通信天线技术.doc

《通信天线技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信天线技术.doc（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、通信天线技术-与非网 通信天线技术：I.智能天线技术及其应用 摘要：在移动通信领域，形成了一个新的研究热点 一 智能天线(Smart Antennas)，本文论述 了智能天线的两个主要类型和基本特性， 分析了智能天 线的算法，介绍了智能天线研究动向和未来移动通信系 统智能天线应用前景。9 0年代以来，阵列处理技术引入移动通信领域， 很快形成了一个新的研究热点智能天线 (Smart Antennas) ?智能天线应用广泛，它在提高系 统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的 矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面， 都具有独特的优点。最初的智能天线技术主要用于雷 达、声纳、军事抗

2、干扰通信，用来完成空间滤波和定位 等。近年来，随着移动通信的发展及对移动通信电波传 播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，现代 数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能 力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可 能，提高了天线系统的可靠性与灵活程度。 智能天线技 术因此用于具有复杂电波传播环境的移动通信。此外， 随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求 的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现，智能天线可将无线电的信号导 向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准 用户信号到达方向DOA（directionofarri val）,旁

3、瓣或零陷对准干扰信号到达方向， 达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信 号的目的。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的 差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个 移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用 和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况 下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。 实际上它使通信资源不再局限于时间域（TDMA）、频率域（FDMA）或码域（CDMA）而拓展到了空 间域，属于空分多址（SDMA）体制。一、智能天线技术 智能天线技术有两个主要分支。波 束转换技术（switched beam techn ology）和自适应空间数字处理技术

4、（adapt ive spatial digital proce ssing technology），或简称波束转换 天线和自适应天线阵。天线以多个高增益的动态窄波束 分别跟踪多个期望信号，来自窄波束以外的信号被抑 制。但智能天线的波束跟踪并不意味着一定要将高增益 的窄波束指向期望用户的物理方向，事实上，在随机多径信道上，移动用户的物理方向是难以确定的，特别是 在发射台至接收机的直射路径上存在阻挡物时，用户的物理方向并不一定是理想的波束方向。 智能天线波束跟 踪的真正含义是在最佳路径方向形成高增益窄波束并 跟踪最佳路径的变化，充分利用信号的有效的发送功率 以减小电磁干扰。1波束转换天线 波束转

5、换天线具有有限数目的、 固定的、预定义的方向图，通过阵列天线技术在同一信 道中利用多个波束同时给多个用户发送不同的信号，它从几个预定义的、固定波束中选择其一，检测信号强度， 当移动台越过扇区时，从一个波束切换到另一个波束。 在特定的方向上提高灵敏度，从而提高通信容量和质 量。为保证波束转换天线共享同一信道的各移动用户只 接收到发给自己的信号而不发生串话， 要求基站天线阵 产生多个波束来分别照射不同用户，特别地，在每个波 束中发送的信息不同而且要互不干扰。 每个波束的方向 是固定的，并且其宽度随着天线阵元数而变化。对于移 动用户，基站选择不同的对应波束，使接收的信号强度 最大。但用户信号未必在固

6、定波束中心，当使用者是在 波束边缘，干扰信号在波束的中央，接收效果最差。因 此，与自适应天线阵比较，波束转换天线不能实现最佳 的信号接收。由于扇形失真，波束转换天线增益在方位 角上不均匀分布。但波束转换天线有结构简单和不需要 判断用户信号方向（DOA）的优势。主要用于模拟 通信系统。2自适应天线阵融入自适应数字处理技术的智能 天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信 号强度，因而能动态地改变波束使天线的传输功率集 中。应用空间处理技术（spatialprocessing technolo gy）可以增强信号能 力，使多个用户共同使用一个信道。自适应天线阵结构 框图如图1所示°T

