雙極化天線及其下傾技術

2019-11-03 09:15:43

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供稿：網友

孫煉

　　目前，在ＧＳＭ網絡建設和維護工作中，如何解決ＧＳＭ網絡高話務密度區的容量和干擾問題，提高全網的接通率，降低掉話率和提高通話質量，已經成為近期工作的重點和難點。采用合適的天線技術將是能夠有效地控制覆蓋范圍，降低同頻干擾和改善手機信號的接收效果的方法之一。

　　一、雙極化天線技術

　　雙極化天線是一種新型天線技術，組合了＋４５°和－４５°兩副極化方向相互正交的天線，同時工作在收發雙工模式下，每個小區僅需一副雙極化天線。當全向小區分裂為三小區時，最多僅增加一副天線（原全向小區在雙工模式為２副天線）。而傳統的單極化天線，當全向小區分裂為三小區時，天線數量劇增（即使在雙工模式時也至少增加４副），由于天線之間（ＲＸ－ＴＸ，ＴＸ－ＴＸ）的隔離度（≥３０ｄＢ）和空間分集技術要求天線之間有水平和垂直間隔距離，這時必須擴大安裝天線的平臺，增加了基建投資。而雙極化天線中，±４５°的極化正交性可以保證＋４５°和－４５°兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度要求（≥３０ｄＢ），雙極化天線之間的空間間隔僅需２０～３０ｃｍ，因此移動基站可以不必興建鐵塔，只需要架一根直徑２０ｃｍ的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可。特別在選址時，若使用傳統單極化天線，必須考慮天線的架設安裝問題，往往由于天線架設安裝條件（需要興建鐵塔擴大天線平臺）不具備而放棄了最佳站址。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需要征地建塔，節省基建投資，同時使基站布局更加合理。雙極化天線允許系統采用極化分集接收技術，其原理是利用±４５°極化方向之間的不相關性，兩者之間的不相關性程度決定了分集接收的好壞。由于±４５°為正交極化，因此可以有效保證分集接收，其極化分集增益約為５ｄＢ，比單極化天線通常采用的空間分集提高約２ｄＢ。此外，單極化天線的空間分集接收效果和兩副接收天線的位置有關，天線覆蓋正方向為最佳，逐漸向兩邊減弱，導致小區實際覆蓋范圍縮小。采用極化分集代替空間分集技術，分集增益和天線位置幾乎沒有關系，覆蓋主方向和邊緣處的差別很?。ㄔ摬顒e由于反射面寬度導致±４５°正交效果變差引起），因此可以有效改善邊緣處的接收效果，保證覆蓋范圍。

　　二、方向性圖下傾技術

　　為了使信號限制在服務小區覆蓋范圍內，并且降低對其他同頻小區的干擾，天線垂直方向性圖下傾是一種比較有效的天線技術。其作用可以使小區覆蓋范圍變小，加強本覆蓋區內的信號強度，增加抗同頻干擾能力，同時使天線在干擾方向上的增益下降，降低其他同頻小區的干擾；選擇合適的下傾角可以使天線至本小區邊界的射線與天線至受干擾小區邊界的射線之間處于垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分，從而使受干擾小區的同頻干擾減至最小。通常采用機械下傾和電子下傾兩種方法實現天線重直方向性圖下傾。

　?。ǎ保C械下傾是物理地向下傾斜天線。雖然采用這種技術也能使同頻干擾降低，但由于采用物理下傾，其施工和維護十分麻煩，且其調整傾角的精度較低（步進精度為１°）。此外由于下傾角度是模擬計算軟件的理論值，和理論最佳值有一定偏差。在網絡調整中，必須先將基站系統停機，不能在調整天線中同時監測調整效果，不可能對網絡實行精細調整。

　?。ǎ玻╇娮酉聝A是改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，從而保證在改變傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務小區扇區內減小覆蓋面積但又不產生干擾。可調電子下傾天線允許系統不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角調整，實時監測調整的效果，調整傾角的步進精度也較高（為０．１°），因此可以對網絡實施精細調整。

　　天線下傾后，覆蓋邊緣區由于偏離天線的主瓣，使信號強度有所下降，這可以通過合理增大發射機功率來補償。

　　目前移動網絡中用戶投訴集中在高密度話務區中，接通率低和呼損高實際上反映了高話務區地區的容量不足和同頻干擾嚴重。為了解決高話務區中容量的不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度有助于縮小覆蓋范圍和減少同頻干擾。但是天線下傾角度要適當，如果傾角過大，天線方向圖會嚴重變形，欲控制覆蓋范圍和降低同頻干擾反而適得其反；下傾角如果太小就起不了作用。因此采用機械下傾方式較難解決高話務區接通率低和掉話率高的問題，只有采取可調電子下傾天線技術才能解決高話務區中的問題。

　　三、結束語

　　本文分析了雙極化天線及其方向性圖下傾技術對網絡的影響。和傳統單極化天線相比，雙極化天線技術具有節省天線數量，減少基建投資，對站址要求低和高接收分集增益等優點；電子下傾技術比機械下傾技術具有更高的精確度，同時可調電子下傾技術可以實時監測和調整無線網絡覆蓋，使無線網絡趨于精細，可以有效地控制無線覆蓋，加強服務小區的信號，同時減少同頻干擾。因此在將來的天線技術應用中，在基站密集等高話務地區，應該盡量采用雙極化天線和可調電子下傾技術，在邊、郊等話務量不高、基站不密集地區和只要求覆蓋地區，可以依舊使用傳統單極化天線和機械下傾技術。

----《通信世界報》