移动通信中的智能天线技术

移动通信中的智能天线技术【摘要】对现代移动通信系统中采用的智能天线技术进行了研究。介绍了智能天线技术的概念；阐述了智能天线的工作原理，基本结构，应用技术和类型；列举了智能天线技术采用算法，并重点说明了现今智能天线技术采用较多的几种自适应算法；同时，还叙述了智能天线在TD-SCDMA 中的应用,以及未来的发展前景。

一、概述

智能天线又称为自适应天线阵列，兴起于20世纪60年代。智能天线技术的核心是阵列信号处理，早期应用集中于雷达和声纳检测领域，70年代后期被引入军事通信，而应用于民用蜂窝通信则是近10年的事情。一般而言，智能天线是专指用于移动通信中的自适应天线阵列。在移动通信中引入智能天线技术的目的是为了充分利用空域资源，提高系统的性能和容量。移动通信中信道传输条件较恶劣，信号在到达接收端前会经历衰减、衰落和时延扩展，另外还有来自其他用户的干扰，它们是限制系统通信质量和容量的重要因素。为了对抗这些影响，在第2代系统中广泛采用了诸如调制、信道编码、均衡（TDMA系统）、RAKE接收（CDMA 系统）等时频域信号处理技术，以及分集天线、扇形天线等简单空间处理技术，在发挥各自功效的同时，它们有共同的不足，即无法对空域资源进行有效利用。理论研究和实测结果均表明，有用信号、其延时样本和干扰信号往往具有不同的DOA（波达角）和空间信号结构，利用这一空域信息可以使我们获得附加的信号处理自由度，从而能更有效地对抗衰落和抑制干扰。为了满足人们不断增长的对移动通信质量和容量的要求，越来越多的研究者和工程技术人员将目光投向智能天线技术。

在移动通信中引入智能天线技术后，可以起到空域滤波作用：在用户信号方向形成高的接收增益，而在干扰方向形成“零陷”或较低的接收增益，提高信号噪声干扰比，进而提高系统性能和容量。

二、智能天线的工作原理

移动通信系统中采用的智能天线技术在工作时引入了空分多址的概念，利用用户空间位置的不同来区分用户。系统通过调整天线阵列中各个天线单元上的可编程器件，来改变各个天线单元的权值，从而将天线用于接收信号的波束导向具体某一方向，产生定向的空间波束，产生的天线波束的主波束对准期望信号方向，旁瓣或零陷对准干扰信号，有效地接收了期望信号，并消除了干扰；智能天线系统还利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术，在同一信道上实现了接收和发送多个移动用户信号，而互不干扰的效果，使不同的移动用户可以使用同一段频谱资源，实现了资源共享。

三、智能天线结构

智能天线系统在结构上已经形成了模块化设计，大体分为天线阵列，模/数或者数/模转换，自适应处理，波束成型网络等四大部分。其中天线阵列用于在接收或发送模拟信号时形成期望的波束，主要分为线阵，面阵，圆阵，三角阵，不规则阵和随机阵等；模/数或数/模转换部分在接收信号时将模拟信号转换成数

字信号，在发送信号时将数字信号转换成模拟信号；自适应处理部分根据自适应算法和波达角估计算法来产生期望的权值；波束成型网络部分通过得出的权值对各个天线阵元进行动态自适应加权处理，并利用天线陈列产生期望的自适应波束。

四、智能天线的应用技术

按照技术方向划分，智能天线的技术主要可以分为智能天线的接收部分技术，发送部分技术，以及动态信道分配技术等三方面技术。其中智能天线的接收技术应用于移动通信中接收上行链路传输的移动用户信号的过程，通过采用信道估计和均衡技术抵抗在同一信道接收的不同用户间的多址干扰和码间串扰，分离出各个移动用户，接收的同时，为了给系统发送信息提供相关参数，还需要估计出反映用户空间位置信息的参量；发送部分技术，是系统利用下行链路发送移动用户信号的过程中使用的技术，主要是通过动态控制发射信号功率实现的，保证每个用户只接收系统发给它的下行信号，不受同一信道中系统发送的其他用户信号的干扰，减少其他移动用户对该用户的干扰；动态信道分配技术则是通过空分信道与时分信道、频分信道、码分信道以及切换技术相结合方式，保障通信质量，有效利用信道资源。

