基站天線(xiàn)及其新技術(shù)發(fā)展前景

隨著(zhù)移動(dòng)通信事業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，移動(dòng)電話(huà)越來(lái)越多的為人們的工作和生活提供著(zhù)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(huà)無(wú)可比擬的?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)十年來(lái)移動(dòng)通信在世界范圍內發(fā)展迅速，從第一代的AMPS、TACS、NMT等系統第二代的GSM、窄帶CDMA系統直到現在即將問(wèn)世的CDMA2000、WCDMA、STDCDMA等第三代移動(dòng)通信系統。系統容量越來(lái)越大，話(huà)音質(zhì)量越來(lái)越好。移動(dòng)通信在我國的發(fā)展也非常迅猛，移動(dòng)用戶(hù)數不斷增加，現位居世界第二位?？梢詳嘌栽诓痪玫膶?lái)我國的移動(dòng)用戶(hù)數將位居世界第一。

　　先讓我們看一下一個(gè)移動(dòng)用戶(hù)是如何和一個(gè)固定電話(huà)用戶(hù)進(jìn)行通信的。從移動(dòng)電話(huà)和有線(xiàn)電話(huà)通信示意圖我們可以看到移動(dòng)用戶(hù)的話(huà)音信號首先要通過(guò)移動(dòng)臺的天線(xiàn)發(fā)射到基站收發(fā)信機(BTS)，再由基站收發(fā)信機經(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(xiàn)編碼的信號轉換成固定電話(huà)信號，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傳送給固定交換機，直到所需的固定電話(huà)用戶(hù)。從這個(gè)原理圖中我們不難看到光有移動(dòng)臺是無(wú)法完成整個(gè)通話(huà)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)臺和 BTS的通信必須有基站天線(xiàn)的配合方可完成。 由此可見(jiàn)移動(dòng)臺之所以有移動(dòng)性都是因為有了基站天線(xiàn)才可以達到。由此可見(jiàn)基站天線(xiàn)在移動(dòng)通信中的位置是何等重要。

圖1 移動(dòng)電話(huà)和有線(xiàn)電話(huà)通信示意圖

基站天線(xiàn)按天線(xiàn)輻射的方向圖來(lái)分類(lèi)一般可以分為全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)。全向天線(xiàn)一般用于移動(dòng)用戶(hù)密度較低的區域，例如市郊、農村等地區。它的水平面方向圖應是360度，垂直面半功率波束寬度根據天線(xiàn)的增益不同可以有13度或6.5度。定向天線(xiàn)一般用于移動(dòng)用戶(hù)密度較高的區域，例如市區、機場(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天線(xiàn)的增益不同可以有34、16、或8度。這樣用全向天線(xiàn)的BTS 就設置為全向扇區，用定向天線(xiàn)的BTS 就設置為三扇區。三扇區配置的BTS用戶(hù)容量遠高于全向扇區配置的BTS。眾所周知移動(dòng)通信的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)。這樣對于全向扇區配置的BTS一根天線(xiàn)用于收發(fā)共用，一根天線(xiàn)用于空間分集接收。同理，對于三扇區配置的BTS一共有六根天線(xiàn)。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，這種結構就是三扇區配置?？臻g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的接收天線(xiàn)。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(xiàn)。定向雙極化天線(xiàn)通過(guò)極化分集接收來(lái)達到空間分集接收的效果。但只用一根天線(xiàn)。這樣可以使城市更加美觀(guān)。但這種天線(xiàn)的分集接收效果低于空間分集接收天線(xiàn)。國內生產(chǎn)這些天線(xiàn)的廠(chǎng)商主要有遼寧鞍天移動(dòng)通信設備有限公司、廣東三水盛絡(luò )天線(xiàn)有限公司、京信通信系統(廣州)有限公司、首信集團、匯能集團等。國外生產(chǎn)這些天線(xiàn)的廠(chǎng)商主要有KATHREIN、ALLGON等。

　　為了使一個(gè)扇區中能夠容納更多的用戶(hù)，最近又有一種新技術(shù)智能天線(xiàn)系統問(wèn)世。眾所周知，為了使一個(gè)扇區中能夠容納更多的用戶(hù)就必須降低系統的總噪聲水平。特別對于CDMA 系統，系統容量直接取決于總噪聲水平。對于一個(gè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其他用戶(hù)的信號都是干擾信號。只有降低每一個(gè)用戶(hù)的信號或降低此用戶(hù)對其他用戶(hù)的干擾信號才能大大提高系統容量。智能天線(xiàn)系統就是為此目的應運而生。它主要包括天線(xiàn)設備和計算機系統。通過(guò)計算機系統的復雜運算，使天線(xiàn)形成非常窄的特定波束，這個(gè)特定波束直接到達特定的用戶(hù)。這樣就可以使這個(gè)用戶(hù)對其他用戶(hù)的干擾降低到最低。因為系統中同時(shí)會(huì )有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)通信，所以智能天線(xiàn)系統要形成多個(gè)非常窄的特定波束。并且這些特定波束要隨著(zhù)用戶(hù)的增減而實(shí)時(shí)變化。為此智能天線(xiàn)系統非常復雜。國外有麥得威公司國內有大唐信威公司生產(chǎn)這種智能天線(xiàn)系統。

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