來越大，處于壓力之下的網(wǎng)絡(luò)又努力試圖跟上時代發(fā)展步伐，這一點(diǎn)在LTE長期演進(jìn)環(huán)境中尤甚。解決容量問題的一個有效方法是扇區(qū)塑形。這是一種通過塑造天線方向圖形狀的一個巧妙方法，使運(yùn)營商能夠開拓出更多容量，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題，并通過控制扇區(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

天線是無線系統(tǒng)的重要和關(guān)鍵組成部分，也是無線網(wǎng)絡(luò)最明顯的構(gòu)成組件。天線有不同的形狀和大小，專門為實(shí)現(xiàn)特定目的而打造。天線功能能達(dá)到的周圍距離稱為蜂窩，類似這樣的多個蜂窩便組成蜂窩網(wǎng)絡(luò)。通過在特定蜂窩內(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，而非像老式無線電通訊那樣歷來都受到噪音問題的限制。通過其利用定向天線實(shí)現(xiàn)的方向圖賦形專門技術(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關(guān)鍵的性能指標(biāo)。扇區(qū)功率比是對在某個期望的接收區(qū)域內(nèi)、外獲得的信號功率進(jìn)行的比較，作為某個天線輻射方向圖的結(jié)果。該比值越低，說明天線的性能越好。

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)信號的競爭，干擾可能會增加，并最終降低性能。這會導(dǎo)致諸如電話掉話等性能問題；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)量的語音和數(shù)據(jù)通信流量，蜂窩網(wǎng)絡(luò)會在整個網(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面臨很高的干擾，這些干擾可以使用扇區(qū)塑形技術(shù)來最小化。通過扇區(qū)塑形和由此帶來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，單個蜂窩基站的覆蓋范圍經(jīng)常會被縮減。人們可以通過降低天線的高度來縮減覆蓋范圍，但這種做法通常是不可取的，因?yàn)樗鼤黾訉⑻炀€置于諸如建筑物或植物枝葉等諸多周圍障礙物之下的機(jī)會。另一種減少覆蓋面積的方式是通過使用扇區(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——在該方向上會發(fā)生對相鄰蜂窩基站的干擾。

通過使用大多數(shù)天線供應(yīng)商都供應(yīng)的調(diào)整支架來機(jī)械地傾斜整個扇區(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)會利用電下傾角來恰當(dāng)?shù)貎A斜扇區(qū)天線的垂直波束。天線會仍然保持直立，而波束傾斜通過改變傳遞到每個元件的電相位來實(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)程控制來實(shí)現(xiàn)；隨著向諸如長期演進(jìn)（LTE）等更復(fù)雜的技術(shù)的遷移，未來先進(jìn)的天線系統(tǒng)將變得更加重要。

用更少的天線來滿足更高容量的需求

由于蜂窩天線是有方向性的，通常可覆蓋120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€天線面，而此前只需一個即可——這樣做會導(dǎo)致重量和風(fēng)載問題。

這個問題可以使用多波束天線克服；舉例來說，多波束天線可以產(chǎn)生兩個獨(dú)立的38度波束，兩個波束中心以60度指向分開。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，并且還可通過提高天線增益并約束對其他扇區(qū)造成的干擾 來提高信噪比，從而提高數(shù)據(jù)吞吐量。

展望未來

目前正在開發(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LTE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)傳輸分割成多個數(shù)據(jù)流，并使用多個天線在相同頻率上同時發(fā)送這些數(shù)據(jù)流。

MIMO可以應(yīng)對由“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3 dB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，對于4G/LTE網(wǎng)絡(luò)而言，扇區(qū)塑形就變得更加重要。用戶對更快速度和無縫服務(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)營商的重要考慮因素。