我們接之前的文章,上一文章,我們總結(jié)了天線基本組成和相關(guān)的概念,而天線的方向圖以半波振子全向天線的形式為大家說明,但是現(xiàn)實(shí)情況,我們采用的是定向天線,為什么呢? 難道全向不好嗎,360度全覆蓋,多好??!為什么,我們還得認(rèn)識(shí)一下,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)蜂窩長(zhǎng)啥樣?我們來看看,我們可愛的蜜蜂家長(zhǎng)什么家,如下圖1如示:一個(gè)個(gè)六邊形組成,暫且不論,為啥是六邊形。
圖1 蜂巢,蜂巢內(nèi)的蜜蜂
問題就來了,我們移動(dòng)通信的基站,跟八竿子打不到一塊的蜜蜂有什么關(guān)系嗎?
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為什么叫蜂窩網(wǎng)絡(luò)?
我們通過上章節(jié),我們知道,我們無線電波通過天線的半波振子向四周發(fā)射信號(hào),覆蓋的區(qū)域是一個(gè)圓形。由于各個(gè)區(qū)域彼此相連,用圓形小區(qū)進(jìn)行排列,必然會(huì)產(chǎn)生較大的空隙和重疊,當(dāng)手機(jī)進(jìn)入空隙地區(qū)(又叫盲區(qū))時(shí),手機(jī)將收不到信號(hào);當(dāng)手機(jī)進(jìn)入重疊地區(qū),信號(hào)又會(huì)相互干擾,手機(jī)無法使用,如圖2 。
如圖2 以圓小區(qū)進(jìn)行排列的覆蓋圖
無線通信系統(tǒng)里面每個(gè)基站的覆蓋范圍都是有限的,為了實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋,需要的是一張無縫的網(wǎng)絡(luò),通過幾何計(jì)算發(fā)現(xiàn),對(duì)于同一種圖形而言,在正多邊形中只有正三角形、正方形、正六邊形可以把平面鋪滿。而這三種圖形中正六邊形最接近于圓形,即同樣的面積,正六邊形的周長(zhǎng)最小,而且又可以把平面無重疊無縫隙地鋪滿。所以,蜜蜂選擇正六棱柱體,既能保證用料最省,又能保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定堅(jiān)固。
圖3 六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)
如上圖3,多個(gè)信號(hào)發(fā)射,所形成的多個(gè)圓,當(dāng)都有一個(gè)個(gè)重疊區(qū)時(shí),相交結(jié)點(diǎn)連接起來,就是一個(gè)個(gè)六邊形,相交的兩個(gè)頂點(diǎn),相連直線,就是兩個(gè)信號(hào)邊界,邊界是需要相領(lǐng)的兩個(gè)信號(hào)源共同管理,那誰管多誰管少,就是我們移動(dòng)通信相關(guān)的重選、切換等問題。同樣的,正六邊形的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋。
所以我們建無線覆蓋的網(wǎng)絡(luò)與蜜蜂建巢穴的訴求是一樣的,都是希望分界線越少越好的,即用最少的邊界實(shí)現(xiàn)最大的覆蓋,所以無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),叫做蜂窩網(wǎng)絡(luò),理想的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖4。
圖4 理想的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
無線網(wǎng)絡(luò)中,關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在可用頻譜內(nèi)提供盡可能多的容量。為了實(shí)現(xiàn)這一 設(shè)計(jì)目標(biāo),工程師們正努力實(shí)現(xiàn)更緊密的頻率復(fù)用和更寬闊的信道部署。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)六邊形就是一個(gè)小區(qū),蜂窩結(jié)構(gòu)中每一個(gè)小區(qū)同相鄰的6個(gè)小區(qū),都非常的近,并且基站會(huì)同時(shí)發(fā)射,因此會(huì)在下行鏈路上生成更高的噪聲電平(來自基站方向或從基站到手機(jī)方向)。
下行鏈路上手機(jī)天線的更高噪聲電平會(huì)觸發(fā)手機(jī),使其增加其輸出功率以克服更高的噪聲電平。
回過頭來,這又會(huì)導(dǎo)致上行鏈路上基站天線(從手機(jī)到基站的方向)更高的噪聲電平?;咎炀€的更高噪聲電平會(huì)使得蜂窩基站的容量低。
全向天線,讓相同頻率碰撞的機(jī)率增加了6倍,使網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部干擾更加強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃更加難。
而定向天線,把原來360的全方向,分成3等,每一個(gè)方向120度,相當(dāng)于,定向的主覆蓋方向,只會(huì)原來六邊中的兩個(gè)邊有強(qiáng)相關(guān),這就大大的減少的干擾系數(shù)。
以上就是選用定向天線的原因一。
另二個(gè)原因,是建網(wǎng)成本的考慮。
我們知道,每一個(gè)小區(qū),我們都需要一套設(shè)備,如果每一個(gè)小區(qū),都需要一整套的基站設(shè)備,包括機(jī)房、電源、主設(shè)備、天饋、天線,那這個(gè)建網(wǎng)的成本,誰都受不了。
圖5 基站的組成
因此,怎么才能省錢呢?
這里有這兩種方案,可以探討下:
方案1:每個(gè)小區(qū)的中心位置建設(shè)站點(diǎn)、裝1套通信設(shè)備、覆蓋該小區(qū),即每套設(shè)備覆蓋360度(一圈),就是如上說到的要整套基站設(shè)備的方案。
方案2:每3個(gè)小區(qū)放一起,在3個(gè)小區(qū)的頂點(diǎn)處建設(shè)站點(diǎn)、裝3套通信設(shè)備、每套設(shè)備覆蓋一個(gè)小區(qū),即每個(gè)設(shè)備覆蓋120度(1/3圈),定向覆蓋。
建網(wǎng)方案
從建的站點(diǎn)數(shù)量上,毫無懸念,方案2是最節(jié)省投資的,同時(shí),也是最有益于網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用的方案。
因此,定向天線,在覆蓋密集的場(chǎng)景下,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋更益。
小結(jié)1)為什蜂窩網(wǎng)絡(luò)和蜂巢都是六邊形?
因?yàn)榱呅文茏尫涑沧钍〔牧?,讓移?dòng)網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋,六邊形是最優(yōu)的。
2)為啥要用定向天線
利于頻率復(fù)用減少干擾,節(jié)省投資
點(diǎn)滴學(xué)習(xí)總結(jié),歡迎指正,歡迎評(píng)論,歡迎點(diǎn)贊,歡迎關(guān)注
上一期文章:移動(dòng)基站之天饋系統(tǒng),認(rèn)識(shí)啥是天線