基站天線及其新技術(shù)發(fā)展前景

隨著移動通信事業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，移動電話越來越多的為人們的工作和生活提供著方便和快捷。它的可移動性、隨時隨地可保持通信聯(lián)系等特性是固定電話無可比擬的?；谶@些優(yōu)點，進(jìn)十年來移動通信在世界范圍內(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)在即將問世的CDMA2000、WCDMA、STDCDMA等第三代移動通信系統(tǒng)。系統(tǒng)容量越來越大，話音質(zhì)量越來越好。移動通信在我國的發(fā)展也非常迅猛，移動用戶數(shù)不斷增加，現(xiàn)位居世界第二位?？梢詳嘌栽诓痪玫膶砦覈囊苿佑脩魯?shù)將位居世界第一。

　　先讓我們看一下一個移動用戶是如何和一個固定電話用戶進(jìn)行通信的。從移動電話和有線電話通信示意圖我們可以看到移動用戶的話音信號首先要通過移動臺的天線發(fā)射到基站收發(fā)信機(jī)(BTS)，再由基站收發(fā)信機(jī)經(jīng)過地面電路傳送給基站控制器(BSC)，基站控制器將收到的無線編碼的信號轉(zhuǎn)換成固定電話信號，然后傳送給移動交換中心(MSC)。移動交換中心再將此信號傳送給固定交換機(jī)，直到所需的固定電話用戶。從這個原理圖中我們不難看到光有移動臺是無法完成整個通話的過程，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，移動臺和 BTS的通信必須有基站天線的配合方可完成。 由此可見移動臺之所以有移動性都是因為有了基站天線才可以達(dá)到。由此可見基站天線在移動通信中的位置是何等重要。

圖1 移動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用戶密度較高的區(qū)域，例如市區(qū)、機(jī)場、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。眾所周知移動通信的無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，對于三扇區(qū)配置的BTS一共有六根天線。我們經(jīng)常會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)點是分集增益高，但缺點是還需另外一根單獨的接收天線。為了克服這個缺點近來又生產(chǎn)出定向雙極化天線。定向雙極化天線通過極化分集接收來達(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。國內(nèi)生產(chǎn)這些天線的廠商主要有遼寧鞍天移動通信設(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。國外生產(chǎn)這些天線的廠商主要有KATHREIN、ALLGON等。

　　為了使一個扇區(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)問世。眾所周知，為了使一個扇區(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。特別對于CDMA 系統(tǒng)，系統(tǒng)容量直接取決于總噪聲水平。對于一個用戶來說，其他用戶的信號都是干擾信號。只有降低每一個用戶的信號或降低此用戶對其他用戶的干擾信號才能大大提高系統(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)備和計算機(jī)系統(tǒng)。通過計算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)算，使天線形成非常窄的特定波束，這個特定波束直接到達(dá)特定的用戶。這樣就可以使這個用戶對其他用戶的干擾降低到最低。因為系統(tǒng)中同時會有多個用戶同時通信，所以智能天線系統(tǒng)要形成多個非常窄的特定波束。并且這些特定波束要隨著用戶的增減而實時變化。為此智能天線系統(tǒng)非常復(fù)雜。國外有麥得威公司國內(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大則天線端的高頻信號會反射回BTS的功率放大器對功率放大器造成損壞。如果天線的三階互調(diào)過大則互調(diào)產(chǎn)物會干擾系統(tǒng)的正常通信。