7、0是相邻的抽头之间的延迟，Wn m是n天线第m个抽头因子。每个天线后接一个延时抽 头加权网，可自适应的调整加权系数。这样一来同时具 有时域和空域处理能力。自适应天线阵是一个由天线阵 和实时自适应信号接收处理器所组成的一个闭环反馈 控制系统，它用反馈控制方法自动调准天线阵的方向 图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而且 可以使有用信号得到加强，从而达到抗干扰的目的。由 自适应天线阵接收到的信号被加权和合并， 取得最佳的 信噪比系数。采用M个阵元自适应天线，理论上，自适 应天线阵的价值是能产生（M-1）倍天线放大，可带 来10lgM的SNR改善，消除扇形失真的影响，并 且它的（M-1）倍分

8、集增益相关性是足够低的。对相同的通信质量要求，移动台的发射功率可减小101g Mo这不但表明可以延长移动台电池寿命或可采用体积 更小的电池，也意味着基站可以和信号微弱的用户建立 正常的通信链路。对基站发射而言，总功率被分配到M 个阵元，又由于采用DBF(DigitalBeam-Forming)可以使所需总功率下降，因此， 每个阵元通道的发射功率大大降低，进而可使用低功率 器件。采用自适应抽头时延线天线阵对信号接收、均衡 和测试很有帮助。对每一接收天线加上若干抽头延时 线，然后送入智能处理器，则可以对多径信号进行最佳 接收，减少多径干扰的影响，从而使基站的接收信号的 信噪比得到很大程度的提高，降

9、低了系统的误码率。通 常采用4 16 天线阵元结构，相邻阵元间距一般取 为接收信号中心频率波长的 1/2 。阵元间距过大， 降低接收信号相关度；阵元间距过小，将在方向图引起 不必要的波瓣，因此阵元半波长间距通常是优选的。天 线阵元配置方式包含直线的型，环型和平面的型，自适 应天线是智能天线的主要的型式。自适应天线完成用户 信号接收和发送可认为是全向天线。它采用数字信号处 理技术识别用户信号的DOA，或者是主波束方向。根 据不同空间用户信号传播方向，提供不同空间通道，有 效克服对系统干扰。自适应天线主要用于数字通信系统。二、智能天线算法智能天线系统的核心是智能的算法， 智能的算法决定瞬时响应速率

10、和电路实现的复杂程度，因此重要的是选择较好算法实现波束的智能控制。通过 算法自动调整加权值得到所需空间和频率滤波器的作 用。目前已提出很多著名算法，概括地讲有非盲算法和 盲算法两大类。非盲算法是指需借助参考信号 （导频序 列或导频信道）的算法，此时收端知道发送的是什么， 进行算法处理时要么先确定信道响应再按一定准则（比 如最优的迫零准则zeroforcing）确定各加权值，要么直接按一定的准则确定或逐渐调整权值， 以使智能天线输出与已知输入最大相关， 常用的相关准 则有M MSE（最小均方误差）、LMS（最小均方） 和LS（最小二乘）等。盲算法则无需发端传送已知的 导频信号，判决反馈算法（De

11、cisionFeedback ）是一类较特殊的算法， 收端自己估计发送 的信号并以此为参考信号进行上述处理，但需注意的是 应确保判决信号与实际传送的信号间有较小差错。三、智能天线技术的研究动向 美国，日本和欧洲等国 非常重视未来移动通信中智能天线的作用，已经开展了 大量的理论分析和研究。我国也早已将研究智能天线技 术列入国家863317通信技术主题研究中的个 人通信技术分项，许多专家及大学正在进行相关的研 究。在连续获得ITU和3GPP通过的我国自主研发 的TD-SCDMA技术体制中， 就广泛采用了智能天 线和软件无线电技术。欧洲进行了基于DECT基站的 智能天线技术初步研究，于1 9 9 5

12、年初开始现场试 验。实验系统验证了智能天线的功能，在两个用户四个 空间信道（包括上行和下行链路）下，试验系统比特差 错率（BER） 优于10 -3。实验评测了采用MUS IC算法判别用户信号方向的能力，同时，通过现场测 试，表明圆环和平面天线适于室内通信环境使用，而像 市区环境则采用简单的直线阵更合适。在此基础上又继 续进行诸如最优波束形成算法、系统性能评估、多用户 检测与自适应天线结构、时空信道特性估计及微蜂窝优 化与现场试验等研究。日本某研究所制作了基于波束空 间处理方式的波束转换智能天线。天线阵元布局为间距 半波长的16阵元平面方阵，射频工作频率是1 .54 5GHz。阵元组件接收信号在

