【龍田百科】智能(néng)天線那些事(shì)兒
發(fā)布時間：2023-12-22
智能(néng)天線是指使用多個天線組成(chéng)天線陣列，通過(guò)智能(néng)算法計算出最佳的天線組合，使各天線發(fā)射的信号在信号接收端疊加增強，從而增加信号覆蓋距離，提高傳輸速率。智能(néng)天線可通過(guò)波束成(chéng)形和天線陣列兩(liǎng)種(zhǒng)技術實現，而將(jiāng)兩(liǎng)種(zhǒng)技術相結合，則能(néng)夠發(fā)揮兩(liǎng)種(zhǒng)技術的優勢，從而達到更好(hǎo)的效果。

爲什麼(me)需要智能(néng)天線

 
 
 01普通天線存在的問題
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Wi-Fi（WiFi）标準已演進(jìn)到了第6代的Wi-Fi 6（802.11ax），Wi-Fi 6在理論速率接近10Gbit/s，但在實際使用中，往往無法給用戶帶來超高的速率。這(zhè)是因爲在無線通信中，用戶最終體驗到的速率不僅僅由Wi-Fi标準決定，還(hái)受無線環境中的各種(zhǒng)幹擾和障礙物的影響。
爲了提升用戶最終的體驗速率，需要增加AP的覆蓋範圍來提高信号質量，并減少信号間的幹擾，而天線作爲無線通信的核心組件，決定了發(fā)射信号的波束，影響著(zhe)AP的覆蓋範圍。天線根據其在平面(miàn)上的方向(xiàng)性，分爲全向(xiàng)天線和定向(xiàng)天線。在實際的Wi-Fi 網絡環境中，定向(xiàng)天線主要用于高密和回傳場景，其他多數場景下AP都(dōu)使用普通全向(xiàng)天線。有3個較爲突出的難點需要解決：
  • 邊緣覆蓋：普通全向(xiàng)天線的增益有限，對(duì)于近距離用戶可以提供較好(hǎo)的體驗，對(duì)于中遠距離接近覆蓋邊緣的用戶則無法提供服務或者隻能(néng)提供較低速率的體驗。
  • 跨障礙物覆蓋：實際環境中不可能(néng)空無一物，往往存在諸如木闆、玻璃、牆體等材質的障礙物。當天線和用戶中間存在障礙物遮擋時，無線信号穿過(guò)障礙物會(huì)有不同程度衰減，導緻用戶體驗變差。
  • 高密場景覆蓋：在用戶分布密集的環境中，多用戶并發(fā)會(huì)導緻空間内的幹擾大大增加，即使Wi-Fi 5和Wi-Fi 6相繼引入了MU-MIMO和OFDMA等多用戶技術，但對(duì)接近覆蓋邊緣的用戶體驗提升并不明顯。

 

 02智能(néng)天線優勢
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
智能(néng)天線可以有效改善邊緣覆蓋、跨障礙物覆蓋、高密場景覆蓋中的用戶體驗。和普通天線對(duì)比，智能(néng)天線有如下優勢：
  • 覆蓋距離提升：相同位置的用戶信号強度增強，用戶體驗速率提升；相同信号強度要求下，可以使用更少的AP，節約客戶投資成(chéng)本。
  • 跨障礙物覆蓋體驗提升：可靈活調整天線組合，在障礙物方向(xiàng)上增強信号強度，經(jīng)過(guò)相同的衰減後(hòu)，用戶體驗速率提升；對(duì)于無法穿透的障礙物，可調整天線組合的方向(xiàng)，利用無線信号的反射、繞射等多徑方式繞過(guò)障礙物，能(néng)夠爲用戶提供服務。
  • 高密場景下降低幹擾影響：可根據用戶的位置調整信号波束的方向(xiàng)，降低不同方向(xiàng)用戶間的幹擾，從而提升用戶的體驗速率。
 
 

 

智能(néng)天線的工作模式

 
 
 
智能(néng)天線可通過(guò)波束成(chéng)形和天線陣列兩(liǎng)種(zhǒng)技術實現，兩(liǎng)種(zhǒng)技術都(dōu)是利用多天線的組合來改善發(fā)射信号的波束，從而改善無線用戶的體驗。而將(jiāng)兩(liǎng)種(zhǒng)技術相結合，則能(néng)夠同時發(fā)揮兩(liǎng)種(zhǒng)技術的優勢，從而達到更好(hǎo)的效果。

 

