應(yīng)對(duì)多頻、多模、多天線網(wǎng)絡(luò)的天線設(shè)計(jì)

好的無線網(wǎng)絡(luò)離不開好的天線，華為長(zhǎng)期投入天線與無線射頻技術(shù)的基礎(chǔ)研究，聚焦終端用戶的綜合業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升，幫助運(yùn)營(yíng)商從容應(yīng)對(duì)多模、多頻、多天線的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。

聚焦用戶綜合業(yè)務(wù)體驗(yàn)

天線電氣指標(biāo)不能完全決定網(wǎng)絡(luò)性能

智能終端的日漸普及推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向MBB網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)：?jiǎn)渭?、高質(zhì)、低流量的語音和短信轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝愋?、互?dòng)、大流量的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)流量模型發(fā)生巨大變化。與此同時(shí)，以Android/iOS為操作系統(tǒng)的手機(jī)、平板電腦等智能終端，也使得用戶的手持方式和使用習(xí)慣有了很大不同，單一的聽說變?yōu)槭种覆僮鳎ǘ帱c(diǎn)觸控）、語音識(shí)別（SIRI）。所有這些變化最終將會(huì)影響用戶的綜合體驗(yàn)，而作為無線通信的末端，負(fù)責(zé)收發(fā)無線信號(hào)的天線，對(duì)于決定用戶體驗(yàn)的整網(wǎng)的性能則起到了舉足輕重的作用。

無線通信的早期功能更多是集中于語音，對(duì)天線的要求相對(duì)簡(jiǎn)單，其設(shè)計(jì)時(shí)大多關(guān)注于幾項(xiàng)電氣性能指標(biāo)，而忽略其在大網(wǎng)中各指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。在MBB網(wǎng)絡(luò)下，特別在一個(gè)多頻段、多制式、自干擾/互干擾共存的大網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這幾項(xiàng)指標(biāo)就略顯不足。

例如：如果單純考慮天線的增益或前后比，而不考慮天線的波瓣形態(tài)，則天線在RSCP（Received Signal Code Power，接收信號(hào)碼功率）實(shí)測(cè)指標(biāo)上表現(xiàn)較強(qiáng)，體現(xiàn)為手機(jī)信號(hào)顯示也會(huì)更好。在單小區(qū)時(shí)，這種天線的性能指標(biāo)相對(duì)較高，但在一個(gè)較大的覆蓋區(qū)內(nèi)，這種天線卻會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)干擾上升，實(shí)際會(huì)使Ec/Io（信噪比）下降。體現(xiàn)就是用戶看到的信號(hào)不錯(cuò)，但實(shí)際下載速率反而下降了。

基于用戶體驗(yàn)的天線設(shè)計(jì)

目前華為網(wǎng)絡(luò)天線設(shè)計(jì)的核心理念之一，就是從MBB網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際模型出發(fā)，不僅考慮天線的電氣性能指標(biāo)，還基于網(wǎng)絡(luò)的整體性能去仿真與修正，使天線的各項(xiàng)指標(biāo)與整體網(wǎng)絡(luò)性能取得最佳平衡。

具體來講，即先統(tǒng)計(jì)MBB大網(wǎng)覆蓋下各小區(qū)的模型，并推導(dǎo)出最適合的天線波形，再由波形反向推導(dǎo)出天線的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)（包括經(jīng)典的參數(shù)指標(biāo)和3D波形圖）；接著通過實(shí)測(cè)來糾正偏差，最后將糾偏后的數(shù)據(jù)帶回網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行仿真，并重新整理出優(yōu)化參數(shù)再反向迭代回設(shè)計(jì)。如此反復(fù)（小閉環(huán)），最終保證天線計(jì)算結(jié)果能夠達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能、天線性能、成本的最佳結(jié)合。

