天線和扇區(qū)劃分

如今，對(duì)于更好的信號(hào)強(qiáng)度以及更快的下載速度的需求，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧Ｎ覀円恢痹趯ふ夷芴岣呤謾C(jī)或電腦Wi-Fi連接信號(hào)強(qiáng)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(hào)接收能力以便通信，而良好的信號(hào)接收能力又取決于天線和足夠的網(wǎng)絡(luò)容量。有時(shí)雖然信號(hào)接收能力不錯(cuò)，但下載仍舊緩慢，通話掉線，則是由于網(wǎng)絡(luò)容量有限，以及/或者干擾強(qiáng)度較大導(dǎo)致。解決網(wǎng)絡(luò)容量問題的一個(gè)方法就是采用扇區(qū)劃分技術(shù)。天線以及扇區(qū)劃分對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化而言，具有至關(guān)重要的意義。

天線

首先讓我們從天線的基本知識(shí)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(tǒng)最關(guān)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(jī)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(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(xiàn)在蜂窩的復(fù)用原理上。蜂窩復(fù)用是通過對(duì)特定蜂窩的運(yùn)行中的單個(gè)頻率的“復(fù)用”或再次分配，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量的一種方法。

若要讓這一過程發(fā)生作用，需要對(duì)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(jù)服務(wù)區(qū)域密度的不同，六邊形蜂窩既可以輻射方圓數(shù)英里，也可以僅覆蓋幾百英尺。
蜂窩的形狀及其配合方式

扇區(qū)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(qū)形狀劃分，可實(shí)現(xiàn)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(biāo)。這一指標(biāo)定義了蜂窩之間以及組成蜂窩的扇區(qū)之間的能量重疊；通常被稱為扇區(qū)功率比，是指由天線輻射圖形成的期望覆蓋區(qū)域外信號(hào)功率與區(qū)域內(nèi)的信號(hào)功率之比（圖2）。扇區(qū)功率比越低，天線的抗干擾性能越好。

扇區(qū)功率比

在具體實(shí)踐中，尤其是蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，扇區(qū)功率比越高，則意味著毗鄰覆蓋區(qū)域的天線間干擾也越強(qiáng)。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)信號(hào)發(fā)生重疊時(shí)，會(huì)造成干擾增強(qiáng)，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(jī)會(huì)發(fā)生掉線。為防止此類問題的發(fā)生，蜂窩網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行精確的扇區(qū)劃分規(guī)劃。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)的概念要求反復(fù)不斷地使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的頻率或代碼，以支持海量的語音和數(shù)據(jù)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(yùn)營商采用了扇區(qū)劃分技術(shù)。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(qū)劃分來抑制干擾，不但可縮短復(fù)用頻率資源小區(qū)的距離，而且可以提高頻譜效率，擴(kuò)大容量，提升網(wǎng)絡(luò)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(huì)縮小每個(gè)蜂窩的覆蓋區(qū)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(huì)把天線置于建筑或樹木等周圍障礙物之下，因此結(jié)果通常不太理想。由于目前大多數(shù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(fā)生干擾的區(qū)域。

最簡(jiǎn)單的波束傾斜方法是，通過利用大多數(shù)天線供應(yīng)商均提供的調(diào)整支架，對(duì)整個(gè)扇形天線進(jìn)行機(jī)械傾斜。但是，這種方法有一個(gè)主要缺點(diǎn)，即無法保證整個(gè)扇區(qū)內(nèi)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(xiàn)不均衡。這種現(xiàn)象可以用一個(gè)可量化術(shù)語表示，即“方向圖變形（pattern blooming）”。
先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)通常采用更加巧妙的辦法，即通過電子下傾實(shí)現(xiàn)扇區(qū)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(shí)現(xiàn)波束傾斜。這樣便可實(shí)現(xiàn)波瓣的360度均衡傾斜，保持蜂窩覆蓋范圍縮小的一致性。對(duì)于電下傾天線來說，無論傾斜量如何，均不會(huì)導(dǎo)致方向圖變形現(xiàn)象的增加。