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如今，對于更好的信號強度以及更快的下載速度的需求，已經成為人們日常生活中不可或缺的一部分。我們一直在尋找能提高手機或電腦Wi-Fi連接信號強度的方法。無論居家生活，在外工作，還是四處奔波，您都需要良好的信號接收能力以便通信，而良好的信號接收能力又取決于天線和足夠的網絡容量。有時雖然信號接收能力不錯，但下載仍舊緩慢，通話掉線，則是由于網絡容量有限，以及/或者干擾強度較大導致。解決網絡容量問題的一個方法就是采用扇區劃分技術。天線以及扇區劃分對于無線網絡的優化而言，具有至關重要的意義。

天線

首先讓我們從天線的基本知識入手，了解一下為何天線是如此重要的元素。天線是無線通信系統最關鍵且常常也是最顯而易見的部件之一。無論是在高聳的通信塔上，還是在Wi-Fi適配器或手機上，或大或小，你都能看到它的身影。由于每種天線均有特定的用途，因此其大小和形狀也各式各樣。但是，所有天線都有一個相同之處：它們是決定通信質量和通信范圍的關鍵所在。天線的有效覆蓋距離即為它所在的蜂窩，而多個蜂窩則組成了蜂窩網絡。

蜂窩網絡與其他通信方式的不同體現在蜂窩的復用原理上。蜂窩復用是通過對特定蜂窩的運行中的單個頻率的“復用”或再次分配，從而提高網絡容量的一種方法。

若要讓這一過程發生作用，需要對蜂窩的形狀及其配合方式加以考慮。如下圖所示（圖1），蜂窩通常呈連鎖六邊形。根據服務區域密度的不同，六邊形蜂窩既可以輻射方圓數英里，也可以僅覆蓋幾百英尺。

圖1
扇區劃分

與早先的無線電通信一樣，由于距離彈性極大，因此與噪音問題相比，信道靈敏度受外部干擾的限制更大。采用定向天線在方位（水平方向）和高度（垂直方向）上均可用的特定的扇區形狀劃分，可實現精確覆蓋，并最大限度地降低與鄰近蜂窩之間的干擾。

蜂窩之間的相互關系是衡量網絡性能的關鍵指標。這一指標定義了蜂窩之間以及組成蜂窩的扇區之間的能量重疊；通常被稱為扇區功率比，是指由天線輻射圖形成的期望覆蓋區域外信號功率與區域內的信號功率之比（圖2）。扇區功率比越低，天線的抗干擾性能越好。

圖2

在具體實踐中，尤其是蜂窩網絡應用中，扇區功率比越高，則意味著毗鄰覆蓋區域的天線間干擾也越強。當競爭信號發生重疊時，會造成干擾增強，從而降低網絡性能，例如，從一個蜂窩進入另一個蜂窩時手機會發生掉線。為防止此類問題的發生，蜂窩網絡需要進行精確的扇區劃分規劃。

蜂窩網絡的概念要求反復不斷地使用網絡內的頻率或代碼，以支持海量的語音和數據通信。為最大限度地減少相同頻率或代碼上蜂窩之間的干擾，運營商采用了扇區劃分技術。如果干擾抑制水平較低，則意味著頻率資源相同的蜂窩之間的距離就要較長。通過扇區劃分來抑制干擾，不但可縮短復用頻率資源小區的距離，而且可以提高頻譜效率，擴大容量，提升網絡性能。

隨著蜂窩基站密度的增大，為減少蜂窩之間的相互影響，通常會縮小每個蜂窩的覆蓋區域。而縮小蜂窩基站覆蓋范圍的方法之一，便是降低天線的輻射中心高度。但是，由于這種方法可能會把天線置于建筑或樹木等周圍障礙物之下，因此結果通常不太理想。由于目前大多數蜂窩網絡采用了扇形天線，因此可采用第二種方法——波束傾斜，以降低覆蓋范圍。通過將天線的垂直面波瓣向下傾斜，可縮小水平方向上的覆蓋范圍——這也正是相鄰蜂窩基站發生干擾的區域。

