什么是智能天線？

智能天線是指使用多個天線組成天線陣列，通過智能算法計算出最佳的天線組合，使各天線發(fā)射的信號在信號接收端疊加增強，從而增加信號覆蓋距離，提高傳輸速率。智能天線可通過波束成型和天線陣列兩種技術(shù)實現(xiàn)，而將兩種技術(shù)相結(jié)合，則能夠發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢，從而達到更好的效果。

為什么需要智能天線

（一）普通天線存在的問題

Wi-Fi（WiFi）標準已演進到了第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。這是因為在無線通信中，用戶最終體驗到的速率不僅僅由Wi-Fi標準決定，還受無線環(huán)境中的各種干擾和障礙物的影響，[天線的隔離度如何提高]。

為了提升用戶最終的體驗速率，需要增加AP的覆蓋范圍來提高信號質(zhì)量，并減少信號間的干擾，而天線作為無線通信的核心組件，決定了發(fā)射信號的波束，影響著AP的覆蓋范圍。天線根據(jù)其在平面上的方向性，分為全向天線和定向天線。在實際的Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，定向天線主要用于高密和回傳場景，其他多數(shù)場景下AP都使用普通全向天線。

有3個較為突出的難點需要解決：

· 邊緣覆蓋： 普通全向天線的增益有限，對于近距離用戶可以提供較好的體驗，對于中遠距離接近覆蓋邊緣的用戶則無法提供服務(wù)或者只能提供較低速率的體驗。

· 跨障礙物覆蓋： 實際環(huán)境中不可能空無一物，往往存在諸如木板、玻璃、墻體等材質(zhì)的障礙物。當天線和用戶中間存在障礙物遮擋時，無線信號穿過障礙物會有不同程度衰減，導(dǎo)致用戶體驗變差。

· 高密場景覆蓋： 在用戶分布密集的環(huán)境中，多用戶并發(fā)會導(dǎo)致空間內(nèi)的干擾大大增加，即使Wi-Fi 5和Wi-Fi 6相繼引入了MU-MIMO和OFDMA等多用戶技術(shù)，但對接近覆蓋邊緣的用戶體驗提升并不明顯。

（二）智能天線對比普通天線有哪些好處

智能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。和普通天線對比，智能天線有如下優(yōu)勢：

· 覆蓋距離提升： 相同位置的用戶信號強度增強，用戶體驗速率提升；相同信號強度要求下，可以使用更少的AP，節(jié)約客戶投資成本。

· 跨障礙物覆蓋體驗提升： 可靈活調(diào)整天線組合，在障礙物方向上增強信號強度，經(jīng)過相同的衰減后，用戶體驗速率提升；對于無法穿透的障礙物，可調(diào)整天線組合的方向，利用無線信號的反射、繞射等多徑方式繞過障礙物，能夠為用戶提供服務(wù)。

·高密 場景下降低干擾影響： 可根據(jù)用戶的位置調(diào)整信號波束的方向，降低不同方向用戶間的干擾，從而提升用戶的體驗速率。

智能天線的工作原理

智能天線可通過波束成型和天線陣列兩種技術(shù)實現(xiàn)，兩種技術(shù)都是利用多天線的組合來改善發(fā)射信號的波束，從而改善無線用戶的體驗。而將兩種技術(shù)相結(jié)合，則能夠同時發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢，從而達到更好的效果。

（一）波束成型技術(shù)

什么是波束賦形？

圖1 波束成型提升用戶接收信號強度

在多天線系統(tǒng)中，如果不同天線傳輸?shù)男盘栐诘竭_某一位置時存在兩條衰減相等的波束，且兩條波束相位相反，就可能會出現(xiàn)信號能量零點。波束成型技術(shù)可以通過預(yù)先補償天線發(fā)射信號的相位，讓兩條波束進行相干疊加，提升用戶的接收信號強度，以改善用戶體驗。

（二）天線陣列技術(shù)

什么是天線陣列？

圖2 天線陣列和振子

天線陣列是一種波束切換技術(shù)，由多個小天線組成天線陣列。每個小天線由數(shù)個天線振子組成，天線振子可以獨立開關(guān)，從而讓小天線既可做全向天線，也可以做定向天線。小天線的組合方式與小天線本身的增益、極化方式、方向圖等都有關(guān)系，所以小天線和其天線振子的數(shù)量決定了最終形成的波束的數(shù)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，每個振子的狀態(tài)有開和關(guān)兩種，則共有 2^16種天線組合。

（三）波束成型和天線陣列組合

圖3 波束成型和天線陣列組合效果

天線陣列可以實現(xiàn)多種天線組合，遠多于普通天線的單一組合。華為的智能天線算法先根據(jù)終端位置選擇出最佳的天線組合，再進一步利用波束成型技術(shù)對波束優(yōu)化。這種組合比單獨使用天線陣列有更好的波束，比單獨使用波束成型有更好的方向性，能夠進一步增強用戶的接收信號強度，抑制干擾，提升用戶速率體驗。

智能天線的應(yīng)用

· 中遠距離覆蓋增強場景 ： 在開放的辦公區(qū)內(nèi)，無障礙物遮擋，當用戶持終端遠離AP，距離AP較遠時，智能天線算法會根據(jù)終端的位置，選擇最合適的定向波束發(fā)送數(shù)據(jù)，取代全向波束。利用定向波束的高增益特性提升對中遠距離用戶的覆蓋能力，實現(xiàn)邊緣用戶的覆蓋強化。

圖4 中遠距離覆蓋增強場景

· 復(fù)雜無線環(huán)境跨障礙物場景 ： 在開放的辦公區(qū)內(nèi)，無障礙物遮擋，當用戶持終端遠離AP，距離AP較遠時，智能天線算法會根據(jù)終端的位置，選擇最合適的定向波束發(fā)送數(shù)據(jù)，取代全向波束。利用定向波束的高增益特性提升對中遠距離用戶的覆蓋能力，實現(xiàn)邊緣用戶的覆蓋強化。

圖5 復(fù)雜無線環(huán)境跨障礙物場景

· 多用戶并發(fā)的高密場景 ： 在用戶分布較為密集的辦公區(qū)，環(huán)境干擾小時，可開啟多用戶的并發(fā)傳輸（MU-MIMO ）來提升數(shù)據(jù)傳輸效率。而智能天線的定向波束選擇，通過將同方向的用戶聚合在一起采用相同定向波束傳輸，一方面提升終端接收信號的強度，另一方面減小不同方向終端數(shù)據(jù)之間的相互干擾。

圖6 多用戶并發(fā)的高密場景