基站为什么要“上天”?

过去几十年来，移动通信技术从1G发展到5G ，建设的基站越来越多，网络覆盖越来越好，到今天，我们几乎可以随时随地拿起手机上网、刷视频。
但你有没有发现一个问题，不管是3G、4G还是5G ，提供的服务质量都不稳定，波动较大，导致手机网速有时快，有时慢，甚至有时候明明信号满格，网速也非常慢。

文章图片
具体而言，移动通信网络采用蜂窝式组网，将整个覆盖区域划分为多个呈六边形的小区，每个小区设置一个基站为本小区覆盖范围内的手机提供服务。这样一来，每个基站可以就近覆盖，手机可以和最近的小区之间进行通信。但在每个小区范围内，网络服务质量通常会随着手机与基站之间的距离加大而下降，造成用户体验相差较大，比如，小区近点、中点与小区边缘的网速相差很大。
这是什么原因导致的呢？有没有什么办法可以解决这个问题呢？
先让我们回到1G和2G语音通话时代。
1G网络采用模拟技术，通过频分复用的方式将带宽分配给不同的用户，不但网络容量低、保密性差，且网络极易受到干扰，当手机用户距离基站较远时，语音质量就会随之下降，从而导致每个小区的有效覆盖范围较小。
进入2G时代， GSM采用了数字技术，引入了低码率编码、更先进的纠错编码等技术，提升了系统容量、频谱利用率，以及系统抗干扰能力，大幅提升了用户通话质量，并使得小区的有效覆盖范围提升。

文章图片
如上图，在1G网络下，用户的语音质量会随着手机与基站的距离增大而不断下降；而在2G网络下，这一下降趋势更加平坦，意味着2G基站可以在更大范围内为用户提供高质量的语音通话。
同时，由于GSM组网采用频率复用的方式，相邻小区之间采用不同的频率来避免相互干扰，在GSM系统中，即使用户处于小区边缘，网络依然能保障不错的网络质量，让用户能享受到不错的语音通话体验。

文章图片
但进入3G/4G/5G数据时代，那些处于小区边缘的用户就不再那么幸运了。
进入3G时代，由于要支持数据业务，支持更大的带宽，为用户保障更高的上网速率， WCDMA系统采用了码分多址（CDMA）技术，全网所有小区使用相同的频率，从而不再需要频率复用规划，而是通过扰码规划来区分不同的小区和避免邻区干扰。
这意味着SINR（信号干扰噪声比）会随着手机与基站之间的距离增大而下降，小区边缘的SINR较低，导致用户在小区边缘体验到的网络速率远低于小区近点或中点。
不仅如此，由于WCMDA网络本身是一个自干扰系统，随着小区的用户数增加，网络业务量增多，网络干扰会增大，小区的有效覆盖范围会减小，这就是我们常说的小区呼吸效应，即小区覆盖范围随着用户数变化而变化。小区呼吸效应好比很多人在一间房里讲话，同时讲话的人越多，房间里的噪音越大，只能凑近才能听到对方的声音。
坦白而言，在3GWCDMA诞生的时候，尽管电信业经常高调的把码分多址宣传为新技术、新功能，但当网络建设完成后，运营商们才发现，这种新技术实际上让网络优化和服务保障工作非常头疼，也成为了移动通信技术发展到数据业务时代面临的主要挑战之一。
进入4G和5G时代，为了应对不断增长的数据业务需求，网络需要更大的带宽，所有小区依然使用相同的频带，尽管采用了OFDMA正交频分多址接入技术，小区内可通过子载波之间的正交性来避免用户之间的干扰，不再存在“呼吸效应” ，但在小区边缘仍然会受到来自相邻小区的干扰，因此，当用户处于小区边缘时，由于相邻小区的干扰，加之本身距离基站较远， SINR仍然会减小，导致小区边缘用户服务质量差、速率低的情况。