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优化无线网络的制胜法宝--天线和扇区塑形技术


  来源: 仪器仪表商情网 时间:2015-10-26 作者:Stanford
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随着蜂窝基站密度的增加,为了降低蜂窝之间的干扰,单个蜂窝基站的覆盖范围经常会被缩减。人们可以通过降低天线的高度来缩减覆盖范围,但这种做法通常是不可取的,因为它会增加将天线置于诸如建筑物或植物枝叶等诸多周围障碍物之下的机会。另一种减少覆盖面积的方式是通过使用扇区天线波束倾斜即下倾。所谓波束倾斜,是指天线的垂直方向图倾斜。这样做可以减少水平方向的覆盖范围——在该方向上会发生对相邻蜂窝基站的干扰。

通过使用大多数天线供应商都供应的调整支架来机械地倾斜整个扇区天线,可以最轻松地实现这一点。但覆盖范围在天线法线方向上会缩减的较多,而在远离法线的其他角度上则缩减的较少。这一现象也被称为“方向图变形”。

先进的网络会利用电下倾角来恰当地倾斜扇区天线的垂直波束。天线会仍然保持直立,而波束倾斜通过改变传递到每个元件的电相位来实现。这有助于实现蜂窝覆盖范围的一致缩减。该倾角可在不扩大“方向图变形”的情况下增加。

此外,电下倾角也可以使用先进的天线系统远程控制来实现;随着向诸如长期演进(LTE)等更复杂的技术的迁移,未来先进的天线系统将变得更加重要。

用更少的天线来满足更高容量的需求

由于蜂窝天线是有方向性的,通常可覆盖120度,因此如果将3组这样的天线一起安装在三角形塔架上,就可以覆盖所有方向。在人口稠密的地区,增加的流量可以使用较窄的聚焦天线(称为六扇区方案)进行处理。该方案是一个行之有效的增加容量的方法,但在实际执行上却面临限制,因为它需要使用两个天线面,而此前只需一个即可——这样做会导致重量和风载问题。

这个问题可以使用多波束天线克服;举例来说,多波束天线可以产生两个独立的38度波束,两个波束中心以60度指向分开。这种双波束方案能够提供出色的覆盖范围,并且只需要三根天线,而不是六根独立的单波束天线。对于高密度容量地区的更高容量需求,使用更窄波束的天线甚至可以为要求最苛刻的区域提供容量。诸如3波束、5波束、甚至18波束天线等替代选项具有能够显著增加容量的形状,并且还可通过提高天线增益并约束对其他扇区造成的干扰 来提高信噪比,从而提高数据吞吐量。

展望未来

目前正在开发中的新技术有许多,当今最受关注的前沿网络被统称为LTE网络,具有彻底改变网络性能的潜力。LTE网络采用的是一种名为“多输入多输出”(MIMO)的概念,可以将数据传输分割成多个数据流,并使用多个天线在相同频率上同时发送这些数据流。

MIMO可以应对由“香农定律”(Shannon’s Law)定义的典型射频通信限制因素,这一点使得MIMO性能变得如此杰出。香农定律支配着在某特定带宽传输的吞吐量规模。在实际应用中,你只能期待获得不到3 dB的理论最大带宽,而使用2x2 MIMO,你则有可能将受该定律制约的传统3G网络的容量增加一倍。

如果人们希望实现MIMO潜力的最大化,则需要将干扰降至最小化。有鉴于此,对于4G/LTE网络而言,扇区塑形就变得更加重要。用户对更快速度和无缝服务的需求不断增加,这意味着选择合适的天线和使用扇区塑形技术将成为所有运营商的重要考虑因素。

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