MBB时代的网络天线设计

好的无线网络离不开好的天线，华为长期投入天线与无线射频技术的基础研究，聚焦终端用户的综合业务体验提升，帮助运营商从容应对多模、多频、多天线的网络建设需求。

聚焦用户综合业务体验

天线电气指标不能完全决定网络性能

智能终端的日渐普及推动移动网络向MBB网络演进：单纯、高质、低流量的语音和短信转变为多类型、互动、大流量的高速数据业务，网络流量模型发生巨大变化。与此同时，以Android/iOS为操作系统的手机、平板电脑等智能终端，也使得用户的手持方式和使用习惯有了很大不同，单一的听说变为手指操作（多点触控）、语音识别（SIRI）。所有这些变化最终将会影响用户的综合体验，而作为无线通信的末端，负责收发无线信号的天线，对于决定用户体验的整网的性能则起到了举足轻重的作用。

无线通信的早期功能更多是集中于语音，对天线的要求相对简单，其设计时大多关注于几项电气性能指标，而忽略其在大网中各指标对网络的影响。在MBB网络下，特别在一个多频段、多制式、自干扰/互干扰共存的大网络环境下，这几项指标就略显不足。

例如：如果单纯考虑天线的增益或前后比，而不考虑天线的波瓣形态，则天线在RSCP（Received Signal Code Power，接收信号码功率）实测指标上表现较强，体现为手机信号显示也会更好。在单小区时，这种天线的性能指标相对较高，但在一个较大的覆盖区内，这种天线却会导致整个网络干扰上升，实际会使Ec/Io（信噪比）下降。体现就是用户看到的信号不错，但实际下载速率反而下降了。

基于用户体验的天线设计

目前华为网络天线设计的核心理念之一，就是从MBB网络的实际模型出发，不仅考虑天线的电气性能指标，还基于网络的整体性能去仿真与修正，使天线的各项指标与整体网络性能取得最佳平衡。

具体来讲，即先统计MBB大网覆盖下各小区的模型，并推导出最适合的天线波形，再由波形反向推导出天线的各项设计指标（包括经典的参数指标和3D波形图）；接着通过实测来纠正偏差，最后将纠偏后的数据带回网络中进行仿真，并重新整理出优化参数再反向迭代回设计。如此反复（小闭环），最终保证天线计算结果能够达到网络性能、天线性能、成本的最佳结合。

这种闭环的设计思路"始于网络性能，终于网络性能"。而要做到这一步，首先是设计模型与真实模型必须精确匹配。依靠强大的研发和网规网优能力，华为收集并综合导入了大量的MBB无线模型，涵盖多频段、多制式、多场景等各种参数，能够根据不同MBB业务模型网络的综合数据进行全网仿真，得出最适合网络应用的天线方向图形，再指导天线产品设计仿真并得出天线的设计形态，以确保天线设计原始参数匹配真实网络。

任何理论上的设计和实际输出结果间都可能存在一定差异，对于一个可见的产品可直接通过测量比较，而对于无形的电磁波信号，就必须利用特殊手段对设计结果进行跟踪和验证。目前华为引入了全球最先进的天线测试场——SG128测试场（该测试场通过CNAS认证，可提供CNAS认证报告），可以实现对天线3D维度的高精度测量，并输出3D方向图文件。

实测结果见分晓

我们将使用网络天线理念设计的的天线和传统方式设计的天线进行了实测对比。为了便于解释和比较，图1左侧为其水平剖面图，其中绿色背景是目标小区覆盖范围，收到的信号应该越强越好，绿色区域外则是对邻区的干扰，应该快速下降，并保证信号越弱则干扰越小；图1右侧为垂直剖面图，同样，绿色背景为主要覆盖区域，信号应该越强越好，而其它部分特别是绿色区域左边部分，信号应该越小越好，以降低对其它小区的干扰。

