智能天線(xiàn)使用手冊(cè)

1、1、 引言1.1、智能天線(xiàn)的基本功能）智能天線(xiàn)定義N 列取向相同的天線(xiàn)按照一定方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理形成預(yù)定波束的陣列結(jié)構(gòu)天線(xiàn)。）智能天線(xiàn)基本功能智能天線(xiàn)可以通過(guò)改變各天線(xiàn)陣列的激勵(lì)，其中激勵(lì)包含幅值和相位，利用波的干涉原理形成預(yù)定波束。同時(shí)，TD-SCDMA智能天線(xiàn)接入到TD-SCDMA基站后，通過(guò)基站的實(shí)時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理算法，能夠自動(dòng)地產(chǎn)生多個(gè)窄波束方向圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)用戶(hù)的波束跟蹤，并自動(dòng)地抑制干擾方向的副瓣電平。從而降低了系統(tǒng)的干擾，提高了系統(tǒng)容量，達(dá)到空分多址的目的。1.2、智能天線(xiàn)與GSM天線(xiàn)的區(qū)別）結(jié)構(gòu)組成區(qū)別智能天線(xiàn)由兩個(gè)或以上天線(xiàn)陣列組成，而GSM系統(tǒng)天線(xiàn)只由一個(gè)天線(xiàn)

2、陣列構(gòu)成。如圖3、4所示： 8列單極化智能天線(xiàn) GSM單極化天線(xiàn)圖38通道雙極化智能天線(xiàn) GSM雙極化天線(xiàn)圖41.2.2）功能區(qū)別智能天線(xiàn)可以通過(guò)改變各天線(xiàn)陣列的激勵(lì)，利用波的干涉原理形成預(yù)定波束。而GSM天線(xiàn)只有一個(gè)陣列，其波束在設(shè)計(jì)時(shí)已確定，出廠(chǎng)后不可改變。2、 智能天線(xiàn)的分類(lèi)2.1、全向天線(xiàn)在360°任意方位上均可進(jìn)行波束掃描的智能天線(xiàn)陣列。2.2、定向單極化天線(xiàn)特指采用單極化輻射單元，組成定向陣列，可以在特定方向內(nèi)進(jìn)行波束掃描的天線(xiàn)陣列。2.3、定向雙極化天線(xiàn)特指采用雙極化輻射單元，組成定向陣列，可以在特定方向內(nèi)進(jìn)行波束掃描的天線(xiàn)陣列。2.4、未來(lái)發(fā)展前瞻總結(jié)一期試驗(yàn)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)

3、，業(yè)內(nèi)對(duì)智能天線(xiàn)提出了“四化”的要求，即雙極化、寬帶化、小型化和電調(diào)化。根據(jù)目前智能天線(xiàn)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，雙極化及小型化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，并大量應(yīng)用于二期建網(wǎng)中；寬帶化及電調(diào)化也在緊鑼密鼓的進(jìn)行中，并且是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，除此之外，rru一體化智能天線(xiàn)也是未來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)。詳細(xì)分析如下：2007年初，我國(guó)十城市TD-SCDMA試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始建設(shè)，當(dāng)時(shí)，智能天線(xiàn)產(chǎn)品只有單極化板狀定向智能天線(xiàn)陣和環(huán)狀全向智能天線(xiàn)陣兩種可供選擇。雖然基本上能夠滿(mǎn)足TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空間濾波對(duì)智能天線(xiàn)的電氣性能要求，但隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入，在工程實(shí)施方面遇到了諸多亟待解決的挑戰(zhàn)：1）天線(xiàn)橫截面積大，導(dǎo)致風(fēng)載

4、荷增加、安全等級(jí)下降；2）天線(xiàn)體積大，公眾時(shí)有抵觸情節(jié)，選址難度增加；3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需要閉站，且天線(xiàn)下傾角調(diào)節(jié)難度大；4）智能天線(xiàn)與城市景觀不融洽、不和諧。5）天線(xiàn)與rru之間接線(xiàn)復(fù)雜，工程量大，線(xiàn)損大，難于隱蔽等缺點(diǎn)。 應(yīng)對(duì)第1、2點(diǎn)挑戰(zhàn)，要求發(fā)展小型化智能天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)小型化的最佳途徑是，采用4列雙極化陣列，通過(guò)引入極化分集增益來(lái)彌補(bǔ)因天線(xiàn)口徑減少而引起的天線(xiàn)增益下降。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模試用都表明，小型化的雙極化智能天線(xiàn)，其寬度減小了一半，但網(wǎng)絡(luò)性能與常規(guī)8列天線(xiàn)水平相當(dāng)，已經(jīng)成為第二期TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主力產(chǎn)品之一。 應(yīng)對(duì)第3、4點(diǎn)挑戰(zhàn)，要求發(fā)展雙極化的電調(diào)智能天線(xiàn)。首先TD-SCD

