基站天線及其新技術(shù)發(fā)展前景

隨著移動(dòng)通信事業(yè)在我國(guó)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)電話越來(lái)越多的為人們的工作和生活提供著方便和快捷。它的可移動(dòng)性、隨時(shí)隨地可保持通信聯(lián)系等特性是固定電話無(wú)可比擬的?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)十年來(lái)移動(dòng)通信在世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速，從第一代的AMPS、TACS、NMT等系統(tǒng)第二代的GSM、窄帶CDMA系統(tǒng)直到現(xiàn)在即將問(wèn)世的CDMA2000、WCDMA、STDCDMA等第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。系統(tǒng)容量越來(lái)越大，話音質(zhì)量越來(lái)越好。移動(dòng)通信在我國(guó)的發(fā)展也非常迅猛，移動(dòng)用戶數(shù)不斷增加，現(xiàn)位居世界第二位。可以斷言在不久的將來(lái)我國(guó)的移動(dòng)用戶數(shù)將位居世界第一。

　　先讓我們看一下一個(gè)移動(dòng)用戶是如何和一個(gè)固定電話用戶進(jìn)行通信的。從移動(dòng)電話和有線電話通信示意圖我們可以看到移動(dòng)用戶的話音信號(hào)首先要通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的天線發(fā)射到基站收發(fā)信機(jī)(BTS)，再由基站收發(fā)信機(jī)經(jīng)過(guò)地面電路傳送給基站控制器(BSC)，基站控制器將收到的無(wú)線編碼的信號(hào)轉(zhuǎn)換成固定電話信號(hào)，然后傳送給移動(dòng)交換中心(MSC)。移動(dòng)交換中心再將此信號(hào)傳送給固定交換機(jī)，直到所需的固定電話用戶。從這個(gè)原理圖中我們不難看到光有移動(dòng)臺(tái)是無(wú)法完成整個(gè)通話的過(guò)程，還必須有MSC 、BSC、 BTS的配合才行。其中在空中接口的物理層部分，移動(dòng)臺(tái)和 BTS的通信必須有基站天線的配合方可完成。 由此可見(jiàn)移動(dòng)臺(tái)之所以有移動(dòng)性都是因?yàn)橛辛嘶咎炀€才可以達(dá)到。由此可見(jiàn)基站天線在移動(dòng)通信中的位置是何等重要。

圖1 移動(dòng)電話和有線電話通信示意圖

基站天線按天線輻射的方向圖來(lái)分類一般可以分為全向天線和定向天線。全向天線一般用于移動(dòng)用戶密度較低的區(qū)域，例如市郊、農(nóng)村等地區(qū)。它的水平面方向圖應(yīng)是360度，垂直面半功率波束寬度根據(jù)天線的增益不同可以有13度或6.5度。定向天線一般用于移動(dòng)用戶密度較高的區(qū)域，例如市區(qū)、機(jī)場(chǎng)、商業(yè)中心等。它的水平面半功率波束寬度度一般有65、90、105、120度，垂直面半功率波束寬度根據(jù)天線的增益不同可以有34、16、或8度。這樣用全向天線的BTS 就設(shè)置為全向扇區(qū)，用定向天線的BTS 就設(shè)置為三扇區(qū)。三扇區(qū)配置的BTS用戶容量遠(yuǎn)高于全向扇區(qū)配置的BTS。眾所周知移動(dòng)通信的無(wú)線信道是最為惡劣的，除了有電波衰落之外還有多譜勒頻移以及信道噪聲。為了保證通信質(zhì)量BTS一般還配備另外一根空間分集接收天線。這樣對(duì)于全向扇區(qū)配置的BTS一根天線用于收發(fā)共用，一根天線用于空間分集接收。同理，對(duì)于三扇區(qū)配置的BTS一共有六根天線。我們經(jīng)常會(huì)在高樓的樓頂上看到三角形的支架，支架的每一面都是一個(gè)扇區(qū)，這種結(jié)構(gòu)就是三扇區(qū)配置。空間分集接收的優(yōu)點(diǎn)是分集增益高，但缺點(diǎn)是還需另外一根單獨(dú)的接收天線。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)近來(lái)又生產(chǎn)出定向雙極化天線。定向雙極化天線通過(guò)極化分集接收來(lái)達(dá)到空間分集接收的效果。但只用一根天線。這樣可以使城市更加美觀。但這種天線的分集接收效果低于空間分集接收天線。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)這些天線的廠商主要有遼寧鞍天移動(dòng)通信設(shè)備有限公司、廣東三水盛絡(luò)天線有限公司、京信通信系統(tǒng)(廣州)有限公司、首信集團(tuán)、匯能集團(tuán)等。國(guó)外生產(chǎn)這些天線的廠商主要有KATHREIN、ALLGON等。

　　為了使一個(gè)扇區(qū)中能夠容納更多的用戶，最近又有一種新技術(shù)智能天線系統(tǒng)問(wèn)世。眾所周知，為了使一個(gè)扇區(qū)中能夠容納更多的用戶就必須降低系統(tǒng)的總噪聲水平。特別對(duì)于CDMA 系統(tǒng)，系統(tǒng)容量直接取決于總噪聲水平。對(duì)于一個(gè)用戶來(lái)說(shuō)，其他用戶的信號(hào)都是干擾信號(hào)。只有降低每一個(gè)用戶的信號(hào)或降低此用戶對(duì)其他用戶的干擾信號(hào)才能大大提高系統(tǒng)容量。智能天線系統(tǒng)就是為此目的應(yīng)運(yùn)而生。它主要包括天線設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)算，使天線形成非常窄的特定波束，這個(gè)特定波束直接到達(dá)特定的用戶。這樣就可以使這個(gè)用戶對(duì)其他用戶的干擾降低到最低。因?yàn)橄到y(tǒng)中同時(shí)會(huì)有多個(gè)用戶同時(shí)通信，所以智能天線系統(tǒng)要形成多個(gè)非常窄的特定波束。并且這些特定波束要隨著用戶的增減而實(shí)時(shí)變化。為此智能天線系統(tǒng)非常復(fù)雜。國(guó)外有麥得威公司國(guó)內(nèi)有大唐信威公司生產(chǎn)這種智能天線系統(tǒng)。

　　天線的主要技術(shù)參數(shù)有工作頻段、方向圖、增益、半功率波束寬度、三階互調(diào)、功率容量、電壓駐波比等參數(shù)。其中電壓駐波比、三階互調(diào)是比較重要的參數(shù)。如果天線的電壓駐波比過(guò)大則天線端的高頻信號(hào)會(huì)反射回BTS的功率放大器對(duì)功率放大器造成損壞。如果天線的三階互調(diào)過(guò)大則互調(diào)產(chǎn)物會(huì)干擾系統(tǒng)的正常通信。