五、智能天线的类型

在智能天线的应用过程中，系统的波束形成方案按照形成的波束的方向图是否是固定不变，将对应两种不同的工作方式，各个工作方式对应的智能天线分别称为多波束切换智能天线和自适应智能天线。其中多波束切换的智能天线采用固定的，预定义，有限数目的波束，每个波束的指向是固定的方向，波束宽度也随天线阵元的数目而确定，在同一信道采用不同波束给不同用户发送信号，接收时从预定义的波束选择进行接收，其工作波束图如图所示。

多波束切换的智能天线，接收的用户信号并不一定在波束中心，当用户位于波束边缘及干扰信号位于波束中央时，接收效果最差，所以多波束的智能天线，虽然实现较为简单，已为许多工程使用，但其在理论上并不是最佳接收。自适应的智能天线采用自适应算法进行处理，其工作原理主要使用反馈控制的方法，改变天线阵列中各个天线单元的权值，从而改变天线阵元形成的波束方向图：将接收的方向图主瓣对准信号接收方向，副瓣，零陷对准干扰方向，从而接收有用信号，抑制干扰信号，提高了系统工作的信噪比，其工作波束图如图所示。自适应智能天线的接收是最佳接收，经实验论证，在没有多径干扰和角度扩展的情况下，其误码率为零。在现在应用中自适应智能天线虽然在理论上可实现最佳接收，但当接收移动用户超过智能天线系统的容量，多颈干扰严重时，仍很难识别用户信

息，而自适应智能天线通过自适应算法自动调整接收天线方向图，虽然可以达到理论上的最佳接收效果，但因为自适应智能天线需要通过自适应算法进行大量计算，因此对实时性较差，在实际应用中较少使用，但它是理术现在和未来主要的发展方向。

六、智能天线的算法

由于自适应智能天线系统的核心是其使用的波束形成算法，因此对自适应智能天线的波束形成算法的研究在使用智能天线技术的现代通信中占有重要地位。通过对波束形成算法的研究并对其加以改进，是未来改进自适应智能天线，以使其成为在实际中大规模应用主要措施之一。

智能天线的波束形成算法统计的最优波束形成方案主要有SNR、LCMV 和MMSE 三种。其中SNR 方案要求在系统阵列的输出端使期望信号分量功率与噪声分量功率之比最大；LCMV 方案基于在某个线性约束的条件下，使阵列输出的方差最小的原理工作；MMSE 方案则要求满足阵列输出与期望响应之差最小化的条件。以上三种方案都是基于使代价函数最小，从而使阵列输出端的信号质量最优原理，求出各个方案下权值的计算公式，从而得出期望波束，实现自适应调整。

其中MMSE 准则较多采用，由该准则推导出的许多自适应算法在实际中得到很多应用。MMSE 方案主要分为两种准则：

a)LS 算法准则。被称为最小二乘算法，基于时间平均进行统计运算。LS 算法是在有限数目的时间采样上使阵列输出和期望响应间的差值最小。在LS 算法中代价函数为：

2

P?1

J w k=w k H u m?d k,m

m=0

通过计算得，LMS 算法使J w k最小的得到的w k为

w k=A h A A H d k

b)MMSE 算法准则。被称为最小均方差算法，基于集平均进行统计运算。MMSE 算法从集平均的角度考虑，计算出一个权向量，在稳态的所有可能实现的集合中是最优的。在MMSE 算法中代价函数为：

