波束成形系統的相位測量

利用多天線實現高性能

為了支持新型應用，如智能手機之類，個人通信設備對數據吞吐速率的要求越來越高，在給定的帶寬和覆蓋區域，要提高吞吐速率，必須提高信噪比(SNR)，這意味著需要提高功率，或者降低噪聲，或者同時采取這兩種措施。提高信號電平的一種方法是使用輸出功率更高的功率放大器(PA)，但這種方法會顯著提高基站的運行成本，并且可能導致相鄰小區的干擾增大。降低接收機系統噪聲也是可行的，但要在一個已經優化的系統上獲得若干dB以上的改善，可能需要付出九牛二虎之力。

如果使用多個信號路徑和一個天線陣列，則可以使天線陣列的聚集輻射場型在目標接收機的方向上具有更高的增益，而在其它方向上的增益則低得多。在目標接收機方向上的較高發射機增益可提高接收機的信號電平，但同時也會對正好處于發射機窄波束內的其它接收機造成更大的干擾。指向發射機的較窄高增益接收場型可減小相鄰基站和移動設備對接收機的干擾。這兩種效應均能提高接收機的信噪比(SNR)。

圖1顯示一個系統架構的框圖，其中四根天線共用同一信號。中間兩根天線的導體呈回旋狀，目的是強調所有天線的電纜長度必須相等。

圖1 4天線系統

圖2顯示該系統的仿真響應，假設這些天線為全向天線。天線位于穿過180度和0度的軸線上。該極坐標圖的徑向軸表示相對于單根全向天線的增益(dB)。


圖2 相對于單根天線響應的4天線響應(dB)

波束成形和波束控制

圖1中的架構可用于目前的許多應用中，但要充分發揮窄波束系統的優勢，必須進行動態波束控制（移動主波束）或波束成形（移動主波束和零陷）。波束控制要求基帶處理器(BBP)改變各天線信號的相位，波束成形則要求BBP改變各天線信號的相位和幅度。除非另有說明，本文中的“波束成形”同時包括波束控制和波束成形。圖3所示為一個波束成形實現系統。為清楚起見，圖中僅顯示發射路徑。


圖3 提供波束控制/波束成形的4天線系統