13、模数变换后，进行快速 付氏变换（FFT ）处理，形成正交波束后，分别采用恒 模（CMA ）算法或最大比值合并分集算法，提出了基于 智能天线的软件无线概念，即用户所处环境不同，影响 系统性能的主要因素亦不同，可通过软件采用相应的算 法。美国的Metawave公司对用于FDMA、CDMA、TDMA系统的智能天线进行了大量研究开 发； ArrayComm公司也研制了用于无线本地 环路的智能天线系统；美国德州大学建立了智能天线试 验环境；加拿大McMaster大学研究开发了4元 阵列天线，采用恒模(CMA )算法四、智能天线对系统的改善和主要用途智能天线潜在的性能效益表现在多方面，例如，抗多径衰落、减

14、小时 延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、 减小中断概率、改善BER ( Bit Error Ra te )性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活 有效的越区切换、扩大小区覆盖范围、灵活的小区管理、 延长移动台电池寿命、以及维护和运营成本较低，等等。 1 改善系统性能采用智能天线技术可提高第三代移 动通信系统的容量及服务质量， W-CDMA系统就采 用自适应天线阵列技术，增加系统容量。我国SCDM A系统是应用智能天线技术的典型范例。SCDMA系统采用TDD方式，使上下射频信道完全对称，可同时 解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干 扰等冋题。该系统具有精确定位功能，

15、可实现接力切换， 减少信道资源浪费；欧洲在DECT基站中进行智能天 线实验时，采用和评估了多种自适应算法，并验证了智 能天线的功能。日本在PHS系统中的测试表明，采用 智能天线可减少基站数量。由于PHS等系统的通信距 离有限，需要建立很多基站，若采用智能天线技术，则 可降低成本；无线本地环路系统的基站对收到的上行信 号进行处理，获得该信号的空间特征矢量，进行上行波 束赋形，达到最佳接收效果。天线波束赋形等效于提高 天线增益，改善了接收灵敏度和基站发射功率，扩大了 通信距离，并在一定程度上减少了多径传播的影响；F DMA系统采用智能天线技术，与通常的三扇区基站相 比，C/I值平均提高约8dB，大

16、大改善了基站覆盖 效果；频率复用系数由7改善为4,增加了系统容量。 在网络优化时，采用智能天线技术可降低无线掉话率和 切换失败率.TDMA系统采用智能天线技术可提高C /I指标。据研究，用4个3 0°天线代替传统的12 0°天线，C/I可提咼6dB，提咼了服务质量。在 满足GSM系统C/I比最小的前提下， 提高频率复用 系数，增加了系统容量；CDMA系统系统采用智能天 线技术，可进行话务均衡，将高话务扇区的部分话务量 转移到容量资源未充分利用的扇区； 通过智能天线灵活 的辐射模式和定向性，可进行软/硬切换控制；智能天 线的空间域滤波可改善远近效应，简化功率控制，降低 系统成

17、本，也可减少多址干扰，提高系统性能。2 提高频谱利用效率容量和频谱利用率的问题是发 展移动通信根本性的问题。智能天线通过空分多址，将 基站天线的收发限定在一定的方向角范围内， 其实质是 分配移动通信系统工作的空间区域， 使空间资源之间的 交叠最小，干扰最小，合理利用无线资源。对于给定的 频谱带宽，系统容量愈大，频谱利用率愈高。因此，增 加系统容量与提高频谱效率一致。为了满足移动通信业 务的巨大需求，应尽量扩大现有基站容量和覆盖范围。 要尽量减少新建网络所需的基站数量， 必须通过各种方 式提高频谱利用效率。方法之一是采用智能天线技术， 用自适应天线代替普通天线。由于天线波束变窄，提高 了天线增益

