【正文】 簡(jiǎn)單的估算。比如，希望主波束的上側(cè)零點(diǎn)方向?qū)?zhǔn)同信道小區(qū)，則可以求出下傾角為其中第一項(xiàng)為波束最大方向與上側(cè)零點(diǎn)之間的夾角，第二項(xiàng)為零點(diǎn)方向與水平線方向的夾角，它通過(guò)天線架高H除以距離R3求反正切得到。類似地，波束0dB點(diǎn)(最大方向)、3dB點(diǎn)、6dB點(diǎn)、上側(cè)第一副瓣點(diǎn)方向?qū)?zhǔn)同信道小區(qū)或者目標(biāo)小區(qū)邊緣R1處的下傾角都可以求出，它們各有不同的參考意義。另外，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，0～3度下傾天線常用于話務(wù)量小、空曠的地區(qū)，如公路沿線、郊區(qū)等覆蓋，架設(shè)高度較低，采用高增益天線以增加覆蓋距離；4～7度下傾天線常用于話務(wù)量偏小、但易受干擾的地區(qū)，如郊區(qū)、學(xué)校等覆蓋，架設(shè)高度較低；8～15度下傾天線常用于話務(wù)量中等的地區(qū)，如居民區(qū)、街道等覆蓋，通常采用中等增益天線，架設(shè)高度較高；大于15度以上的下傾天線謹(jǐn)慎使用，主要解決話務(wù)量大、干擾嚴(yán)重、建筑物高的地區(qū)，如繁華商業(yè)區(qū)、高層住宅區(qū)等覆蓋，通常采用中等增益天線，架設(shè)高度高。過(guò)大的下傾角容易使方位覆蓋波束畸變，且在繁華商業(yè)區(qū)基站密集，上側(cè)第一副瓣容易干擾同頻小區(qū)，因此需要作副瓣抑制，如圖334所示。圖 333 天線波束寬度的關(guān)系圖 334 垂直波束下傾角的設(shè)置三、優(yōu)化覆蓋與波束賦形服務(wù)區(qū)內(nèi)的覆蓋涉及到天線的水平面方向圖(方位覆蓋)和垂直面方向圖(距離覆蓋)特性。對(duì)于方位覆蓋，觀察采用3扇區(qū)的天線，每個(gè)扇區(qū)的天線在方位上完成120186。的覆蓋，如圖335所示。每個(gè)扇區(qū)的天線在最大輻射方向偏離177。60186。時(shí)到達(dá)覆蓋邊緣，需要切換到相鄰扇區(qū)工作。在177。60186。的切換角域，方向圖電平應(yīng)該有一個(gè)合理的下降。電平下降太多時(shí)，在切換角域附近容易引起覆蓋盲區(qū)掉話；電平下降太少時(shí)，在切換角域附近覆蓋產(chǎn)生重疊，導(dǎo)致相鄰扇區(qū)干擾增加而使接收誤碼率上升。理論仿真和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：在密集建筑的城區(qū)，由于多徑反射嚴(yán)重，為了減小相鄰扇區(qū)之間的相互干擾，在177。60186。的電平下降至10dB左右為好；而在空曠的郊區(qū)，由于多徑反射少，為了確保覆蓋良好，在177。60186。的電平下降至6dB左右為好。圖 335 三扇區(qū)方位覆蓋方案圖 336 65度與90度天線波束寬度比較由于衡量天線波束寬度的指標(biāo)為半功率寬度，根據(jù)天線原理以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以知道，在177。60186。的電平下降至10dB時(shí)，該天線的半功率寬度約為65186。；而在177。60186。的電平下降至6dB時(shí)半功率寬度約為90186。兩種天線典型的實(shí)測(cè)方向圖如圖336所示。由此可以看出，為了獲得良好的方位覆蓋效果，在城區(qū)宜選用半功率寬度為65186。的天線，并采用極化分集形式以獲得良好的分集效果；在郊區(qū)宜選用半功率寬度為90186。的天線，并采用空間分集形式以獲得良好的分集效果。對(duì)于距離覆蓋，觀察圖337的垂直面方向圖。波束應(yīng)該適當(dāng)下傾，下傾角度最好使得最大輻射指向圖332中目標(biāo)服務(wù)區(qū)的邊緣R1，如此，隨著服務(wù)區(qū)內(nèi)的距離增加，天線方向圖強(qiáng)度同步增加以彌補(bǔ)空間損耗的增加，使得服務(wù)區(qū)內(nèi)信號(hào)覆蓋電平盡量均勻。同時(shí)，最佳下傾角的設(shè)置還應(yīng)該兼顧上述同頻干擾的問(wèn)題。圖 337 垂直面方向圖波束賦形設(shè)計(jì)圖 338 陣列天線波束連續(xù)電調(diào)掃描原理在兼顧同頻干擾和最佳覆蓋時(shí)，圖337的垂直面方向圖應(yīng)該作波束賦形。