前段时间在 MWCS 世界移动通信大会上,小枣君看到了一个有意思的概念 —— 鱼鳞组网。
今天,简单给大家介绍一下。
大家都知道,我们现在每天使用的移动通信,也叫做蜂窝通信。
上个世纪 30-40 年代,无线移动通信刚起步的时候,和无线广播电台一样,是在城市的最高处,建立一个无线通信塔,采用频率较低、功率较大的信号(波长较长,绕射能力好,覆盖距离远),进行广域覆盖。
这种方式,叫做“中心激励”。
后来,随着用户数的激增,这种覆盖方式的容量和性能不再满足要求。于是,1947 年,美国贝尔实验室率先提出了“蜂窝”的概念。
也就是说,通过无数个功率较小的基站,取代大型基站,实现信号的无缝覆盖。
与此同时,专家们还将每个基站进行了进一步划分,采用定向天线取代全向天线,从而提升覆盖性能。
专家们经过计算发现,3 个天线(每个天线覆盖 120°)的方式,性价比最高,效果最好,于是,就有了一个基站 3 个扇区的设计。
从下面的图可以看出,基站设在每个小区六边形的三个顶点上,每个基站采用三个定向天线,分别覆盖三个相邻小区的各三分之一的区域。
上面这种方式,被称为“顶点激励”方式。
“顶点激励”方式是我们目前手机移动通信网络的主要组网方式。因为看上去像蜂窝,所以,基站移动通信也叫蜂窝移动通信。
那么,什么是鱼鳞组网呢?
鱼鳞组网是中国移动面向“低空智联网”提出的一种新型组网方式。
现在国家在大力推进低空经济,通信行业这边新推出的“通感一体”技术,可以让基站具备“雷达”的能力,对无人飞行器的位置、高度、速度等进行感知探测。(详情可以看这里:链接)
中国移动把面向低空经济的通感一体试验网以及支撑平台等,打包成为“低空智联网”技术体系。鱼鳞组网,就是这个技术体系的内容之一。
鱼鳞组网和传统蜂窝组网有明显的区别,如下图所示:
大家可以看到,鱼鳞组网中,所有的基站扇区都朝向同一个方向,就像鱼的鳞片一样。
我们仔细对比两种组网,会发现:
1、传统的三扇区,变成了单扇区,且朝向一致。
2、鱼鳞扇区的单站覆盖距离,明显大于传统基站。
我们先说说距离问题。
覆盖距离之所以能增加,是因为 5G 通感一体基站的波形设计和传统 5G 基站有所不同。
在基站自发自收的工作模式下,5G 基站的 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)信号同时进行收和发,对隔离度要求较高。以目前的技术水平,发射功率不能太大(否则会对接收造成影响),所以,只能实现 300 米左右的近距离覆盖。
而雷达系统常用的 LFM(Linear Frequency Modulation)线性调频波形,发送和接收是不同时刻的。所以,没有隔离度的限制,发送功率可以更大,覆盖距离也就更远。
采用连续波 OFDM 和脉冲波 LFM 相结合的混合波形,就能结合两者的优势 —— 通过连续波 OFDM,覆盖近端,通过脉冲波 LFM,覆盖远端,整个系统的覆盖能力从百米提升至千米。
再来看看,为什么会从三扇区变成单扇区。
传统地面手机网络,之所以采用三扇区,是因为它可以灵活应对城区环境下建筑、树木等遮挡物较多的复杂环境,有利于尽可能消除覆盖盲区。合理采用频率空间复用技术,也可以高效利用频谱资源,增加网络的容量。
低空无人机会用到三张网络,分别是传统地面网(复用)、低空网(新建)、卫星网(补充、备份)。
在飞行的过程中,主要是用低空网。这个网是专门新建的,采用了通感一体基站,具备感知的能力,覆盖的高度范围也大。(通感一体基站经过特殊设计,垂直和左右张角会比传统 5G 基站更大。垂直张角从传统的 24° 提升到 60° 以上。覆盖高度从 100 米提升到 300 米。)
面向无遮挡物的低空空域进行覆盖,就需要更大面积的扇区,而且,组网简单一点,尽可能地减少无人机切换小区的频率。也节约成本。
鱼鳞组网,显然就具备这样的优点,适合空旷大区域的覆盖。
值得一提的是,新建的低空网和已有的地面网之间,会存在协同和干扰的问题。
传统手机在地面工作,因为各种遮挡物较多,所以和基站之间主要是非视距传输(NLOS),受到的周边邻区干扰比较小。
无人机飞在天上,虽然高度不高,但与基站之间的遮挡物少,主要是视距传输。这样的话,更容易受到周边邻区的下行干扰,也容易干扰周边邻区的上行。
解决这个问题,一方面需要低空网基站和地面网基站进行更多的协同调度,分配不同的频点,限制无人机在低空网和地面网之间切换,也减少同频干扰。(类似高铁专网)
另一方面,对无人机采用差异化功率控制,降低无人机的发射功率,避免对邻区造成干扰。
好了,以上就是关于鱼鳞组网的介绍。
随着低空经济的不断推进,国内各地的低空试验网络会越来越多。围绕低空网络的建设和优化,还有很多值得研究的地方,也可能孵化出更多的创新。
参考资料:《低空智联网技术体系白皮书(中国移动)》
本文来自微信公众号:微信公众号(ID:null),作者:小枣君