18、及C/I指标，减少了移动通信系统的同频 干扰，降低了频率复用系数，提高了频谱利用效率。使 用智能天线后，无须增加新的基站就可改善系统覆盖质 量，扩大系统容量，增强现有移动通信网络基础设施的 性能。未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波 束配对，这样就可按需分配信道，保证呼叫阻塞严重的 地区获得较多信道资源，等效于增加了此类地区的无线 网容量。采用智能天线是解决稠密市区容量难题既经济 又高效的方案，可在不影响通话质量的情况下，将基站 配置成全向连接，大幅度提高基站容量。五、结论在无线电通信领域，智能天线有诱人的前景。 智能天线的优越性在于自身可以分析到达无线阵列的信号，灵活、优化地使用波束，

19、减少干扰和被干扰的机 会。提高了频率的利用率，改善了系统性能。这就是自 适应天线阵列的智能化，它体现了自适应、自优化和自选择的概念，对当前移动通信系统的完善起到重大的推 动作用。智能天线虽然从理论上讲可以达到最优，但要 实现理想的智能的天线，还需要许多问题有待研究解 决。智能天线研究值得关注的有以下内容：智能天线的 接收准则及自适应算法；宽带信号波束的高速波束成形 处理；用于移动台的智能天线技术；智能天线实现中的 硬件技术；智能天线的测试平台及软件无线电技术研究 等方面。n . phs系统中的天线技术本文分析了 PHS系统的无线信道对电波传输的各种影 响，提出了 PHS系统中所采用的改善系统性

20、能的天线 技术，并展望了今后PHS系统天线技术的发展。1前言 PHS是个人便携电话系统( Personal Hand phone System)的简称，又称为“小灵通”。它工作在 1.9GHz的频段，采用微蜂窝网络结构，每个基站可以 覆盖100-300米范围。它在我国的发展已经有五年的历 史，自从1998年浙江省余杭市在国内首先开通无线市 话后，小灵通在全国各地像雨后春笋般地迅猛发展，由 于它能以市话的价格提供移动电话的服务，因此吸引了 大量的用户，至2002年底用户量已迅速突破1250万， 2003年极有可能要达到2500万。但是，作为一种采用 无线技术的个人通信系统，PHS系统的无线信道面

21、临着 各种问题，如多径传输引起的快衰落问题， 频率复用引 进的同频干扰问题等，这些问题解决的好坏将直接影响 PHS网络的通话质量，从而对 PHS系统的发展产生巨 大的影响。本文分析了 PHS系统中使用分集接收、自适 应天线、智能天线等技术的基本思路，以及对PHS系统 性能的改善。2分集接收技术PHS属于低功率系统范畴，基站作用 范围通常在几十到几百米以内，因此小尺度衰落对基站 的影响十分明显。小迟度衰落是指无线信号在经过短时 间或短距离传播后其幅度快速衰落， 这种衰落是由于同 一传输信号沿两个或多个路径传播， 以微小的时间差到 达接收机的信号相互干涉引起的，其三个主要效应表现 为：*经过短距或

22、短时传播后信号强度的急剧变化；*在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随 机频率调制；*多径传播时延引起的扩展（回音）。在 PHS系统中，采用分集接收技术作为抗衰落技术。分集 接收技术的基本思想是：如果选取了一个信号的两个或 多个独立的采样，这些样本的衰落是不相关的。这意味 着所有样本同时低于一个给定电平的概率比任何一个 样本低于该值的概率要小得多。M个样本同时低于一个 确定电平的概率是Pm其中p是单个样本低于该电平的 概率。因而，我们看到由不同样本适当合并而成的信号 比任何一个单个样本的衰落现象要轻得多。分集技术的 优点在于能提高系统性能而不需增加发射机功率。分集 技术分为空间分集、

23、频率分集、极化分集等，PHS系统 使用的基站天线采用空间分集的方式。分集接收效果的 良好与否，决定于两种信号衰落的相关程度，可以用相 关系数表示，相关系数越小，则分集接收的效果越好， 相关系数越大，则分集接收的效果越差。对于空间分集 来说，两根接收天线相距越远，相关系数就越小，两根 天线同时位于衰落零点的概率越小。采用空间分集方式 的天线，其设计依赖于天线高度与天线间距离的比值H, 即H=h/d，对于水平分集天线，H的最优经验值是11, 这时可获得最优分集增益。而两天线之间间距应为半波 长的奇数倍，并且现有的PHS系统基站天线的距离应大 于5倍的波长，天线高度与天线间距的最优经验值如表 1所示