這種閉環(huán)的設(shè)計(jì)思路"始于網(wǎng)絡(luò)性能，終于網(wǎng)絡(luò)性能"。而要做到這一步，首先是設(shè)計(jì)模型與真實(shí)模型必須精確匹配。依靠強(qiáng)大的研發(fā)和網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)能力，華為收集并綜合導(dǎo)入了大量的MBB無線模型，涵蓋多頻段、多制式、多場(chǎng)景等各種參數(shù)，能夠根據(jù)不同MBB業(yè)務(wù)模型網(wǎng)絡(luò)的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)仿真，得出最適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的天線方向圖形，再指導(dǎo)天線產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真并得出天線的設(shè)計(jì)形態(tài)，以確保天線設(shè)計(jì)原始參數(shù)匹配真實(shí)網(wǎng)絡(luò)。

任何理論上的設(shè)計(jì)和實(shí)際輸出結(jié)果間都可能存在一定差異，對(duì)于一個(gè)可見的產(chǎn)品可直接通過測(cè)量比較，而對(duì)于無形的電磁波信號(hào)，就必須利用特殊手段對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行跟蹤和驗(yàn)證。目前華為引入了全球最先進(jìn)的天線測(cè)試場(chǎng)——SG128測(cè)試場(chǎng)（該測(cè)試場(chǎng)通過CNAS認(rèn)證，可提供CNAS認(rèn)證報(bào)告），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線3D維度的高精度測(cè)量，并輸出3D方向圖文件。

實(shí)測(cè)結(jié)果見分曉

我們將使用網(wǎng)絡(luò)天線理念設(shè)計(jì)的的天線和傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行了實(shí)測(cè)對(duì)比。為了便于解釋和比較，圖1左側(cè)為其水平剖面圖，其中綠色背景是目標(biāo)小區(qū)覆蓋范圍，收到的信號(hào)應(yīng)該越強(qiáng)越好，綠色區(qū)域外則是對(duì)鄰區(qū)的干擾，應(yīng)該快速下降，并保證信號(hào)越弱則干擾越小；圖1右側(cè)為垂直剖面圖，同樣，綠色背景為主要覆蓋區(qū)域，信號(hào)應(yīng)該越強(qiáng)越好，而其它部分特別是綠色區(qū)域左邊部分，信號(hào)應(yīng)該越小越好，以降低對(duì)其它小區(qū)的干擾。

將上述網(wǎng)絡(luò)天線實(shí)際的波形圖放入大網(wǎng)，在一片連續(xù)區(qū)域上對(duì)綜合業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真，可以看出，大網(wǎng)環(huán)境下，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)天線理念閉環(huán)方式設(shè)計(jì)的天線，相比傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)的天線，在信號(hào)質(zhì)量和整網(wǎng)數(shù)據(jù)吞吐性能上都有明顯提升（圖2中，Ec/Io用于評(píng)估信號(hào)質(zhì)量，是信號(hào)強(qiáng)度和鄰區(qū)干擾的綜合考慮；HSDPA Throughput則是體現(xiàn)在HSDPA 業(yè)務(wù)上的平均吞吐率，是衡量網(wǎng)絡(luò)容量的重要指標(biāo)）。

應(yīng)對(duì)多頻、多模、多天線網(wǎng)絡(luò)

利舊站址帶來的新問題

傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可能只有一張900M的GSM網(wǎng)絡(luò)，用戶增加后，GSM1800被引入；隨著MBB的到來，運(yùn)行于2.1G的UMTS、2.6G頻率的LTE等技術(shù)也紛紛被引入。這種情況下，站址天面資源緊張、天線租金成本高企。在新選站址成為一個(gè)公認(rèn)難題的今天，利舊成為必然途徑，而利用舊站址新建天饋卻會(huì)帶來一系列問題。