J w k=E w k H u i?d k,i2

通过计算得，MMSE 算法使J w k最小的得到的w k为：

w k=R?1p

智能天线的三种最优波束形成方案虽然是系统的最优波束形成方式，但需要求解正规方程，为其在移动通信系统普及应用造成了困难，因为权向量必须随着移动环境进行周期性自适应调整，而每次调整的权向量值照原值仅有很小变化，但每次求解正规方程得出权向量计算量很大；同时，估计的权向量数据可能会受到噪声污染，需要对权向量进行更新，以平滑对最优响应的估计，减少噪声影响，因此在实际应用中自适应智能天线系统大多采用自适应算法进行周期更新权向量，进行周期处理。

智能天线的自适应算法，主要分为盲算法、非盲算法、半盲算法三种。其中非盲自适应算法需要系统提供训练序列，包含处理信号的相关信息参数，通过这些参数来进行自适应处理，根据接收到的训练序列可以确定信道响应，并通过一定的准则得出天线单元权值，从而改变智能天线的波束方向图，提高了系统信噪比，减少出现误差几率。现在主要有：LMS 自适应算法和RLS 自适应算法等；而盲自适应算法不需要提供训练序列，通过与具体承载信息比特无关的一些特征对接收信号的某些特性进行恢复而进行自适应的，主要有恒模算法，最小二乘恒模算法，Bussgang算法等；而半盲算法则是综合了盲算法和非盲算法特点，先用非盲算法确定初始的权值，然后再用盲算法进行跟踪和调整，从而完成自适应处理。

三种智能天线的自适应算法都有相应的优缺点，非盲算法实现比较简单，但需要参考信号，额外占用了相应的频谱资源；盲自适应算法不需要参考信号，不额外占用频带资源，但它们需要计算的数据量比较大，且容易受到强干扰的影响。非盲自适应算法综合了盲自适应算法和非盲自适应算法优点，但实现起来比较复杂。实际应用中主要采用的盲自适应算法和非盲自适应算法，再配以波束方向角估计进行工作。

计算权值的所采用的自适应算法都是基于某个方向性进行工作的，为了确定接收到的信号的方向，以及判断接收到的是否是处理范围的方向的信号，需要使用DOA算法对接收到的所有信号进行估计，确定信号的方向，处理范围内接收信号的数目，信号的协方差矩阵等信息。智能天线基于阵列的DOA估计算法主要分为四大类：传统法、子空间法、最大似然法、将特性恢复法和子空间法结合的综合法。

其中传统法需要大量的阵元才能获得高分辨率，子空间法利用输入数据矩阵的特征结构实现，是高分辨率的次最优算法；最大似然法通过大计算量可以得到最佳估计值，即使在信噪比很低的情况下也可以得到相应估计值，而综合法利用特性恢复方案区分多个信号，估计空间特征，进而采用子完成智能天线系统定位和下行波束形成的功能，从而提高智能天线系统的分辨率。

七、智能天线在TD-SCDMA中的应用

智能天线的布阵方式一般有直线阵、圆阵和平面阵, 阵元间距1 /2波长(若阵元间距过大会使接收信号彼此相关程度降低, 太小则会在方向图形成不必要的栅瓣, 故一般取半波长)。智能天线采用数字信号处理技术判断用户信号到达方向(即DO A估计) , 并在此方向形成天线主波束, 他根据用户信号的不同空间传输方向提供不同的信道,等同于有线传输时的线缆,从而可以有效的抑制干扰。

考虑到软件无线电系统要求在中频进行采样, 然后用软件完成中频处理。每秒几十兆的采样速率要求DSP必须有足够快的速度完成操作。但是粗略的计算表明, 即使采用最快的器件, 在DSP上用软件实现下变频功能还是不现实的, 因为

DSP只能完成基带处理的功能。一个比较实用的方案是采用专业的可编程逻辑器件来完成高速的滤波和处理, 以减轻DSP的压力。由于实时处理时对处理速度的需求很高, 仅靠单DSP系统性能的提高已经不能满足要求。而并行通用浮点DSP