最簡單的波束傾斜方法是，通過利用大多數天線供應商均提供的調整支架，對整個扇形天線進行機械傾斜。但是，這種方法有一個主要缺點，即無法保證整個扇區內水平方向上覆蓋范圍縮小的一致性。由于在正前方的方向上覆蓋范圍的縮小要快于其他方向，因此，蜂窩覆蓋范圍的縮小會出現不均衡。這種現象可以用一個可量化術語表示，即“方向圖變形（patternblooming）”。

先進的無線網絡通常采用更加巧妙的辦法，即通過電子下傾實現扇區天線垂直面波瓣的傾斜。這種方法可以使天線保持豎直安裝，通過改變各單元的電相位來實現波束傾斜。這樣便可實現波瓣的360度均衡傾斜，保持蜂窩覆蓋范圍縮小的一致性。對于電下傾天線來說，無論傾斜量如何，均不會導致方向圖變形現象的增加。

電下傾還有另外一個好處，就是可以在先進的天線系統中遠程予以實現。隨著長期演進（LTE）等更加復雜技術的成熟，這一功能將變得更為重要。采用了LTE技術的自組織網絡（SON）便可根據需求不斷進行自我優化。SON部署的主要特點是與電下傾相關的、動態的覆蓋范圍調整。

用更少的天線來滿足更高容量的需求

如前文所述，定向蜂窩天線的輻射范圍通常為120度（三分之一圓周）。安裝在三角塔上時，三套此類天線便可實現全方位覆蓋。但是在人口稠密的城區，對網絡容量的需求量也更大，則需要通過采用更窄波束的天線（稱為六扇區方案）來處理附加通信量。盡管已經證明，這種方案可有效擴大容量，但由于需要以雙面天線取代單面天線，這不但會為通信塔帶來重量和風荷載挑戰，而且可能會在區域劃分和塔頂資源分配等方面出現問題，因此其應用受到實際條件的限制。

最近提出的解決方案認為，可采用康普公司的雙波束天線來解決這一問題。該天線可產生中心間隔角度為60度的兩束相互獨立的38度波束。如圖3所示，這種雙波瓣方式不但可提供理想的覆蓋范圍，而且只需3個天線便可取代6根獨立的單波束天線。

圖3

在開放場所、戶外活動區域或高密度容量區（例如市區商務樓）等容量需求更高的區域，即便服務要求再高、容量需求再大，也可通過增加天線波束數量，縮小波束寬度來滿足。外形各異的3波束、5波束甚至18波束天線，不但可顯著提高容量，而且可通過采取提高天線增益、抑制對其它扇區的干擾等信噪比改善措施，來提高數據的吞吐量。

未來發展趨勢

各種新技術正在以驚人的速度得到開發與部署。LTE是如今眾所周知的尖端網絡領域。由于吸收了多入多出（MIMO）的概念，LTE有望徹底重塑網絡的運行方式。MIMO技術可將數據分為多個數據流，采用多個天線在同一時間以相同的頻率進行發送。2x2MIMO是指在下行鏈路中采用2個天線用于傳輸，手機中用2個天線進行接收。

這一技術進步令人興奮之處在于，MIMO性能接近了射頻通信的傳統限制極限，即香農定理設定的限制，香農定理描述了在給定帶寬條件下，數據吞吐量的大小。如圖4所示，在實際應用中，僅可獲得帶寬的理論最大值的3dB以內。借助2X2MIMO技術，容量有望達到受香農定理限制的傳統3G網絡的兩倍。

圖4

對于LTE系統來說，若要最大限度發揮MIMO潛能，則必須盡可能降低干擾，這便意味著，對于新的4GLTE網絡來說，扇區劃分具有更加重要的意義。如今，無線用戶需要在加快速度的同時，確保通話的穩定性，因此，為了給當下和未來打造穩健的無線網絡，實現數據的快速可靠傳輸和無縫語音功能，采用適合的天線和扇區劃分技術勢在必行。

從圖3可以看到，康普雙波束天線具有更小的波束間重疊。這種特性在LTE網絡中對容量的提升作用會更大，因為它使得扇區間的劃分更加精確了。