5、MA網(wǎng)絡(luò)同CDMA網(wǎng)絡(luò)、WCDMA網(wǎng)絡(luò)一樣，也存在呼吸效應(yīng)。CDMA和WCDMA網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐表明，在解決呼吸效應(yīng)方面，采用電調(diào)天線(xiàn)對(duì)覆蓋蜂窩實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整是最有效的方法，國(guó)外的WCDMA網(wǎng)絡(luò)電調(diào)天線(xiàn)的使用量均超過(guò)了75%。其次，政府和公眾都預(yù)期對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋功率密度能夠和用戶(hù)數(shù)量及數(shù)據(jù)流量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)匹配，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保及減少電磁輻射污染的目的。第三，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)空間濾波和功率調(diào)配優(yōu)勢(shì)，在通信容量極高的城區(qū)可以得到淋漓盡致的發(fā)揮，但城區(qū)布網(wǎng)的特點(diǎn)是蜂窩較密，需要大量采用大傾角波束指向，而過(guò)大的機(jī)械下傾角會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的波束畸變，造成同頻干擾。第四，許多站址需要美化、隱蔽及環(huán)境和諧，如果按照

6、慣性思維采用機(jī)械調(diào)整下傾角度，則天線(xiàn)整體將占據(jù)更大的空間體積，這給隱蔽工作帶來(lái)更大的困難，無(wú)法讓公眾接受。綜上所述，在未來(lái)TD-SCDMA網(wǎng)工程建設(shè)和優(yōu)化中，電調(diào)智能天線(xiàn)不可避免的登上舞臺(tái)，成為智能天線(xiàn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主旋律。 目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)使用的是20102025MHz頻段，只有15MHz帶寬。對(duì)于擁有13億人口的中國(guó)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，未來(lái)必將啟用第二、第三頻段，目前規(guī)劃的是18801920MHz，23002400MHz。如果天線(xiàn)能夠同時(shí)滿(mǎn)足這三個(gè)頻段，或者其中兩個(gè)頻段，在未來(lái)擴(kuò)充頻段時(shí)，就不需要補(bǔ)充天線(xiàn)了。因此，發(fā)展寬頻帶天線(xiàn)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。 應(yīng)對(duì)第5點(diǎn)挑戰(zhàn)，要求發(fā)展一體化的智

7、能天線(xiàn)。一體化智能天線(xiàn)將rru與智能天線(xiàn)采用盲插式接頭結(jié)合在一起，天線(xiàn)與RRU無(wú)需電纜連接，外形美觀，施工便利；減少系統(tǒng)電纜連接，提高系統(tǒng)可靠性；減小射頻損耗，提高系統(tǒng)性能；方便安裝、拆裝，安裝時(shí)間降低90，便于施工與維護(hù)。因此，發(fā)展一體化智能天線(xiàn)是非常具有實(shí)用意義的。所以，綜合以上分析表明，智能天線(xiàn)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是“寬帶化、電調(diào)化和一體化”。3、相關(guān)基本概念3.1、單元波束、廣播波束、業(yè)務(wù)波束單元波束定義為：智能天線(xiàn)單一陣列的接收或者發(fā)射的水平面輻射方向圖。廣播波束定義為：對(duì)智能天線(xiàn)陣列施加特定的幅度和相位激勵(lì)所形成的全向覆蓋或扇區(qū)覆蓋的輻射方向圖。業(yè)務(wù)波束定義為：對(duì)智能天線(xiàn)陣列施加特定的

8、幅度和相位激勵(lì)所形成的在工作角域內(nèi)具有任意波束指向掃描以及具有高增益窄波束的方向圖。3.2、波束寬度波束寬度指波束的主瓣中功率電平下降一半（3dB）的角度范圍。3.3、波束權(quán)值a）什么是權(quán)值，什么是TD廣播波束權(quán)值；Ø 權(quán)值是天線(xiàn)各端口所施加的特定激勵(lì)信號(hào)的量化表示方法，天線(xiàn)端口施加特定激勵(lì)的目的是為了得到具有特定覆蓋效果的方向圖。Ø TD廣播權(quán)值是為得到滿(mǎn)足特定小區(qū)廣播信道覆蓋的方向圖而對(duì)各天線(xiàn)端口施加的激勵(lì)信號(hào)，權(quán)值可以表示為幅度/相位方式，幅度一般用電壓值表示，單位為伏特，（也可以用功率表示，單位：瓦），相位用角度作單位。 b）不同廠(chǎng)家天線(xiàn)廣播波束權(quán)值不同；Ø