将片间并行功能集成在单片DSP内部, 可以获得很高的并行处理能力和并行效率, 因此在实际系统中都是采用并行DSP阵列来提高处理能力。理论上, N 个DSP并行可以提供N倍的处理能力, 但在实际系统中必须在算法设计上付出很大的代价。一个好的算法应该能够尽量并行而且适合多个DSP同时实现, 同时还要使得处理器之间的数据交换应尽可能少和尽可能快。

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线, 通过一组带有可编程电子相

位关系的固定天线单元获取方向性, 并可以同时获取基站和移动台之间各个链

路的方向特性。TD SCDM A智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性(无线环境和传输条件相同) 而获得的。此外, 智能天线可减少小区间干扰也可减少小区内干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。具体而言, TD SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的,直径为25 cm。同全方向天线相比, 他可获得8 dB的增益。其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励, 利用波的干涉原理可以产

生强方向性的辐射方向图, 使用DSP方法使主瓣自适应地指向移动台方向, 就可达到提高信号的载干比, 降低发射功率等目的。智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用, 使频谱效率得以显著地提高。

由于每个用户在小区内的位置都是不同的。这一方面要求天线具有多向性, 另一方面则要求在每一独立的方向上, 系统都可以跟踪个别的用户。通过DSP控制用户的方向测量使上述要求可以实现。每用户的跟踪通过到达角进行测量, 在TD SCDM A系统中,由于无线子帧的长度是5 ms, 则至少每秒可测量200次, 每个用户的上下行传输发生在相同的方向, 通过智能天线的方向性和跟踪性, 可获

得其最佳的性能。

TDD模式的TD SCDM A的进一步的优势是用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上。因此在上行和下行2个方向中的传输条件是相同的或者说是对称的,使得智能天线能将小区间干扰降至最低,从而获得最佳的系统性能。

通过智能天线获得的较高的频谱利用率, 使高业务密度城市和城区所要求

的基站数量相应地变得较低。此外, 在业务量稀少的乡村, 智能天线的方向性可使无线覆盖范围增加1倍。无线覆盖范围的增长使得在主要业务覆盖的宽广地区所需的基站数量降至通常情况的1/4。

八、结语

文章对智能天线的基本模型、工作原理、工作方式进行了阐述，并对智能天线工作时采用的自适应算法及波束形成算法进行了研究，并展望了智能天线的应用前景，作为有效提高系统通信质量和容量的技术，智能天线技术在移动通信未来发展中占有极其重要的地位。相信随着硬件处理能力的提高，自适应算法的改进，性能的逐步改善，智能天线技术将在未来的移动通信领域扮演重要角色，成为不可或缺的核心技术之一。

