什么是智能天線？

智能天線是指使用多個天線組成天線陣列，通過智能算法計算出最佳的天線組合，使各天線發射的信號在信號接收端疊加增強，從而增加信號覆蓋距離，提高傳輸速率。智能天線可通過波束成型和天線陣列兩種技術實現，而將兩種技術相結合，則能夠發揮兩種技術的優勢，從而達到更好的效果。

為什么需要智能天線

（一）普通天線存在的問題

Wi-Fi（WiFi）標準已演進到了第6代的Wi-Fi 6（802.11ax），Wi-Fi 6在理論速率接近10Gbit/s，但在實際使用中，往往無法給用戶帶來超高的速率。這是因為在無線通信中，用戶最終體驗到的速率不僅僅由Wi-Fi標準決定，還受無線環境中的各種干擾和障礙物的影響，[天線的隔離度如何提高]。

為了提升用戶最終的體驗速率，需要增加AP的覆蓋范圍來提高信號質量，并減少信號間的干擾，而天線作為無線通信的核心組件，決定了發射信號的波束，影響著AP的覆蓋范圍。天線根據其在平面上的方向性，分為全向天線和定向天線。在實際的Wi-Fi 網絡環境中，定向天線主要用于高密和回傳場景，其他多數場景下AP都使用普通全向天線。

有3個較為突出的難點需要解決：

· 邊緣覆蓋： 普通全向天線的增益有限，對于近距離用戶可以提供較好的體驗，對于中遠距離接近覆蓋邊緣的用戶則無法提供服務或者只能提供較低速率的體驗。

· 跨障礙物覆蓋： 實際環境中不可能空無一物，往往存在諸如木板、玻璃、墻體等材質的障礙物。當天線和用戶中間存在障礙物遮擋時，無線信號穿過障礙物會有不同程度衰減，導致用戶體驗變差。

· 高密場景覆蓋： 在用戶分布密集的環境中，多用戶并發會導致空間內的干擾大大增加，即使Wi-Fi 5和Wi-Fi 6相繼引入了MU-MIMO和OFDMA等多用戶技術，但對接近覆蓋邊緣的用戶體驗提升并不明顯。

（二）智能天線對比普通天線有哪些好處

智能天線可以有效改善邊緣覆蓋、跨障礙物覆蓋、高密場景覆蓋中的用戶體驗。和普通天線對比，智能天線有如下優勢：

· 覆蓋距離提升： 相同位置的用戶信號強度增強，用戶體驗速率提升；相同信號強度要求下，可以使用更少的AP，節約客戶投資成本。

· 跨障礙物覆蓋體驗提升： 可靈活調整天線組合，在障礙物方向上增強信號強度，經過相同的衰減后，用戶體驗速率提升；對于無法穿透的障礙物，可調整天線組合的方向，利用無線信號的反射、繞射等多徑方式繞過障礙物，能夠為用戶提供服務。

·高密 場景下降低干擾影響： 可根據用戶的位置調整信號波束的方向，降低不同方向用戶間的干擾，從而提升用戶的體驗速率。

智能天線的工作原理

智能天線可通過波束成型和天線陣列兩種技術實現，兩種技術都是利用多天線的組合來改善發射信號的波束，從而改善無線用戶的體驗。而將兩種技術相結合，則能夠同時發揮兩種技術的優勢，從而達到更好的效果。

（一）波束成型技術

什么是波束賦形？

圖1 波束成型提升用戶接收信號強度

在多天線系統中，如果不同天線傳輸的信號在到達某一位置時存在兩條衰減相等的波束，且兩條波束相位相反，就可能會出現信號能量零點。波束成型技術可以通過預先補償天線發射信號的相位，讓兩條波束進行相干疊加，提升用戶的接收信號強度，以改善用戶體驗。

（二）天線陣列技術

什么是天線陣列？

圖2 天線陣列和振子

天線陣列是一種波束切換技術，由多個小天線組成天線陣列。每個小天線由數個天線振子組成，天線振子可以獨立開關，從而讓小天線既可做全向天線，也可以做定向天線。小天線的組合方式與小天線本身的增益、極化方式、方向圖等都有關系，所以小天線和其天線振子的數量決定了最終形成的波束的數量。例如2.4G頻段共有 4 個天線，每個天線有4個振子，則共有16個振子，每個振子的狀態有開和關兩種，則共有 2^16種天線組合。

（三）波束成型和天線陣列組合

圖3 波束成型和天線陣列組合效果

天線陣列可以實現多種天線組合，遠多于普通天線的單一組合。華為的智能天線算法先根據終端位置選擇出最佳的天線組合，再進一步利用波束成型技術對波束優化。這種組合比單獨使用天線陣列有更好的波束，比單獨使用波束成型有更好的方向性，能夠進一步增強用戶的接收信號強度，抑制干擾，提升用戶速率體驗。

智能天線的應用

· 中遠距離覆蓋增強場景 ： 在開放的辦公區內，無障礙物遮擋，當用戶持終端遠離AP，距離AP較遠時，智能天線算法會根據終端的位置，選擇最合適的定向波束發送數據，取代全向波束。利用定向波束的高增益特性提升對中遠距離用戶的覆蓋能力，實現邊緣用戶的覆蓋強化。

圖4 中遠距離覆蓋增強場景

· 復雜無線環境跨障礙物場景 ： 在開放的辦公區內，無障礙物遮擋，當用戶持終端遠離AP，距離AP較遠時，智能天線算法會根據終端的位置，選擇最合適的定向波束發送數據，取代全向波束。利用定向波束的高增益特性提升對中遠距離用戶的覆蓋能力，實現邊緣用戶的覆蓋強化。

圖5 復雜無線環境跨障礙物場景

· 多用戶并發的高密場景 ： 在用戶分布較為密集的辦公區，環境干擾小時，可開啟多用戶的并發傳輸（MU-MIMO ）來提升數據傳輸效率。而智能天線的定向波束選擇，通過將同方向的用戶聚合在一起采用相同定向波束傳輸，一方面提升終端接收信號的強度，另一方面減小不同方向終端數據之間的相互干擾。

圖6 多用戶并發的高密場景