前段時間在 MWCS 世界移動通信大會上，小棗君看到了一個有意思的概念 —— 魚鱗組網。
今天，簡單給大家介紹一下。
大家都知道，我們現(xiàn)在每天使用的移動通信，也叫做蜂窩通信。
上個世紀 30-40 年代，無線移動通信剛起步的時候，和無線廣播電臺一樣，是在城市的最高處，建立一個無線通信塔，采用頻率較低、功率較大的信號（波長較長，繞射能力好，覆蓋距離遠），進行廣域覆蓋。
這種方式，叫做“中心激勵”。
后來，隨著用戶數(shù)的激增，這種覆蓋方式的容量和性能不再滿足要求。于是，1947 年，美國貝爾實驗室率先提出了“蜂窩”的概念。
也就是說，通過無數(shù)個功率較小的基站，取代大型基站，實現(xiàn)信號的無縫覆蓋。
與此同時，專家們還將每個基站進行了進一步劃分，采用定向天線取代全向天線，從而提升覆蓋性能。
專家們經過計算發(fā)現(xiàn)，3 個天線（每個天線覆蓋 120°）的方式，性價比最高，效果最好，于是，就有了一個基站 3 個扇區(qū)的設計。
從下面的圖可以看出，基站設在每個小區(qū)六邊形的三個頂點上，每個基站采用三個定向天線，分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各三分之一的區(qū)域。
上面這種方式，被稱為“頂點激勵”方式。
“頂點激勵”方式是我們目前手機移動通信網絡的主要組網方式。因為看上去像蜂窩，所以，基站移動通信也叫蜂窩移動通信。
那么，什么是魚鱗組網呢？
魚鱗組網是中國移動面向“低空智聯(lián)網”提出的一種新型組網方式。
現(xiàn)在國家在大力推進低空經濟，通信行業(yè)這邊新推出的“通感一體”技術，可以讓基站具備“雷達”的能力，對無人飛行器的位置、高度、速度等進行感知探測。（詳情可以看這里：鏈接）
中國移動把面向低空經濟的通感一體試驗網以及支撐平臺等，打包成為“低空智聯(lián)網”技術體系。魚鱗組網，就是這個技術體系的內容之一。
魚鱗組網和傳統(tǒng)蜂窩組網有明顯的區(qū)別，如下圖所示：
大家可以看到，魚鱗組網中，所有的基站扇區(qū)都朝向同一個方向，就像魚的鱗片一樣。
我們仔細對比兩種組網，會發(fā)現(xiàn)：
1、傳統(tǒng)的三扇區(qū)，變成了單扇區(qū)，且朝向一致。
2、魚鱗扇區(qū)的單站覆蓋距離，明顯大于傳統(tǒng)基站。
我們先說說距離問題。
覆蓋距離之所以能增加，是因為 5G 通感一體基站的波形設計和傳統(tǒng) 5G 基站有所不同。
在基站自發(fā)自收的工作模式下，5G 基站的 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）信號同時進行收和發(fā)，對隔離度要求較高。以目前的技術水平，發(fā)射功率不能太大（否則會對接收造成影響），所以，只能實現(xiàn) 300 米左右的近距離覆蓋。
而雷達系統(tǒng)常用的 LFM（Linear Frequency Modulation）線性調頻波形，發(fā)送和接收是不同時刻的。所以，沒有隔離度的限制，發(fā)送功率可以更大，覆蓋距離也就更遠。
采用連續(xù)波 OFDM 和脈沖波 LFM 相結合的混合波形，就能結合兩者的優(yōu)勢 —— 通過連續(xù)波 OFDM，覆蓋近端，通過脈沖波 LFM，覆蓋遠端，整個系統(tǒng)的覆蓋能力從百米提升至千米。
再來看看，為什么會從三扇區(qū)變成單扇區(qū)。
傳統(tǒng)地面手機網絡，之所以采用三扇區(qū)，是因為它可以靈活應對城區(qū)環(huán)境下建筑、樹木等遮擋物較多的復雜環(huán)境，有利于盡可能消除覆蓋盲區(qū)。合理采用頻率空間復用技術，也可以高效利用頻譜資源，增加網絡的容量。
低空無人機會用到三張網絡，分別是傳統(tǒng)地面網（復用）、低空網（新建）、衛(wèi)星網（補充、備份）。
在飛行的過程中，主要是用低空網。這個網是專門新建的，采用了通感一體基站，具備感知的能力，覆蓋的高度范圍也大。（通感一體基站經過特殊設計，垂直和左右張角會比傳統(tǒng) 5G 基站更大。垂直張角從傳統(tǒng)的 24° 提升到 60° 以上。覆蓋高度從 100 米提升到 300 米。）
面向無遮擋物的低空空域進行覆蓋，就需要更大面積的扇區(qū)，而且，組網簡單一點，盡可能地減少無人機切換小區(qū)的頻率。也節(jié)約成本。
魚鱗組網，顯然就具備這樣的優(yōu)點，適合空曠大區(qū)域的覆蓋。
值得一提的是，新建的低空網和已有的地面網之間，會存在協(xié)同和干擾的問題。
傳統(tǒng)手機在地面工作，因為各種遮擋物較多，所以和基站之間主要是非視距傳輸（NLOS），受到的周邊鄰區(qū)干擾比較小。
無人機飛在天上，雖然高度不高，但與基站之間的遮擋物少，主要是視距傳輸。這樣的話，更容易受到周邊鄰區(qū)的下行干擾，也容易干擾周邊鄰區(qū)的上行。
解決這個問題，一方面需要低空網基站和地面網基站進行更多的協(xié)同調度，分配不同的頻點，限制無人機在低空網和地面網之間切換，也減少同頻干擾。（類似高鐵專網）
另一方面，對無人機采用差異化功率控制，降低無人機的發(fā)射功率，避免對鄰區(qū)造成干擾。
好了，以上就是關于魚鱗組網的介紹。
隨著低空經濟的不斷推進，國內各地的低空試驗網絡會越來越多。圍繞低空網絡的建設和優(yōu)化，還有很多值得研究的地方，也可能孵化出更多的創(chuàng)新。
參考資料：《低空智聯(lián)網技術體系白皮書（中國移動）》
本文來自微信公眾號：微信公眾號（ID：null），作者：小棗君
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