移动通信中的智能天线技术

移动通信中的智能天线技术【摘要】对现代移动通信系统中采用的智能天线技术进行了研究。介绍了智能天线技术的概念；阐述了智能天线的工作原理，基本结构，应用技术和类型；列举了智能天线技术采用算法，并重点说明了现今智能天线技术采用较多的几种自适应算法；同时，还叙述了智能天线在TD-SCDMA 中的应用,以及未来的发展前景。 一、概述 智能天线又称为自适应天线阵列，兴起于20世纪60年代。智能天线技术的核心是阵列信号处理，早期应用集中于雷达和声纳检测领域，70年代后期被引入军事通信，而应用于民用蜂窝通信则是近10年的事情。一般而言，智能天线是专指用于移动通信中的自适应天线阵列。在移动通信中引入智能天线技术的目的是为了充分利用空域资源，提高系统的性能和容量。移动通信中信道传输条件较恶劣，信号在到达接收端前会经历衰减、衰落和时延扩展，另外还有来自其他用户的干扰，它们是限制系统通信质量和容量的重要因素。为了对抗这些影响，在第2代系统中广泛采用了诸如调制、信道编码、均衡（TDMA系统）、RAKE接收（CDMA 系统）等时频域信号处理技术，以及分集天线、扇形天线等简单空间处理技术，在发挥各自功效的同时，它们有共同的不足，即无法对空域资源进行有效利用。理论研究和实测结果均表明，有用信号、其延时样本和干扰信号往往具有不同的DOA（波达角）和空间信号结构，利用这一空域信息可以使我们获得附加的信号处理自由度，从而能更有效地对抗衰落和抑制干扰。为了满足人们不断增长的对移动通信质量和容量的要求，越来越多的研究者和工程技术人员将目光投向智能天线技术。 在移动通信中引入智能天线技术后，可以起到空域滤波作用：在用户信号方向形成高的接收增益，而在干扰方向形成“零陷”或较低的接收增益，提高信号噪声干扰比，进而提高系统性能和容量。 二、智能天线的工作原理 移动通信系统中采用的智能天线技术在工作时引入了空分多址的概念，利用用户空间位置的不同来区分用户。系统通过调整天线阵列中各个天线单元上的可编程器件，来改变各个天线单元的权值，从而将天线用于接收信号的波束导向具体某一方向，产生定向的空间波束，产生的天线波束的主波束对准期望信号方向，旁瓣或零陷对准干扰信号，有效地接收了期望信号，并消除了干扰；智能天线系统还利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术，在同一信道上实现了接收和发送多个移动用户信号，而互不干扰的效果，使不同的移动用户可以使用同一段频谱资源，实现了资源共享。 三、智能天线结构 智能天线系统在结构上已经形成了模块化设计，大体分为天线阵列，模/数或者数/模转换，自适应处理，波束成型网络等四大部分。其中天线阵列用于在接收或发送模拟信号时形成期望的波束，主要分为线阵，面阵，圆阵，三角阵，不规则阵和随机阵等；模/数或数/模转换部分在接收信号时将模拟信号转换成数

第三代移动通信TD-SCDMA系统主要技术简介

3. 第三代移动通信TD－SCDMA系统主要设备和技术介绍 .1 TD－SCDMA标准的提出与形成 .2 TD－SCDMA系统概述 .2.1 TD-SCDMA系统主要技术性能 概括地讲，TD－SCDMA系统的主要技术性能有： 1. 工作频率： 2010～2025MHz 2. 载波带宽： 1.6MHz 3. 占用带宽： 5MHz (容纳三个载波，即1.6MHz×3) 4. 每载波码片速率： 1.28Mcps 5. 扩频方式： DS , SF=1/2/4/8/16 6. 调制方式： QPSK 7. 帧结构：超帧720ms, 无线帧10ms 8. 子帧： 5ms 9. 时隙数： 7 10. 支持的业务种类： * 高质量的话音通信 * 电路交换数据 (与当前GSM网络9.6Kbps兼容) * 分组交换数据（9.6~384Kbps，以后达到2Mbps） * 多媒体业务 * 短消息 11. 每载波支持对称业务容量： 每时隙话音信道数：16 （8Kbps话音，双向信道，同时工作；也可以用 两个信道支持13Kbps话音) 每载波话音信道数：16×3＝48 （对称业务） 频谱利用率： 25Erl./MHz 12. 每载波支持非对称业务容量： 每时隙总传输速率：281.6Kbps (数据业务) 每载波总传输速率：1.971Mbps 频谱利用率： 1.232Mbps/MHz 13. 基站覆盖范围： 在人口密集市区： 3~5Km (根据电波传播环境条件决定) 在城市郊区；适当调整时隙结构可达到10～20Km (与FDD制式相同) 14. 通信终端移动速度：基于智能天线和联合检测的高性能数字信号处理 技术，经 过仿真，通信终端的移动速度可以达到250km/h。

