基站为什么要“上天”?( 二 )

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【基站为什么要“上天”?】简而言之，进入数据业务时代，从3G发展到5G ，尽管蜂窝网络技术不断演进，解决了不断增长的网络流量需求，但它们存在一个共同的缺陷：网络服务质量的可变性太大，小区边缘速率与小区中心速率之间的差距太大，无法为每个用户保障一致性的体验。
而这一问题比2GGSM语音时代更加突出。
再来说说这个SINR ，如上所述， SINR指有用信号功率与干扰功率和噪声功率之和的比值，直接反映接收信号质量。从SINR的定义可知，导致其较差的因素主要有两个：一是干扰大，有时候我们发现手机信号满格，信号接收电平很高，但网速却非常低，这就是因为干扰大引起的；二是信号接收电平较低，也就是网络覆盖较差，比如在小区边缘，手机距离基站的距离较远，信号接收电平很低， SINR值也很小。通常，信号接收电平较高， SINR不一定好，因为存在干扰较大，也会导致SINR值较低；但如果信号接收电平很低， SINR必然也差。
那为什么用户在小区边缘时，信号接收电平就很低呢？主要是因为，建设在地面上的基站铁塔的高度最高只有几十米，铁塔上的天线向手机发射信号时会受到建筑物、树木等各种障碍物阻挡，无线电波经过反射、散射、绕射和透射后信号衰减极大，从而导致我们距离基站较远时（比如处于小区边缘），信号电平会快速下降，甚至有时候即使离基站较近，信号接收电平也很低。
好了，讲了这么多，我们终于回到正题上，如果把基站从地面搬到空中，能不能解决以上这些问题？
以目前多家运营商正在试验的HAPS（HighAltitudePlatformSystem ，高空平台）为例，其将基站设备安装在距离地面约20KM ，位于平流层的飞行平台上，以空对地的方式向地面的手机或物联网终端提供连接服务。
在这种方式下，无线信号在视距（LOS）环境下传播，除了室内覆盖场景仍需无线信号穿透建筑物，其他场景下的无线传播路径几乎不受障碍物阻挡，且每一台终端与空中基站的距离几乎一样，从而可更好的解决在地面基站环境下，终端距离基站越远，信号电平越低的问题。

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当然，问题来了，尽管空中基站与地面终端之间处于视距环境，信号传播损耗较小，但由于两者之间的距离在20KM以上，终端的发射功率和上行链路损耗是制约空中基站走进现实的短板。

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问题也是可以解决的，目前业界的做法是采用大口径、高增益的有源天线，通过获得约30dB的接收增益来提升上行链路能力。这个天线非常大， 2GHz频段下要获得有效的增益，直径达3米左右。
这种大规模有源天线也支持窄波束发射，其通过向地面发射多个窄波束（可达数百个），每个波束对应一个小区，通常每个小区的半径约1-2KM ，从而在地面形成一片由多个小区组成的连续覆盖区域。

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由于这些窄波束对干扰有良好的抑制能力，加之在空对地场景下每一台终端与空中基站的距离基本相等，这就可以更好的解决SINR随着终端与基站之间的距离加大而快速下降的问题，让地面上处于不同位置的终端都能获得良好的SINR ，为所有用户带来一致的网络体验。