将上述网络天线实际的波形图放入大网，在一片连续区域上对综合业务进行仿真，可以看出，大网环境下，经过网络天线理念闭环方式设计的天线，相比传统方式设计的天线，在信号质量和整网数据吞吐性能上都有明显提升（图2中，Ec/Io用于评估信号质量，是信号强度和邻区干扰的综合考虑；HSDPA Throughput则是体现在HSDPA 业务上的平均吞吐率，是衡量网络容量的重要指标）。

应对多频、多模、多天线网络

利旧站址带来的新问题

传统运营商可能只有一张900M的GSM网络，用户增加后，GSM1800被引入；随着MBB的到来，运行于2.1G的UMTS、2.6G频率的LTE等技术也纷纷被引入。这种情况下，站址天面资源紧张、天线租金成本高企。在新选站址成为一个公认难题的今天，利旧成为必然途径，而利用旧站址新建天馈却会带来一系列问题。

新建天馈一般包括安装铁塔、抱杆、射频馈线以及天线等，由于相当多的成本为刚性，大部分运营商通过增加铁塔的塔面或增加抱杆来实现共址及共塔安装。但不少站点由于规划初期没有预期到多系统的天馈共站安装，尤其是在铁塔的建设中，目前还没有规范、客观评估确定是否适合增加塔面。即使可以增加塔面，新塔面高度也不一定适应覆盖区的要求。另外，射频馈线的增加也给站点共享带来一定的施工难度，如能否增加走线梯，雷击保护是否能够落实等等。因此天馈共享成为最重要的解决方案之一。

传统的天馈共享不仅有成熟的技术方案，而且已有长期的商业应用，但带来一个重要问题，就是不能简单地合并后发射，而必须在一根天线上解决好不同频段间干扰和不同频率信号独立电下倾角调整问题。由于在不同频段无线传播的模型完全不同，在规划和优化时，必须根据不同的频段进行调整。例如，高频段信号比低频段信号传播损耗大，在共铁塔和天馈时，必须根据网络规划独立地对不同频段进行电下倾角的调整，才能保证网络的覆盖和性能。

从容应对多频使用场景

作为拥有15年设计经验的基站天线生产厂家，华为积累了大量的成熟经验，目前已研发并推出了完整的网络天线Single解决方案，其中包括双频、三频和多频合路器；支持4到6端口甚至更多到8、10端口的多端口天线以及各种制式下的外置滤波器等系列产品，保证了紧凑空间下天馈系统共享的实现，并已在包括全球范围内较早制定天馈共享规定的国家（如巴西、印度等）得到了批量应用。

针对多频天线干扰和独立电倾角控制问题，例如CDMA850和GSM900，传统的天馈多口解决方案是用外部合路器将不同频段的系统合路在一起，然后将两路射频信号输入一套能覆盖790-960MHz的振子中去。这种方案很大程度上限制了各系统的独立网优，尤其是无法实现独立的下倾角调整，在网络优化时一张网优化则另一张网会同步被影响。如果需要实现独立下倾角的功能就要利用两套振子，实际变成物理上集成的两根天线，这样天线面积将会是原来的两倍大，天面租金可能倍增，并且安装、防风等特性都会变差。

针对该设计缺陷，华为的网络天线Single解决方案在天线内部采用振子复用技术，同样的一套790-960MHz的振子，可复用到790-862和880-960MHz两个子频段中去，且两个子频段都能实现独立的下倾角调整，有效解决了多频不同制式网络的天馈扩容问题，又可以将天线做得尽可能小。从外观看来，多频天线仍然可以保持和原有天线一样的外观。

好的无线网络离不开好的天线，华为长期投入天线与无线射频技术的基础研究，将始终在MBB时代助力运营商创造高性能、低OPEX的网络。

相关链接：CNAS（China National Accreditation Service for Conformity Assessment），是根据《中华人民共和国认证认可条例》的规定，由国家认证认可监督管理委员会批准设立并授权的国家机构，统一负责对认证机构、实验室和检查机构等相关机构的认可工作。获得CNAS授权的实验室，有权对任意厂家的天线产品提供权威检测报告。