基站天線及其新技術發展前景

隨著移動通信事業在我國的迅猛發展，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系等特性是固定電話無可比擬的。基于這些優點，進十年來移動通信在世界范圍內發展迅速，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世的CDMA2000、WCDMA、STDCDMA等第三代移動通信系統。系統容量越來越大，話音質量越來越好。移動通信在我國的發展也非常迅猛，移動用戶數不斷增加，現位居世界第二位。可以斷言在不久的將來我國的移動用戶數將位居世界第一。

　　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射到基站收發信機(BTS)，再由基站收發信機經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，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域，例如市區、機場、商業中心等。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的增益不同可以有34、16、或8度。這樣用全向天線的BTS 就設置為全向扇區，用定向天線的BTS 就設置為三扇區。三扇區配置的BTS用戶容量遠高于全向扇區配置的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。這樣對于全向扇區配置的BTS一根天線用于收發共用，一根天線用于空間分集接收。同理，對于三扇區配置的BTS一共有六根天線。我們經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，這種結構就是三扇區配置。空間分集接收的優點是分集增益高，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。國內生產這些天線的廠商主要有遼寧鞍天移動通信設備有限公司、廣東三水盛絡天線有限公司、京信通信系統(廣州)有限公司、首信集團、匯能集團等。國外生產這些天線的廠商主要有KATHREIN、ALLGON等。

　　為了使一個扇區中能夠容納更多的用戶，最近又有一種新技術智能天線系統問世。眾所周知，為了使一個扇區中能夠容納更多的用戶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容量。智能天線系統就是為此目的應運而生。它主要包括天線設備和計算機系統。通過計算機系統的復雜運算，使天線形成非常窄的特定波束，這個特定波束直接到達特定的用戶。這樣就可以使這個用戶對其他用戶的干擾降低到最低。因為系統中同時會有多個用戶同時通信，所以智能天線系統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。為此智能天線系統非常復雜。國外有麥得威公司國內有大唐信威公司生產這種智能天線系統。

　　天線的主要技術參數有工作頻段、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過大則互調產物會干擾系統的正常通信。