4G系统中多天线技术

4G系统中多天线技术 由于第三代移动通信系统（3G）还存在一些不足，包括很难达到较高的通信速率，提供服务速率的动态范围不大，不能满足各种业务类型要求，以及分配给3G系统的频率资源已经趋于饱和等，于是人们提出了第四代移动通信系统（4G）的构想。4G的关键技术包括：（1）调制和信号传输技术（OFDM">OFDM）；（2）先进的信道编码方式（Turbo 码和LDPC）；（3）多址接入方案（MC- CDMA和FH-OFCDMA）；（4）软件无线电技术；（5）MIMO 和天线">智能天线技术；（6）基于公共IP 网的开放结构。研究表明，在基于CDMA技术的3G 中使用多天线技术能够有效降低多址干扰，空时处理能够极大增加CDMA系统容量。凭在提高频谱利用率方面的卓越表现，MIMO和智能天线成为4G发展中炙手可热的课题。智能天线技术智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信领域。使用智能天线可以在不显著增加系统复杂程度的情况下满足服务质量和扩充容量的需要。1.基本原理和结构智能天线利用数字信号处理技术，采用先进的波束转换技术（switchedbeamtechnology）和自适应空间数字处理技术（adaptivespatialdigitalprocessingtechnology），判断有用信号到达方向（DOA）通过选择适当的合并权值，在此方向上形成天线主波束，同时将低增益旁瓣或零陷对准干扰信号方向。在发射时，能使期望用户的接收信号功率最大化，同时使窄波束照射范围外的非期望用户受到的干扰最小，甚至为零。智能天线引入空分多址（SDMA）方式。在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，用户仍可以根据信号空间传播路径的不同而区分。实际应用中，天线阵多采用均匀线阵或均匀圆阵。智能天线系统由天线阵；波束成形成网络；自适应算法控制三部分组成（见图1）。 图 1典型的智能天线系统 2.智能天线的分类智能天线主要分为波束转换智能天线（switchedbeamantenna）和自适应阵列智能天线（adaptivearrayantenna）。（1）波束转换智能天线波束转换智能天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，它利用多个并行窄波束（15°～30°水平波束宽度）覆盖整个用户区，每个波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元的数目而确定（见图2）。波束转换系统实现比较经济，与自适应天线相比结构简单，无需迭代，响应快、鲁棒性好。但预先设计好的工作模式有限，窄波束的特性将极大地影响系统性能。 图 2波束转换智能天线 （2）自适应阵列智能天线自适应阵列智能天线实时地对用户到达方向（DOA）进行估计，在此方向上形成主波束，同时使旁瓣或零陷对准干扰方向。自适应天线阵列一般采用4～16天线阵元结构，阵元间距为1/2波长（若阵元间距过大会使接收信号彼此相关程度降低，太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，可能放大噪声或干扰）。图3对自适应阵列智能天线与波束转换智能天线进行了比较。 图 3自适应阵列智能天线（a）与束转换智能天线（b）的比较 3.智能天线的自适应波束成形技术智能天线技术研究的核心是自适应算法，可分为盲算法、半盲算法和非盲算法。非盲算法需借助参考信号，对接收到的预先知道的参考信号进行处理可以确定出信道响应，再按一定准则（如迫零准则）确定各加权值，或者直接根据某一准则自适应地调整权值（即算法模型的抽头系数）。常用的准则有最小均方误差MMSE(Minimummeansquareerror)、最小均方 LMS(Leastmeansquare)和递归最小二乘等；而自适应调整则采取最优化方法，最常见的是最陡梯度下降法。盲算法无须参考信号或导频信号，它充分利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征（如恒包络、子空间、有限符号集、循环平稳等）来调整权值，以使输出误差尽量小。常见的算法有常数模算法CMA(Constantmodulearithmetic)、子空间算法、判决反馈算法等。非盲算法相对盲算法而言，通常误差较小，收敛速度也较快，但发送参考信号浪费了一定的系统带宽。为此，又发展了