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)上側(cè)的副瓣電平進(jìn)行抑制，以降低同頻干擾，同時(shí)對(duì)下側(cè)的方向圖零點(diǎn)作填充，避免在服務(wù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)覆蓋盲點(diǎn)。對(duì)于高增益天線，方向圖主波束電平下降斜率陡峭，且方向圖零點(diǎn)出現(xiàn)的角度小，為了得到盡可能的均勻覆蓋，零點(diǎn)填充尤為必要。波束賦形的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)優(yōu)化調(diào)整各個(gè)輻射單元的饋電幅度分布和相位分布來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，相位分布的調(diào)整更為重要，或者說(shuō)，僅調(diào)整相位分布也可以實(shí)現(xiàn)波束賦形。在作波束賦形的同時(shí)，波束下傾可以采用機(jī)械下傾，也可以采用電調(diào)下傾，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。首先討論陣列天線波束連續(xù)電調(diào)掃描的原理，參見(jiàn)圖338。對(duì)于間隔排列為d的N單元陣列，當(dāng)相鄰單元的相位呈等相均勻分布時(shí)，天線最大波束形成于法向正前方。當(dāng)相鄰單元的依次相差相位Φ時(shí)，最大波束形成于θ0空間方向，由(331)式?jīng)Q定設(shè)計(jì)一個(gè)可連續(xù)改變相位的移相器裝置，可以得到不同的相位Φ，從而實(shí)現(xiàn)指向θ0方向的波束掃描。垂直面方向圖波束下傾無(wú)論采用機(jī)械方式還是電調(diào)方式，從水平面來(lái)看，隨著下傾角度的增加，在原來(lái)的波束正前方，信號(hào)電平采取同樣的方式下降，仿真結(jié)果如圖339和圖340所示。二者的差別在于：隨著下傾角的增大，方位角偏離177。60186。兩側(cè)方向的場(chǎng)強(qiáng)下降方式不同。電調(diào)方式的電平同步下降，因此距離覆蓋范圍雖然變小，但覆蓋角域不變。而機(jī)械方式的電平?jīng)]有同步下降，其邊緣覆蓋角域電平相對(duì)增強(qiáng)，造成對(duì)相鄰扇區(qū)的干擾。觀察圖339和圖340中18dBi的高增益天線，實(shí)際使用時(shí)的下傾角在0～3186。之內(nèi)，因此波束畸變都不明顯，特殊情況下，下傾角超過(guò)5186。時(shí)，采用電調(diào)為好。對(duì)于15dBi的中等增益天線，情況類似：此時(shí)圖339和圖340中的曲線特性保持不變，只不過(guò)相對(duì)應(yīng)的下傾角加大了一倍，分別更改標(biāo)記為0186。、6186。、8186。、10186。、12186。、14186。，而實(shí)際使用時(shí)的下傾角在0～6186。之內(nèi)，同樣波束畸變不明顯，特殊情況下，下傾角在10186。之上時(shí)，也是采用電調(diào)為好。所以，下傾角不是很大時(shí)，可以采用機(jī)械方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性和增益更高，性價(jià)比也高。下傾角過(guò)大或者需要對(duì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整優(yōu)化時(shí)，建議采用電調(diào)方式。圖 339 18dBi天線波束機(jī)械下傾時(shí)方位方向圖的圖 340 18dBi天線波束電調(diào)下傾時(shí)方位方向圖的變化四、智能天線技術(shù)智能天線的概念可通過(guò)圖341予以描述。智能天線系統(tǒng)以陣列天線和實(shí)時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理算法為基礎(chǔ)，能夠從多個(gè)路徑信號(hào)和干擾信號(hào)中把有用信號(hào)區(qū)分出來(lái)，自動(dòng)地產(chǎn)生多個(gè)窄波束方向圖，把主瓣指向不同的移動(dòng)臺(tái)用戶，并自動(dòng)地抑制干擾方向的副瓣電平。智能天線所具有的這種精確跟蹤能力和干擾抑制能力可以使其在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)的幾個(gè)用戶使用相同的信道，從而提高了系統(tǒng)容量，到達(dá)空分多址(SDMA)的目的。