新建天饋一般包括安裝鐵塔、抱桿、射頻饋線以及天線等，由于相當(dāng)多的成本為剛性，大部分運(yùn)營(yíng)商通過增加鐵塔的塔面或增加抱桿來實(shí)現(xiàn)共址及共塔安裝。但不少站點(diǎn)由于規(guī)劃初期沒有預(yù)期到多系統(tǒng)的天饋共站安裝，尤其是在鐵塔的建設(shè)中，目前還沒有規(guī)范、客觀評(píng)估確定是否適合增加塔面。即使可以增加塔面，新塔面高度也不一定適應(yīng)覆蓋區(qū)的要求。另外，射頻饋線的增加也給站點(diǎn)共享帶來一定的施工難度，如能否增加走線梯，雷擊保護(hù)是否能夠落實(shí)等等。因此天饋共享成為最重要的解決方案之一。

傳統(tǒng)的天饋共享不僅有成熟的技術(shù)方案，而且已有長(zhǎng)期的商業(yè)應(yīng)用，但帶來一個(gè)重要問題，就是不能簡(jiǎn)單地合并后發(fā)射，而必須在一根天線上解決好不同頻段間干擾和不同頻率信號(hào)獨(dú)立電下傾角調(diào)整問題。由于在不同頻段無線傳播的模型完全不同，在規(guī)劃和優(yōu)化時(shí)，必須根據(jù)不同的頻段進(jìn)行調(diào)整。例如，高頻段信號(hào)比低頻段信號(hào)傳播損耗大，在共鐵塔和天饋時(shí)，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃獨(dú)立地對(duì)不同頻段進(jìn)行電下傾角的調(diào)整，才能保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和性能。

從容應(yīng)對(duì)多頻使用場(chǎng)景

作為擁有15年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基站天線生產(chǎn)廠家，華為積累了大量的成熟經(jīng)驗(yàn)，目前已研發(fā)并推出了完整的網(wǎng)絡(luò)天線Single解決方案，其中包括雙頻、三頻和多頻合路器；支持4到6端口甚至更多到8、10端口的多端口天線以及各種制式下的外置濾波器等系列產(chǎn)品，保證了緊湊空間下天饋系統(tǒng)共享的實(shí)現(xiàn)，并已在包括全球范圍內(nèi)較早制定天饋共享規(guī)定的國(guó)家（如巴西、印度等）得到了批量應(yīng)用。

針對(duì)多頻天線干擾和獨(dú)立電傾角控制問題，例如CDMA850和GSM900，傳統(tǒng)的天饋多口解決方案是用外部合路器將不同頻段的系統(tǒng)合路在一起，然后將兩路射頻信號(hào)輸入一套能覆蓋790-960MHz的振子中去。這種方案很大程度上限制了各系統(tǒng)的獨(dú)立網(wǎng)優(yōu)，尤其是無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的下傾角調(diào)整，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)一張網(wǎng)優(yōu)化則另一張網(wǎng)會(huì)同步被影響。如果需要實(shí)現(xiàn)獨(dú)立下傾角的功能就要利用兩套振子，實(shí)際變成物理上集成的兩根天線，這樣天線面積將會(huì)是原來的兩倍大，天面租金可能倍增，并且安裝、防風(fēng)等特性都會(huì)變差。

針對(duì)該設(shè)計(jì)缺陷，華為的網(wǎng)絡(luò)天線Single解決方案在天線內(nèi)部采用振子復(fù)用技術(shù)，同樣的一套790-960MHz的振子，可復(fù)用到790-862和880-960MHz兩個(gè)子頻段中去，且兩個(gè)子頻段都能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的下傾角調(diào)整，有效解決了多頻不同制式網(wǎng)絡(luò)的天饋擴(kuò)容問題，又可以將天線做得盡可能小。從外觀看來，多頻天線仍然可以保持和原有天線一樣的外觀。

好的無線網(wǎng)絡(luò)離不開好的天線，華為長(zhǎng)期投入天線與無線射頻技術(shù)的基礎(chǔ)研究，將始終在MBB時(shí)代助力運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造高性能、低OPEX的網(wǎng)絡(luò)。