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隨著數(shù)據(jù)服務(wù)用戶數(shù)量的不斷增加和單位用戶流量的增加，全球市場上的無線數(shù)據(jù)流量正以指數(shù)級的趨勢不斷增加。由于其增大的容量、方便用戶的應(yīng)用程序、便利的互聯(lián)網(wǎng)接入、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的持續(xù)同步，及一些諸如視頻之類的應(yīng)用程序的高帶寬要求，智能手機(jī)加入到了日益增加的無線流量中。為應(yīng)對此數(shù)據(jù)流量暴增，無線運(yùn)營商正利用3G技術(shù)及其它更優(yōu)越的技術(shù)來增加網(wǎng)絡(luò)容量，但同時(shí)尖端的基礎(chǔ)構(gòu)架解決方案也可用于對容量進(jìn)行優(yōu)化�？芍貥�(gòu)波束的基站天線通過平衡負(fù)載、降低干擾和優(yōu)化覆蓋模式對容量需求的滿足起到了促進(jìn)作用。
您知道一部智能手機(jī)下載一個(gè)普通的2分鐘視頻需要的容量與同時(shí)發(fā)送50萬條文本信息的容量一樣嗎?而一個(gè)普通的Apple iPhone用戶每月大約生成500兆字節(jié)的數(shù)據(jù)流量，大約比任何其它智能手機(jī)類型(50兆)的用戶生成的數(shù)據(jù)流量多10倍?因此，無線運(yùn)營商面臨著確保其用戶能夠有足夠容量的挑戰(zhàn)，是不足為奇的。所有的行業(yè)報(bào)告都指向了寬帶無線網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)涌現(xiàn)的巨大數(shù)據(jù)流量。
然而，即使在試圖增加所需的網(wǎng)絡(luò)容量以應(yīng)對高通信量的同時(shí)，運(yùn)營商也面臨著維持低成本的重大壓力。增加容量所需的成本涉及以下兩個(gè)方面：部署的初始成本(CapEx)和所有權(quán)的總成本(OpEx)。這兩個(gè)方面都相當(dāng)?shù)闹匾�，因�(yàn)槌掷m(xù)的昂貴優(yōu)化可能在中長期內(nèi)引起較高的運(yùn)營開支。在許多基站，高昂的天線優(yōu)化站點(diǎn)訪問使得運(yùn)營成本都超出了初始的CapEx。無線服務(wù)提供商不得不提供額外的容量以支持需求，但應(yīng)在最少的總成本下，盡可能有效地進(jìn)行。
有效地應(yīng)對容量挑戰(zhàn)
通常當(dāng)面臨容量挑戰(zhàn)時(shí)，運(yùn)營商將簡單地加入更多的基站以超額建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。僅在業(yè)務(wù)區(qū)域加入更過站點(diǎn)或更多無線電基站以容納峰值流量，增加了非高峰時(shí)期效率低(例如，在晚上，當(dāng)人們都返回家中時(shí))的情況。這些網(wǎng)絡(luò)是靜止的，在一天的任何時(shí)候提供給各區(qū)域的容量都是相同的，折舊導(dǎo)致了昂貴的無線電基站容量的低效使用。用戶是移動(dòng)的，并且除非將用戶移動(dòng)納入考慮，否則容量與需求之間將不協(xié)調(diào)。
幸運(yùn)的是，用戶移動(dòng)并不是混亂無序的，而是可預(yù)測的。在工作周期間，絕大多數(shù)流量通常是在早上從各居住區(qū)向各商業(yè)區(qū)域移動(dòng)，然后在商業(yè)區(qū)停留一整天，最后傍晚或晚上時(shí)返回到居住區(qū)�？梢暂p易地從這轉(zhuǎn)換中捕獲到普通的流量模式，并產(chǎn)生新的無線電規(guī)劃;例如
· 針對上班時(shí)間的無線電規(guī)劃，白天集中在商業(yè)區(qū)域
· 針對上下班高峰時(shí)間的無線電規(guī)劃，覆蓋通勤者和工人
· 晚間或周末規(guī)劃針對于用戶在家時(shí)
· 各歸劃可以具有不同的網(wǎng)絡(luò)配置。
可重構(gòu)波束天線能夠?qū)Ω淖冎械牧髁磕Ｊ阶鰧?shí)時(shí)調(diào)整，可以通過下傾波束來動(dòng)態(tài)地跨一個(gè)基站的所有小區(qū)平衡負(fù)載容量，通過+/-30°來改變波束的水平方向角并且還可在35°到105°之間改變光束寬度。由于流量通常出現(xiàn)在各熱點(diǎn)區(qū)域，使得一些區(qū)域超負(fù)載因而拒絕新的呼叫，而鄰近的各區(qū)域仍未得到完全利用。由于可連續(xù)調(diào)整的波束通過三維成形，因而流量在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)得到更均勻地分布，進(jìn)而保證了容量的有效使用。這些三自由度也改變了天線的增益，意味著可重構(gòu)天線可以將其增益從帶有14dBi增益的105°天線改變到帶有18dBi增益的65°天線，或到20dBi增益的35°天線，從而有助于增加有高度干擾的區(qū)域的信噪比。
可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，因?yàn)楦呒壍目芍貥?gòu)波束天線可以通過網(wǎng)絡(luò)連接來進(jìn)行管理。這意味著站點(diǎn)訪問不再昂貴，并意味著有能力晝夜執(zhí)行不同的無線電規(guī)劃。超負(fù)載分區(qū)可以得到來自利用不足區(qū)域的援助，以便跨站點(diǎn)區(qū)域均勻分布流量�？梢酝七t或甚至可以避免更多無線電站或更多站點(diǎn)的加入，從而節(jié)省了CapEx并降低了對獲得更多信道的需要。而獲得更多信道是非常困難并昂貴的�？芍貥�(gòu)波束天線的獨(dú)特三自由度有助于降低敏感的3G和4G網(wǎng)絡(luò)中的干擾和提供最佳的可能覆蓋模式。
為獲得最佳性能而限制干擾
