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(jīng)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(wú)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(xiàn)和足夠的網(wǎng)絡(luò )容量。有時(shí)雖然信號接收能力不錯，但下載仍舊緩慢，通話(huà)掉線(xiàn)，則是由于網(wǎng)絡(luò )容量有限，以及/或者干擾強度較大導致。解決網(wǎng)絡(luò )容量問(wèn)題的一個(gè)方法就是采用扇區劃分技術(shù)。天線(xiàn)以及扇區劃分對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化而言，具有至關(guān)重要的意義。

天線(xiàn)

首先讓我們從天線(xiàn)的基本知識入手，了解一下為何天線(xiàn)是如此重要的元素。天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)通信系統最關(guān)鍵且常常也是最顯而易見(jiàn)的部件之一。無(wú)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(xiàn)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(xiàn)都有一個(gè)相同之處：它們是決定通信質(zhì)量和通信范圍的關(guān)鍵所在。天線(xiàn)的有效覆蓋距離即為它所在的蜂窩，而多個(gè)蜂窩則組成了蜂窩網(wǎng)絡(luò )。

蜂窩網(wǎng)絡(luò )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(guò)對特定蜂窩的運行中的單個(gè)頻率的“復用”或再次分配，從而提高網(wǎng)絡(luò )容量的一種方法。

若要讓這一過(guò)程發(fā)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(wù)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?xún)H覆蓋幾百英尺。

扇區劃分

與早先的無(wú)線(xiàn)電通信一樣，由于距離彈性極大，因此與噪音問(wèn)題相比，信道靈敏度受外部干擾的限制更大。采用定向天線(xiàn)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(shí)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(guān)系是衡量網(wǎng)絡(luò )性能的關(guān)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(chēng)為扇區功率比，是指由天線(xiàn)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(xiàn)的抗干擾性能越好。

在具體實(shí)踐中，尤其是蜂窩網(wǎng)絡(luò )應用中，扇區功率比越高，則意味著(zhù)毗鄰覆蓋區域的天線(xiàn)間干擾也越強。當競爭信號發(fā)生重疊時(shí)，會(huì )造成干擾增強，從而降低網(wǎng)絡(luò )性能，例如，從一個(gè)蜂窩進(jìn)入另一個(gè)蜂窩時(shí)手機會(huì )發(fā)生掉線(xiàn)。為防止此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，蜂窩網(wǎng)絡(luò )需要進(jìn)行精確的扇區劃分規劃。

蜂窩網(wǎng)絡(luò )的概念要求反復不斷地使用網(wǎng)絡(luò )內的頻率或代碼，以支持海量的語(yǔ)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(yíng)商采用了扇區劃分技術(shù)。如果干擾抑制水平較低，則意味著(zhù)頻率資源相同的蜂窩之間的距離就要較長(cháng)。通過(guò)扇區劃分來(lái)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(wǎng)絡(luò )性能。

隨著(zhù)蜂窩基站密度的增大，為減少蜂窩之間的相互影響，通常會(huì )縮小每個(gè)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(xiàn)的輻射中心高度。但是，由于這種方法可能會(huì )把天線(xiàn)置于建筑或樹(shù)木等周?chē)系K物之下，因此結果通常不太理想。由于目前大多數蜂窩網(wǎng)絡(luò )采用了扇形天線(xiàn)，因此可采用第二種方法——波束傾斜，以降低覆蓋范圍。通過(guò)將天線(xiàn)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(fā)生干擾的區域。

最簡(jiǎn)單的波束傾斜方法是，通過(guò)利用大多數天線(xiàn)供應商均提供的調整支架，對整個(gè)扇形天線(xiàn)進(jìn)行機械傾斜。但是，這種方法有一個(gè)主要缺點(diǎn)，即無(wú)法保證整個(gè)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(huì )出現不均衡。這種現象可以用一個(gè)可量化術(shù)語(yǔ)表示，即“方向圖變形（pattern blooming）”。

下頁(yè)內容：用更少的天線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足更高容量的需求
[page]
先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通常采用更加巧妙的辦法，即通過(guò)電子下傾實(shí)現扇區天線(xiàn)垂直面波瓣的傾斜。這種方法可以使天線(xiàn)保持豎直安裝，通過(guò)改變各單元的電相位來(lái)實(shí)現波束傾斜。這樣便可實(shí)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(xiàn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論傾斜量如何，均不會(huì )導致方向圖變形現象的增加。

電下傾還有另外一個(gè)好處，就是可以在先進(jìn)的天線(xiàn)系統中遠程予以實(shí)現。隨著(zhù)長(cháng)期演進(jìn)（LTE）等更加復雜技術(shù)的成熟，這一功能將變得更為重要。采用了LTE技術(shù)的自組織網(wǎng)絡(luò )（SON）便可根據需求不斷進(jìn)行自我優(yōu)化。SON部署的主要特點(diǎn)是與電下傾相關(guān)的、動(dòng)態(tài)的覆蓋范圍調整。

用更少的天線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足更高容量的需求

如前文所述，定向蜂窩天線(xiàn)的輻射范圍通常為120度（三分之一圓周）。安裝在三角塔上時(shí)，三套此類(lèi)天線(xiàn)便可實(shí)現全方位覆蓋。但是在人口稠密的城區，對網(wǎng)絡(luò )容量的需求量也更大，則需要通過(guò)采用更窄波束的天線(xiàn)（稱(chēng)為六扇區方案）來(lái)處理附加通信量。盡管已經(jīng)證明，這種方案可有效擴大容量，但由于需要以雙面天線(xiàn)取代單面天線(xiàn)，這不但會(huì )為通信塔帶來(lái)重量和風(fēng)荷載挑戰，而且可能會(huì )在區域劃分和塔頂資源分配等方面出現問(wèn)題，因此其應用受到實(shí)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(xiàn)來(lái)解決這一問(wèn)題。該天線(xiàn)可產(chǎn)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(gè)天線(xiàn)便可取代6根獨立的單波束天線(xiàn)。

在開(kāi)放場(chǎng)所、戶(hù)外活動(dòng)區域或高密度容量區（例如市區商務(wù)樓）等容量需求更高的區域，即便服務(wù)要求再高、容量需求再大，也可通過(guò)增加天線(xiàn)波束數量，縮小波束寬度來(lái)滿(mǎn)足。外形各異的3波束、5波束甚至18波束天線(xiàn)，不但可顯著(zhù)提高容量，而且可通過(guò)采取提高天線(xiàn)增益、抑制對其它扇區的干擾等信噪比改善措施，來(lái)提高數據的吞吐量。

下頁(yè)內容：未來(lái)發(fā)展趨勢
[page]
未來(lái)發(fā)展趨勢

各種新技術(shù)正在以驚人的速度得到開(kāi)發(fā)與部署。LTE是如今眾所周知的尖端網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域。由于吸收了多入多出（MIMO）的概念，LTE有望徹底重塑網(wǎng)絡(luò )的運行方式。MIMO技術(shù)可將數據分為多個(gè)數據流，采用多個(gè)天線(xiàn)在同一時(shí)間以相同的頻率進(jìn)行發(fā)送。2x2 MIMO是指在下行鏈路中采用2個(gè)天線(xiàn)用于傳輸，手機中用2個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行接收。

這一技術(shù)進(jìn)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(shí)際應用中，僅可獲得帶寬的理論最大值的3dB以?xún)?。借?X2 MIMO技術(shù)，容量有望達到受香農定理限制的傳統3G網(wǎng)絡(luò )的兩倍。