 01波束成(chéng)形技術
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
波束成(chéng)形（Beamforming）也稱爲TxBF，是將(jiāng)信号以一種(zhǒng)能(néng)量集中和定向(xiàng)方式發(fā)送給客戶端的技術，能(néng)全面(miàn)改善客戶端接收的信号質量，并提升吞吐量。波束成(chéng)形從Wi-Fi 4（802.11n）标準開(kāi)始支持，使用多根普通天線即可實現。
在多天線系統中，如果不同天線傳輸的信号在到達某一位置時存在兩(liǎng)條衰減相等的波束，且兩(liǎng)條波束相位相反，就(jiù)可能(néng)會(huì)出現信号能(néng)量零點。波束成(chéng)形技術可以通過(guò)預先補償天線發(fā)射信号的相位，讓兩(liǎng)條波束進(jìn)行相幹疊加 ，提升用戶的接收信号強度，以改善用戶體驗。
波束成(chéng)形提升用戶接受信号強度

 

 

 02天線陣列技術
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
天線陣列是一種(zhǒng)波束切換技術，由多個小天線組成(chéng)天線陣列。每個小天線由數個天線振子組成(chéng)，天線振子可以獨立開(kāi)關，從而讓小天線既可做全向(xiàng)天線，也可以做定向(xiàng)天線。小天線的組合方式與小天線本身的增益、極化方式、方向(xiàng)圖等都(dōu)有關系，所以小天線和其天線振子的數量決定了最終形成(chéng)的波束的數量。例如2.4G頻段共有 4 個天線，每個天線有4個振子，則共有16個振子，每個振子的狀态有開(kāi)和關兩(liǎng)種(zhǒng)，則共有 216種(zhǒng)天線組合。

天線陣列和振子

天線陣列通過(guò)智能(néng)算法能(néng)夠選擇不同的天線組合進(jìn)行信号的發(fā)射和接收，形成(chéng)不同的信号輻射方向(xiàng)，爲處于不同位置的用戶選出最佳的天線組合發(fā)射和接收信号，形成(chéng)波束，從而提升用戶的接收信号強度，以改善用戶體驗。

天線陣列通過(guò)智能(néng)算法切換波束

 

 03波束成(chéng)形和天線陣列組合
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
天線陣列可以實現多種(zhǒng)天線組合，遠多于普通天線的單一組合。華爲的智能(néng)天線算法先根據終端位置選擇出最佳的天線組合，再進(jìn)一步利用波束成(chéng)形技術對(duì)波束優化。這(zhè)種(zhǒng)組合比單獨使用天線陣列有更好(hǎo)的波束，比單獨使用波束成(chéng)形有更好(hǎo)的方向(xiàng)性，能(néng)夠進(jìn)一步增強用戶的接收信号強度，抑制幹擾，提升用戶速率體驗。
波束成(chéng)形和天線陣列組合效果
華爲AirEngine x760支持智能(néng)天線的室内AP，均支持智能(néng)天線。

智能(néng)天線應用

 
 
 
 01中遠距離覆蓋增強場景
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
在開(kāi)放的辦公區内，無障礙物遮擋，當用戶持終端遠離AP，距離AP較遠時，智能(néng)天線算法會(huì)根據終端的位置，選擇最合适的定向(xiàng)波束發(fā)送數據，取代全向(xiàng)波束。利用定向(xiàng)波束的高增益特性提升對(duì)中遠距離用戶的覆蓋能(néng)力，實現邊緣用戶的覆蓋強化。

中遠距離覆蓋增強場景

 
 02複雜無線環境跨障礙物場景
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
辦公區内存在玻璃隔斷、半隔斷等障礙物時，例如隔出的會(huì)議室，半遮擋的茶水間，智能(néng)天線也能(néng)提升AP的覆蓋效果。對(duì)于需要穿透牆體的場景，由于定向(xiàng)波束的高增益，從而具有明顯的穿透優勢；對(duì)于環境中存在無法穿越的障礙物遮擋，智能(néng)天線可以選擇其他定向(xiàng)波束進(jìn)行反射、繞射等多徑方式繞過(guò)障礙物，避免信号産生明顯的衰減。
 
 03多用戶并發(fā)的高密場景
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
在用戶分布較爲密集的辦公區，環境幹擾小時，可開(kāi)啓多用戶的并發(fā)傳輸（MU-MIMO ）來提升數據傳輸效率。而智能(néng)天線的定向(xiàng)波束選擇，通過(guò)將(jiāng)同方向(xiàng)的用戶聚合在一起(qǐ)采用相同定向(xiàng)波束傳輸，一方面(miàn)提升終端接收信号的強度，另一方面(miàn)減小不同方向(xiàng)終端數據之間的相互幹擾。

多用戶并發(fā)的高密場景

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