在所有無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，來自臨近區(qū)域的下行線路干擾和來自移動(dòng)裝置的上行線路干擾的抑制是一項(xiàng)至關(guān)重要的要求。但是相較于2G系統(tǒng)，3G和4G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如UMTS、WiMAX和LTE，對干擾更為敏感。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，干擾不僅對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，也對服務(wù)區(qū)域、容量和數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生巨大影響。更高的干擾實(shí)際上減小了3G和4G網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)區(qū)域，反之，降低干擾可增大服務(wù)區(qū)域。在規(guī)劃3G和4G網(wǎng)絡(luò)過程中的一大關(guān)鍵目標(biāo)在于優(yōu)化并降低干擾。
限制干擾能改進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)中的信噪比(SNR)——這是影響數(shù)據(jù)速率和容量，并最終影響服務(wù)質(zhì)量的一大關(guān)鍵參數(shù)。如果干擾未獲得良好補(bǔ)償，手機(jī)會(huì)增加其功率，以改進(jìn)上行線路信號，從而幫助此特定手機(jī)保持其連接。但是，為使手機(jī)在補(bǔ)償過程中增大其功率，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)和所有其它連接至該網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)遭受更高的噪聲干擾，更多干擾，更低SNR。這一連鎖反應(yīng)對無線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量、容量和數(shù)據(jù)速率，尤其是邊緣用戶存在顯著的聯(lián)合負(fù)面影響。
兩大因素對運(yùn)行低干擾無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要：初始干擾抑制和為保持此干擾抑制而進(jìn)行的持續(xù)優(yōu)化。可重構(gòu)天線在滿足這兩大因素要求方面具備其獨(dú)特的優(yōu)勢。
為提供更好服務(wù)重新配置波束
網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師試圖為限制初始干擾挑選出最優(yōu)質(zhì)天線，但是通常需要在具備水平波束寬度為65°或90°的天線之間做出妥協(xié)。90°天線的寬束十分適合用于區(qū)域內(nèi)的信號電平，并且具備非常低的小區(qū)之間的零點(diǎn)(約6dB)。但是90°天線的劣勢在于，由于其水平場圖滾降不如65°天線，導(dǎo)致產(chǎn)生更大的相鄰小區(qū)重疊(約90°重疊)。為減少區(qū)域重疊，65°天線由于能提供更好的滾降(也就是說干擾更少)而被廣泛使用。但是其在區(qū)域內(nèi)的覆蓋面不如90°天線廣闊，而且其小區(qū)之間的零點(diǎn)指標(biāo)也比不上90°天線。
較普通的90度水平波束天線來講，具有三自由度的可重構(gòu)波束天線采用多陣列結(jié)構(gòu)，能夠形成優(yōu)秀的場圖和水平場圖滾降特性。設(shè)置在90°水平波束寬度，可重構(gòu)定向天線實(shí)質(zhì)上結(jié)合了65°和90°天線的優(yōu)勢，形成一個(gè)優(yōu)良的場圖。它具備90°天線的廣泛覆蓋面和65°天線的滾降特性。即使靜態(tài)使用三向可重構(gòu)定向天線(即不進(jìn)行定期調(diào)整)，其結(jié)果仍然是產(chǎn)生更低的干擾、更廣闊的覆蓋面，SNR提升，更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和更高的數(shù)據(jù)速率。在結(jié)合垂直角下傾，只需幾分鐘即可無成本的調(diào)整好方位角和波束寬度。三方向可重構(gòu)波束天線是優(yōu)質(zhì)、高成本效益數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。
由于具備三自由度的可重構(gòu)波束天線正在設(shè)定一個(gè)新的RF規(guī)劃參數(shù)，這促使RF工程師可設(shè)計(jì)出帶有更少干擾和更優(yōu)信號性能的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。RF規(guī)劃人員可在各區(qū)域需要基礎(chǔ)上優(yōu)化各區(qū)域水平波束寬度。工程師不再需要滿足于固定的波束寬度。Andrew Solutions將其可重構(gòu)波束天線置于SmartBeam®品牌旗下投入市場，并提供網(wǎng)絡(luò)管理軟件和其它RF產(chǎn)品作為完整的解決方案。Andrew在過去10年里處于電子可變下傾技術(shù)的領(lǐng)先地位，但是我們十分興奮于可重構(gòu)波束天線能在網(wǎng)絡(luò)容量和性能上發(fā)揮的深刻影響。
數(shù)據(jù)流量不斷增加的狀況不會(huì)減緩或消失。帶三個(gè)自由度的可重構(gòu)基站天線是面對無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)的一種解決方式。這些天線具備遠(yuǎn)程調(diào)整電子下傾、方位角和水平波束寬度的能力，以便平衡各區(qū)域的負(fù)載。負(fù)載平衡提供最高的容量效率，并能通過延遲或避免增加新站點(diǎn)或無線電通信而減少資本支出�？芍貥�(gòu)天線也通過消除為達(dá)到最優(yōu)化進(jìn)行的站點(diǎn)訪問——這可在辦公室執(zhí)行，從而減少運(yùn)營成本。除了具備改進(jìn)的性能、更好的滾降和更佳的場圖，三方向可重構(gòu)天線也能產(chǎn)生即使在靜態(tài)條件下使用時(shí)更好的信噪比。這意味著更少的干擾，更廣泛的覆蓋區(qū)域和更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。
作者：安德魯公司基站天線系統(tǒng)的產(chǎn)品線經(jīng)理Holger Raeder
