基站天线及其新技术发展前景

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    随着移动通信事业在我国的迅猛发展,移动电话越来越多的为人们的工作和生活提供着方便和快捷。它的可移动性、随时随地可保持通信联系等特性是固定电话无可比拟的。基于这些优点,进十年来移动通信在世界范围内发展迅速,从第一代的AMPSTACSNMT等系统第二代的GSM、窄带CDMA系统直到现在即将问世的CDMA2000WCDMASTDCDMA等第三代移动通信系统。系统容量越来越大,话音质量越来越好。移动通信在我国的发展也非常迅猛,移动用户数不断增加,现位居世界第二位。可以断言在不久的将来我国的移动用户数将位居世界第一。

  先让我们看一下一个移动用户是如何和一个固定电话用户进行通信的。从移动电话和有线电话通信示意图我们可以看到移动用户的话音信号首先要通过移动台的天线发射到基站收发信机(BTS),再由基站收发信机经过地面电路传送给基站控制器(BSC),基站控制器将收到的无线编码的信号转换成固定电话信号,然后传送给移动交换中心(MSC)。移动交换中心再将此信号传送给固定交换机,直到所需的固定电话用户。从这个原理图中我们不难看到光有移动台是无法完成整个通话的过程,还必须有MSC BSC BTS的配合才行。其中在空中接口的物理层部分,移动台和 BTS的通信必须有基站天线的配合方可完成。 由此可见移动台之所以有移动性都是因为有了基站天线才可以达到。由此可见基站天线在移动通信中的位置是何等重要。

    
                               图1 移动电话和有线电话通信示意图
    
    基站天线按天线辐射的方向图来分类一般可以分为全向天线和定向天线。全向天线一般用于移动用户密度较低的区域,例如市郊、农村等地区。它的水平面方向图应是
360度,垂直面半功率波束宽度根据天线的增益不同可以有13度或6.5度。定向天线一般用于移动用户密度较高的区域,例如市区、机场、商业中心等。它的水平面半功率波束宽度度一般有6590105120度,垂直面半功率波束宽度根据天线的增益不同可以有3416、或8度。这样用全向天线的BTS 就设置为全向扇区,用定向天线的BTS 就设置为三扇区。三扇区配置的BTS用户容量远高于全向扇区配置的BTS。众所周知移动通信的无线信道是最为恶劣的,除了有电波衰落之外还有多谱勒频移以及信道噪声。为了保证通信质量BTS一般还配备另外一根空间分集接收天线。这样对于全向扇区配置的BTS一根天线用于收发共用,一根天线用于空间分集接收。同理,对于三扇区配置的BTS一共有六根天线。我们经常会在高楼的楼顶上看到三角形的支架,支架的每一面都是一个扇区,这种结构就是三扇区配置。空间分集接收的优点是分集增益高,但缺点是还需另外一根单独的接收天线。为了克服这个缺点近来又生产出定向双极化天线。定向双极化天线通过极化分集接收来达到空间分集接收的效果。但只用一根天线。这样可以使城市更加美观。但这种天线的分集接收效果低于空间分集接收天线。国内生产这些天线的厂商主要有辽宁鞍天移动通信设备有限公司、广东三水盛络天线有限公司、京信通信系统(广州)有限公司、首信集团、汇能集团等。国外生产这些天线的厂商主要有KATHREINALLGON等。


  为了使一个扇区中能够容纳更多的用户,最近又有一种新技术智能天线系统问世。众所周知,为了使一个扇区中能够容纳更多的用户就必须降低系统的总噪声水平。特别对于CDMA 系统,系统容量直接取决于总噪声水平。对于一个用户来说,其他用户的信号都是干扰信号。只有降低每一个用户的信号或降低此用户对其他用户的干扰信号才能大大提高系统容量。智能天线系统就是为此目的应运而生。它主要包括天线设备和计算机系统。通过计算机系统的复杂运算,使天线形成非常窄的特定波束,这个特定波束直接到达特定的用户。这样就可以使这个用户对其他用户的干扰降低到最低。因为系统中同时会有多个用户同时通信,所以智能天线系统要形成多个非常窄的特定波束。并且这些特定波束要随着用户的增减而实时变化。为此智能天线系统非常复杂。国外有麦得威公司国内有大唐信威公司生产这种智能天线系统。

  天线的主要技术参数有工作频段、方向图、增益、半功率波束宽度、三阶互调、功率容量、电压驻波比等参数。其中电压驻波比、三阶互调是比较重要的参数。如果天线的电压驻波比过大则天线端的高频信号会反射回BTS的功率放大器对功率放大器造成损坏。如果天线的三阶互调过大则互调产物会干扰系统的正常通信。