到底什么是魚鱗組網(wǎng)？

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(wǎng)。

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(jì)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(yuǎn)），進(jìn)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(jìn)行了進(jìn)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(jīng)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(shè)計。

從下面的圖可以看出，基站設(shè)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(wǎng)絡(luò)的主要組網(wǎng)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(wǎng)呢？

魚鱗組網(wǎng)是中國移動面向“低空智聯(lián)網(wǎng)”提出的一種新型組網(wǎng)方式。

現(xiàn)在國家在大力推進(jìn)低空經(jīng)濟(jì)，通信行業(yè)這邊新推出的“通感一體”技術(shù)，可以讓基站具備“雷達(dá)”的能力，對無人飛行器的位置、高度、速度等進(jìn)行感知探測。（詳情可以看這里：鏈接）

中國移動把面向低空經(jīng)濟(jì)的通感一體試驗網(wǎng)以及支撐平臺等，打包成為“低空智聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)體系。魚鱗組網(wǎng)，就是這個技術(shù)體系的內(nèi)容之一。

魚鱗組網(wǎng)和傳統(tǒng)蜂窩組網(wǎng)有明顯的區(qū)別，如下圖所示：

大家可以看到，魚鱗組網(wǎng)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(xì)對比兩種組網(wǎng)，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(shè)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(fù)用）信號同時進(jìn)行收和發(fā)，對隔離度要求較高。以目前的技術(shù)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(dá)系統(tǒng)常用的LFM（Linear Frequency Modulation）線性調(diào)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(yuǎn)。

采用連續(xù)波OFDM和脈沖波LFM相結(jié)合的混合波形，就能結(jié)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(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)，之所以采用三扇區(qū)，是因為它可以靈活應(yīng)對城區(qū)環(huán)境下建筑、樹木等遮擋物較多的復(fù)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(fù)用技術(shù)，也可以高效利用頻譜資源，增加網(wǎng)絡(luò)的容量。

蜂窩組網(wǎng)，適合地面移動通信

低空無人機會用到三張網(wǎng)絡(luò)，分別是傳統(tǒng)地面網(wǎng)（復(fù)用）、低空網(wǎng)（新建）、衛(wèi)星網(wǎng)（補充、備份）。

在飛行的過程中，主要是用低空網(wǎng)。這個網(wǎng)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(jīng)過特殊設(shè)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(jìn)行覆蓋，就需要更大面積的扇區(qū)，而且，組網(wǎng)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(wǎng)，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(wǎng)和已有的地面網(wǎng)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(wǎng)基站和地面網(wǎng)基站進(jìn)行更多的協(xié)同調(diào)度，分配不同的頻點，限制無人機在低空網(wǎng)和地面網(wǎng)之間切換，也減少同頻干擾。（類似高鐵專網(wǎng)）

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(guān)于魚鱗組網(wǎng)的介紹。

隨著低空經(jīng)濟(jì)的不斷推進(jìn)，國內(nèi)各地的低空試驗網(wǎng)絡(luò)會越來越多。圍繞低空網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)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(wǎng)技術(shù)體系白皮書（中國移動）》