24、：3自适应天线技术PHS是采用微小区制来组网的，它 把整个服务区划为许多个微小区，这些微小区有机地组 合在一起以满足整个无线区移动通信的需求。PHS系统 在各小区内采用动态信道分配技术， 随着通话建立过程为小区站自行分配最佳的频率信道。但是PHS系统的频率复用带来了同频干扰的问题，同频干扰的存在使系 统的频率利用率降低，从而导致系统容量的下降。在 PHS系统中，若采用自适应天线技术则可降低同频干 扰。自适应天线中不同用户的信号先通过多工器合成为 一路信号，然后将该路信号分为D路（D为天线单元数）， 这些信号分别以系数 W1,W2Wr进行加权，然后送到各 天线单元上。各天线单元上的合成信号波形相

25、同，只是 幅度和相位有所不同。采用自适应阵列天线技术的PHS基站对覆盖区域内的天线方向图， 可以通过调整每个天 线发射信号的相位、幅度，使得在通信方向的天线增益 最大，而在干扰方向上的天线增益减小，从而减少干扰， 载干比（C/I ）改善可达10dBo采用了自适应天线技术 后，使得在基站与基站覆盖相邻的区域中场强有明显高 低区分，手机切换干扰减小，避免了反复切换掉话的现 象。在日本的实际测试结果：自适应天线基站的频率利 用率比普通型基站高4倍。也就是说在同等频率干扰程 度下，自适应天线基站可比普通型基站多 3倍的基站密 度。自适应天线基站的高抗干扰能力使得在高话务区比 普通型基站更能有效的解决话

26、务量和频率冲突的矛盾。4发展的方向；智能天线技术 90年代以来，移动通信 领域出现了一个新的研究热点一一智能天线技术，它在 提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源 不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等 方面，都具有独特的优点。日本在 PHS系统中的测试 表明，采用智能天线可减少基站数量，由于 PHS等系 统的通信距离有限，需要建立很多基站，若采用智能天 线技术，就可以降低成本。智能天线首先将每个用户 信号分为D路（D为阵列单元数），然后对每个用户信 号进行分别加权，产生 MxD的信号（M为用户数）， 最后将相应的M路信号合为一路送到各个天线单元， 由于各天线单元信号都是由

27、 M路信号以不同加权系数 组合而成，因此各天线单元信号的波形是不同的，构成 了 M个信道方向图。对每个信道，当只有 A点信号存 在，通过选取 W11、W12W1D进行加权，可以得到 A点的信道方向图，当只有B点信号存在时，可以选取 W21、W22W2D进行加权，得到B点的信道方向图， 当两个信号同时存在时，由场的叠加原理可知，智能天 线的功率方向图为两个信道方向图的叠加， 从而保证两 个用户信号共用一个传统的信道，实现空分复用。智能 天线系统中，各信道波束是互不相关的，能够独立的调 整各信道波束区分别跟踪信号，所能产生的信道波束与 天线单元阵列数无关，每个用户信号对应一套（D个） 加权器，从而

28、可以满足增加系统容量，抑制干扰的要求。智能天线的最大魅力在于，它可以利用信号方向的不 同，将不同的信号区分开，从而对传统信道进行空分复 用，成倍地提高系统容量。5结束语 综上所述，分集接收与自适应天线作为两种 比较成熟的天线技术，在 PHS系统中得到了广泛的运 用，并且取得了良好的效果。而智能天线作为一种全新 的天线技术，目前处在研制阶段，它是进一步提高移动 通信系统容量及质量的最大希望所在，其前景是光明 的，但是困难和问题也很多，值得我们进一步研究与开 发。皿.TD-SCDMA系统的智能天线技术智能天线的基本概念近年来，智能天线技术已经成为 移动通信中最具有吸引力的技术之一。智能天线采用空

