高阶扇区化：6扇区的实现方案

通过在基站处使用多个天线来提高性能的一种方法是使用高阶扇区化。高阶扇区化尤其适用于宏蜂窝设备，因为这些设备的天线是安装在屋顶上的。大多数LTE宏蜂窝在进行性能评估时，通常采用3扇区站点，即在每个站点上使用3副独立的平板天线，每副天线的3dB波瓣宽度为65°或70°。因此，第一步是通过简单使用6副波瓣宽度为35°的平板天线，将每个站点的扇区数量提高到6个。它提供了一种用于提高站点（具有较高数据流量）网络容量的简单方法。6扇区天线也可采用3个平板天线和数字固定波束形成技术来实现。

6扇区与3扇区对性能的改善程度可以通过系统仿真的方法来评估，我们可以构建一个站间距为500m的典型宏蜂窝环境，即与带宽为10MHz的3GPPLTE宏蜂窝1类地区相似。需要考虑如下4种情况：

1）所有站点都包含3个扇区，天线波瓣宽度为70°；

2）所有站点都包含6个扇区，天线波瓣宽度为35°；

3）只有一个中心站点包含6个扇区，而其他站点都包含3个扇区（用模式1来表示）；

4）一簇站点包含6个扇区，而其他所有站点都包含3个扇区（用模式2来表示）。

图9-20分析了上述4种情况下的系统性能结果，给出了每个站点的平均吞吐量。得出这些结果的假设条件是：采用一个简单的全缓冲流量模型，终端具有2副天线，采用标准的正比公平时域-频域分组调度。通过将每个站点的扇区数量由3个提高到6个，能够大大提高性能增益：站点容量可以提高88%。如果仅将一个站点的扇区数量增加到6个（模式1），则与使用3扇区的站点相比，该特定站点的容量将会增加98%。后一项结果表明将站点进行高阶扇区化可能是一种解决潜在容量瓶颈问题的方案，容量瓶颈通常出现在特定的热点地区。假定每个站点的用户数量是相同的，无论使用3个扇区还是6个扇区，用户体验的吞吐量都会得到类似的改善。但是，使用高阶扇区化技术无法提高用户峰值吞吐量，这与使用MIMO方案的情况相同。参考文献[9]对WCDMA网络中使用6个扇区与3个扇区的容量增益进行了研究。仿真的容量值考虑的是下行链路方向。预计上行链路的仿真容量与其类似。(www.xing528.com)

图9-20 采用不同扇区化配置时，每个宏蜂窝站点的平均吞吐量^[8]（版权所有，IEEE，2008年）

图9-21也对在使用6扇区天线时波瓣宽度的影响进行了研究，并给出了相关结果。提供这些结果的动机是即使最初波瓣宽度为35°，但由于无线信道存在着角散射^[10]，因而天线有效波瓣宽度还是比较大的。对于典型的城区宏蜂窝来说，角散射的变化范围为5°～10°。仿真结果表明，与35°天线波瓣宽度对应的站点平均吞吐量相比，天线波瓣宽度为40°的站点平均吞吐量要低1%，天线波瓣宽度为45°的站点平均吞吐量要低4%。

图9-21 在不同的6扇区部署情况下，角度扩展（Azimuth Spread，AS）程度不同时的站点吞吐量比较（版权所有，IEEE，2008年）

6扇区部署也可以拓展网络的覆盖范围，因为在波瓣宽度为70°的3扇区配置中，天线增益典型值为18dBi，而在波瓣宽度为35°的6扇区配置中，天线增益增加到21dBi。