9、; 各廠(chǎng)家的單元列方向圖因天線(xiàn)內(nèi)部具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不同而存在差異，因?yàn)閺V播波束是在權(quán)值作用下各單元列方向圖的矢量疊加，單元方向圖不同，自然可能存在權(quán)值差異；Ø 即便對(duì)于完全相同的單元方向圖，因廣播波束的要求存在一定范圍（比如半功角65±5,60度下降1015dB），所對(duì)應(yīng)的權(quán)值自然也不是唯一的。c）不同類(lèi)型天線(xiàn)廣播波束權(quán)值不同，特別是單極化雙極化完全不同，簡(jiǎn)述單極化天線(xiàn)和雙極化天線(xiàn)權(quán)值的特點(diǎn)；主要差別是權(quán)值數(shù)目不同，單極化天線(xiàn)需要8列天線(xiàn)同時(shí)工作，對(duì)應(yīng)的權(quán)值有16個(gè)數(shù)值（包括8個(gè)幅度和8個(gè)相位）；雙極化天線(xiàn)只需要4列天線(xiàn)同時(shí)工作，對(duì)應(yīng)的權(quán)值有8個(gè)數(shù)值（包括4個(gè)幅度和4個(gè)相位）

10、。d）給予同一面天線(xiàn)不同的廣播波束權(quán)值激勵(lì)，可以得到不同寬度的廣播波束，從而達(dá)到用軟件調(diào)整廣播波束寬度的目的；智能天線(xiàn)基本應(yīng)用原理就是通過(guò)不同權(quán)值得到不同的波束（包括業(yè)務(wù)波束，廣播波束），廣播波束可以由特定權(quán)值實(shí)現(xiàn)，不同的權(quán)值可以得到不同寬度的廣播波束，是智能天線(xiàn)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以不改變硬件，完全使用軟件方法實(shí)現(xiàn)波束的動(dòng)態(tài)調(diào)整。e）對(duì)于同一面天線(xiàn)可能存在若干組不同的廣播波束權(quán)值，都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定寬度（如65度）的廣播波束進(jìn)行賦形，這些組權(quán)值可能都是正確的，但只有一組是最優(yōu)的。前面提到，不同的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)將有不同的單元方向圖，權(quán)值的作用是對(duì)特定的單元方向圖進(jìn)行加權(quán)得到滿(mǎn)足應(yīng)用需要的陣列方向圖，我們認(rèn)為

11、絕對(duì)最優(yōu)的解是不能得到的，可以從兩方面理解：（1）“只有更好，沒(méi)有最好”，“最好”的東西可以被“更好”的超越，權(quán)值的獲得是不斷優(yōu)化的過(guò)程;（2）存在相對(duì)最優(yōu)權(quán)值，但有其存在的前提，(a)針對(duì)明確的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)，即針對(duì)具體的單元列方向圖；（b）確定最優(yōu)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，是3dB內(nèi)起伏小，3dB寬度穩(wěn)定,60度下降穩(wěn)定或EIRP損耗小等等判斷方法，缺乏判斷標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)是沒(méi)有意義的，而滿(mǎn)足所有標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)值難于獲得,即便暫時(shí)獲得，也不能斷定沒(méi)有更好的出現(xiàn)。4、廣播波束權(quán)值與廣播波束賦形的關(guān)系4.1、不同類(lèi)型智能天線(xiàn)65°廣播波束權(quán)值與對(duì)應(yīng)方向圖、定向單極化天線(xiàn)65°廣播波束權(quán)值與對(duì)應(yīng)方向圖極化類(lèi)

12、型廣播波束寬度權(quán)值端口1端口2端口3端口4端口5端口6端口7端口8單極化65 度幅度Ii0.501.01.00.710.711.01.00.50相位128.0-143.0-62.0-31.0-31.0-62.0-143.0128.0方向圖、定向雙極化天線(xiàn)65°廣播波束權(quán)值與對(duì)應(yīng)方向圖極化類(lèi)型廣播波束寬度權(quán)值端口1端口2端口3端口4端口5端口6端口7端口8雙極化65 度幅度Ii0.53110.530.53110.53相位-10000-100-10000-100方向圖 4.2、同一面智能天線(xiàn)加以不同權(quán)值激勵(lì)得到的不同寬度廣播波束賦形舉例（以雙極化天線(xiàn)為例）4.2.1、30°廣播波束的權(quán)值與方向圖極化類(lèi)型廣播波束寬度權(quán)值端口1端口2端口3端口4端口5端口6端口7端口8雙極化30 度幅度Ii0.53110.530.53110.53相位-4500-45-4500-45方向圖4.2.2、65°廣播波束的權(quán)值與方向圖極化類(lèi)型廣播波束寬度權(quán)值端口1端口2端口3端口4端口5端口6端口7端口8雙極化65 度幅度Ii0.53110.530.53110.53相位-10000-100-10000-100方向圖 4.2.3、90°廣播波束的權(quán)值與方向圖極化類(lèi)型廣播波束寬度權(quán)值端口1端口2端口3端口4端口5端口6端