29、分多址（SDMA ）技术，利用信号在传输方向上的差别， 将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度 地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、 下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平， 提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同 时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其 它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也 减少了移动通信信道的多径效应。CDMA系统是个功 率受限系统，智能天线的应用达到了提高天线增益和减 少系统干扰两大目的，从而显著地扩大了系统容量，提 高了频谱利用率。智能天线在本质上是利用多个天线单 元空间的正交性，即空分多址复用（SDM）功

30、能，来提 高系统的容量和频谱利用率。这样，TD-SCDM系统充 分利用了 CDMATDMA FD MA和SDM这四种多址方式 的技术优势，使系统性能最佳化。智能天线的核心在于 数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生 定向波束指向用户，并自动地调整系数以实现所需的空 间滤波。智能天线须要解决的两个关键问题是辨识信号 的方向和数字赋形的实现。智能天线的工作原理TD SCDMA的智能天线使用一 个环形天线阵，由8个完全相同的天线元素均匀地分布 在一个半径为R的圆上所组成。智能天线的功能是由天 线阵及与其相连接的基带数字信号处理部分共同完成 的。该智能天线的仰角方向辐射图形与每个天线元相 同

31、。在方位角的方向图由基带处理器控制， 可同时产生 多个波束，按照通信用户的分布，在360。的范围内任意 赋形。为了消除干扰，波束赋形时还可以在有干扰的地 方设置零点，该零点处的天线辐射电平要比最大辐射方 向低约40dB。TD SCDMA使用的智能天线当 N = 8 时，比无方向性的单振子天线的增益分别大 9dB （对接 收）和18dB （对发射）。每个振子的增益为8dB，则该 天线的最大接收增益为17dB，最大发射增益为26dB。 由于基站智能天线的发射增益要比接收增益大得多，对 于传输非对称的IP等数据、下载较大业务信息是非常 适合的。智能天线的主要功能根据以上基本原理，在CDMA系 统（无

32、论是TDD或FDD方式）中，采用智能天线和波 束赋形技术，能够在多个方面大大改善通信系统的性 能，概括地讲主要有：提高了基站接收机的灵敏度，提 高了基站发射机的等效发射功率，降低了系统的干扰， 增加了 CDMA系统的容量，改进了小区的覆盖，降低 了无线基站的成本。由于采用智能天线后，应用波束赋 形技术显著提高了基站的接收灵敏度和等效发射功率， 能够大大降低系统内部的干扰和相邻小区之间的干扰， 从而使系统容量扩大一倍以上；同时也可以使业务高密 度的市区和郊区所要求的基站数目减少。在业务稀少的 乡村，无线覆盖范围将增加一倍， 这也意味着在所覆盖 的区域的基站数目降至通常情况的 1/4。天线增益的提

33、 高也能够降低高频功率放大器（HPA）的线性输出功率。 因为HPA的费用占收发信机成本的主要部分。所以， 智能天线的采用将显著降低运营成本、提高系统的经济 效益。IV .双极化天线及其下倾技术目前，在GSM网络建设和维护工作中，如何解决GS M网络高话务密度区的容量和干扰问题， 提高全网的接 通率，降低掉话率和提高通话质量， 已经成为近期工作 的重点和难点。采用合适的天线技术将是能够有效地控 制覆盖范围，降低同频干扰和改善手机信号的接收效果 的方法之一。一、双极化天线技术双极化天线是一种新型天线技术， 组合了+45。和一45。两副极化方向相互正交的天线，同时工作在收发双工模式下，每个小区仅需一

34、副双 极化天线。当全向小区分裂为三小区时，最多仅增加一 副天线（原全向小区在双工模式为2副天线）。而传统 的单极化天线，当全向小区分裂为三小区时，天线数量 剧增（即使在双工模式时也至少增加4副），由于天线 之间（RX-TX，TX-TX）的隔离度（ >3 0d B）和空间分集技术要求天线之间有水平和垂直间隔距 离，这时必须扩大安装天线的平台，增加了基建投资。 而双极化天线中，±4 5 °的极化正交性可以保证+4 5 °和一45。两副天线之间的隔离度满足互调对天线 间隔离度要求（30dB），双极化天线之间的空间间 隔仅需2 03 0cm，因此移动基站可以不必兴建