圖 341 智能天線的概念圖 342 三種智能天線實(shí)現(xiàn)方案圖342歸納了三種典型的智能天線實(shí)現(xiàn)方案。其中圖342A稱為固定多波束或開(kāi)關(guān)波束智能天線，它有一個(gè)固定的射頻多波束形成網(wǎng)絡(luò)BN，可以產(chǎn)生4個(gè)獨(dú)立的波束，上行接收時(shí)，4個(gè)波束通過(guò)獨(dú)立的接收機(jī)Rx可以判斷出移動(dòng)用戶的來(lái)波方向(DOA)，由此控制波束開(kāi)關(guān)(Switch)選擇發(fā)射波束下行指向移動(dòng)用戶。每個(gè)波束半功率寬度約為25186。，在方位上實(shí)現(xiàn)30186。范圍覆蓋，4個(gè)波束聯(lián)合覆蓋120186。角域，如圖343b所示。比較圖343a的常規(guī)三扇區(qū)65186。天線方向圖，它由一個(gè)寬波束同樣覆蓋120186。范圍。顯然，4個(gè)窄波束各自接收到的干擾信號(hào)只有三扇區(qū)天線的1/4，而發(fā)射時(shí)，增益也提高了6dB。圖342B稱為交織多波束智能天線，它將雙工器Dx置于射頻的多波束形成網(wǎng)絡(luò)BN之前，上行的波束數(shù)目由接收機(jī)的數(shù)目Rx決定，圖中是4個(gè)。上行接收時(shí)，4個(gè)波束通過(guò)獨(dú)立的接收機(jī)Rx來(lái)判斷移動(dòng)用戶的來(lái)波方向，并將控制信號(hào)發(fā)至波束選擇開(kāi)關(guān)，下行發(fā)射可以產(chǎn)生2組4波束，2個(gè)組錯(cuò)開(kāi)15186。，交織產(chǎn)生8個(gè)波束，如圖圖343c所示。因此，本方案具有更窄的下行波束，可獲得更高精度的定位以及對(duì)其它移動(dòng)用戶產(chǎn)生更小的干擾。圖342C是真正意義上的先進(jìn)智能天線解決方案。它的上行接收通道與圖342B相似，但下行發(fā)射時(shí)每個(gè)天線單元都配接一個(gè)有源小功率發(fā)射機(jī)Tx，由此波束掃描部件(Beam Steer)可以靈活產(chǎn)生任意指向的窄波束，精確地定位于移動(dòng)用戶，多個(gè)窄波束如圖343d所示。此方案的下行波束指向精度沒(méi)有限制，一旦根據(jù)上行接收實(shí)時(shí)地精確估算出來(lái)波和干擾的方向，則下行波束不但可以實(shí)時(shí)調(diào)整跟蹤移動(dòng)用戶，同時(shí)還可以將方向圖零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾源。圖 343 常規(guī)天線方向圖與智能天線方向圖比較智能天線進(jìn)展緩慢是因?yàn)樵贔DD模式上實(shí)現(xiàn)的難度較大，而采用TDD模式的TSSCDMA系統(tǒng)則有利于智能天線的實(shí)現(xiàn)。智能天線進(jìn)入實(shí)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：l 智能天線波束成型的結(jié)果等效于天線增益的增大，從而提高了接收的靈敏度；l 智能天線波束的成型算法可以將多徑傳播綜合考慮，克服了多徑傳播引起的系統(tǒng)性能惡化，還可以利用多徑能量來(lái)改善系統(tǒng)性能；l 智能天線波束成型之后，只有來(lái)自主瓣和較大副瓣方向的信號(hào)才會(huì)對(duì)有用信號(hào)形成干擾，大大降低了多用戶干擾問(wèn)題，同時(shí)小區(qū)間的干擾也大大減少；l 智能天線獲取的來(lái)波信息可用于實(shí)現(xiàn)用戶定位；l 智能天線使用多個(gè)小功率放大器代替大功率發(fā)射機(jī)，基站成本降低。同時(shí)，多發(fā)射機(jī)方案可增加系統(tǒng)的冗余，提高設(shè)備的可靠性；l 智能天線發(fā)射所需的輸入功率小，這表明在同等功率情況下，覆蓋距離和范圍增加；l 智能天線具備定位和跟蹤用戶終端的功能，從而可以自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)以滿足業(yè)務(wù)要求，并實(shí)現(xiàn)信道的動(dòng)態(tài)分配；l 智能天線根據(jù)來(lái)波定位信息，可以一次性完成用戶的接力切換，避免了頻繁的軟切換以及大量無(wú)線資源的占用，提高了通信質(zhì)量、系統(tǒng)容量和效率。３１ / 3