35、铁 塔，只需要架一根直径2 0cm的铁柱，将双极化天线 按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。特别在选址时，若使用传统单极化天线，必须考虑天线的架设安装问题， 往往由于天线架设安装条件（需要兴建铁塔扩大天线平 台）不具备而放弃了最佳站址。如果使用双极化天线， 由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建 塔，节省基建投资，同时使基站布局更加合理。双极化 天线允许系统采用极化分集接收技术，其原理是利用土4 5 °极化方向之间的不相关性，两者之间的不相关性 程度决定了分集接收的好坏。由于 ±4 5 °为正交极化， 因此可以有效保证分集接收，其极化分集增益约为5d E,比单

36、极化天线通常采用的空间分集提高约2dBo 此外，单极化天线的空间分集接收效果和两副接收天线 的位置有关，天线覆盖正方向为最佳，逐渐向两边减弱， 导致小区实际覆盖范围缩小。采用极化分集代替空间分 集技术，分集增益和天线位置几乎没有关系，覆盖主方 向和边缘处的差别很小（该差别由于反射面宽度导致土4 5 °正交效果变差引起），因此可以有效改善边缘处的 接收效果，保证覆盖范围 二、方向性图下倾技术为了使信号限制在服务小区覆盖范围内，并且降低对其 他同频小区的干扰，天线垂直方向性图下倾是一种比较 有效的天线技术。其作用可以使小区覆盖范围变小，加 强本覆盖区内的信号强度，增加抗同频干扰能力，同时

37、 使天线在干扰方向上的增益下降， 降低其他同频小区的 干扰；选择合适的下倾角可以使天线至本小区边界的射 线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于垂直方向 图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同 频干扰减至最小。通常采用机械下倾和电子下倾两种方 法实现天线重直方向性图下倾。(1) 机械下倾是物理地向下倾斜天线。虽然采用这种 技术也能使同频干扰降低，但由于采用物理下倾，其施 工和维护十分麻烦，且其调整倾角的精度较低 (步进精 度为1 °。此外由于下倾角度是模拟计算软件的理论值，和理论最佳值有一定偏差。在网络调整中，必须先 将基站系统停机，不能在调整天线中同时监测调整效 果，不可能

38、对网络实行精细调整。(2) 电子下倾是改变共线阵天线振子的相位，改变垂 直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强 度，使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场 强强度同时增大和减小，从而保证在改变倾角后天线方 向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整 个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。可调电子下倾天线允许系统不停机的情况下对 垂直方向性图下倾角调整，实时监测调整的效果，调整 倾角的步进精度也较高(为0.1°，因此可以对网络实施精细调整。天线下倾后，覆盖边缘区由于偏离天线 的主瓣，使信号强度有所下降，这可以通过合理增大发 射机功率来补偿目前移动网络

39、中用户投诉集中在高密 度话务区中，接通率低和呼损高实际上反映了高话务区 地区的容量不足和同频干扰严重。 为了解决高话务区中 容量的不足，必须缩短站距，加大天线下倾角度有助于 缩小覆盖范围和减少同频干扰。但是天线下倾角度要适 当，如果倾角过大，天线方向图会严重变形，欲控制覆 盖范围和降低同频干扰反而适得其反；下倾角如果太小 就起不了作用。因此采用机械下倾方式较难解决高话务 区接通率低和掉话率高的问题，只有采取可调电子下倾 天线技术才能解决高话务区中的问题三、结束语：本文分析了双极化天线及其方向性图下倾技术对网络的影 响。和传统单极化天线相比，双极化天线技术具有节省 天线数量，减少基建投资，对站址要求低和高接收分集 增益等优点；电子下倾技术比机械下倾技术具有更高的 精确度，同时可调电子下倾技术可以实时监测和调整无 线网络覆盖，使无线网络趋于精细，可以有效地控制无 线覆盖，加强服务小区的信号，同时减少同频干扰。因 此在将来的天线技术应用中，在基站密集等高话务地 区，应该尽量采用双极化天线和可调电子下倾技术，在 边、郊等话务量不高、基站不密集地区和只要求覆盖地 区，可以依旧使用传统单极化天线和机械下倾技术。