移动通信频段划分以及介绍范文

移动通信频段划分 GSM通信频段：分为:GSM900 DCS1800 PCS1900（目前中国只用到GSM900和DCS1800两个频段） GSM900: 双工频率间隔:45MHZ 880~890（EGSM），890~915M（PGSM）移动台(手机)发送. 基站接收 925~935（EGSM），935~960M（PGSM）基站发送. 移动台(手机)接收 GSM900频段中我国政府批准使用的上行频率为885~915 MHz ，下行频率为935~960 MHz 移动GSM900频段为885~890(上行)/930~935(下行)（此频段属于EGSM），890~909(上行)/935~954(下行) （此频段属于PGSM），共24M 联通GSM900频段为909~915 (上行)/954~960(下行)，共6M DCS1800: 双工频率间隔:90MHZ 1710~1785M 移动台(手机)发送. 基站接收 1805~1880M 基站发送. 移动台(手机)接收 GSM1800频段中我国政府批准使用的上行频率为1710~1755 MHz ，下行频率为 1805~1850 MHz，但未大量使用，特别是小城市 移动GSM1800频段为1710~1720(上行)/1805~1815(下行)，共10M 联通GSM1800频段为1745~1755(上行)/1840~1850(下行) ，共10M TD-SCDMA（TDD）： 核心频段： A频段：2010~2025MHz(原B频段)，建设最好的，最早使用的，广泛室外使用的频段 F频段：1880~1920MHz(原A频段)，考虑与小灵通干扰，应从低开始使用 E频率：2320~2370MHz(原C频段)，主要室内使用，不室外使用，室内防止与WLAN 冲突，建议从低开始使用。 现在LTE实验网频段为：2320-2370MHz。 WCDMA（FDD）2100M频段：（具有TDD模式，但是没有商用）（标准4种850/900/1900/2100MHz）核心频段：1920~1980MHz，2110~2170MHz（分别用于上行和下行） 中国联通WCDMA分配的频率是1940～1955MHz(上行)/2130～2145MHz(下行)，共 15MHz； CDMA2000（FDD）800M频段： 核心频段：815~849MHz，860~894MHz（分别用于上行和下行） 中国电信800M的频段：825-835 MHz(上行)/870-880 MHz(下行),共10MHz; 中国电信cdma2000分配的频率是1920～1935MHz(上行)/2110～2125MHz(下行)，共15MHz； 1．EDGE的带宽与基站接入有关，以及与终端使用几个时隙有关，EDGE总8个时隙，但是为了防止干扰一般都没有用完8个时隙，最多分组数据4个时隙。 2．频段变化主要原因：900M满了会自动提升到1800M 或者：900M是语音，1800M是分组数据 3．EDGE各个区域的分布是不一致的，可能有的布局好有的布局不好。 4．GPRS的每个时隙速度大约20Kbps。

智能天线工作原理及其在现代通信系统中的应用

天线与电波结课论文 题目：智能天线工作原理及其在 现代通信系统中的应用 院系：电气信息工程学院 专业班级：电信12-01 学号：541201030121 姓名：李松霖

智能天线工作原理及其在现代通信系统中的应用论文摘要：介绍了智能天线的基本原理、实现方法及其在现代通信中的应用。 最初的智能天线技术主要用于军事抗干扰通信和定位等。近年来,随着现代通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入,智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。此外,随着移动用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高,要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现,在不增加系统复杂度的情况下,使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。 1 智能天线的基本原理 智能天线包括多波束天线阵列和自适应天线阵列,后者是智能天线的主要形式。智能天线技术主要基于自适应天线阵列原理,天线阵收到信号后,通过由处理器和权值调整算法组成的反馈控制系统,根据一定的算法分析该信号,判断信号及干扰到达的方位角度,将计算分析所得的信号作为天线阵元的激励信号,调整天线阵列单元的辐射方向图、频率响应及其它参数。利用天线阵列的波束合成和指向,产生多个独立的波束,自适应地调整其方向图,跟踪信号变化,对干扰方向调零,减弱甚至抵消干扰,从而提高接收信号的载干比,改善无线网基站覆盖质量,增加系统容量。 基站使用智能天线,可为用户提供窄定向波束,在一定的方向区域内收发信号。这样既充分利用信号发射功率,又可降低发射信号带

来的电磁干扰。智能天线引入空分多址(SDMA)方式,根据信号的空间传播方向不同,区分用户。 2 智能天线的实现 智能天线阵系统主要包括天线阵列、自适应处理器和波束形成网络。天线阵列是收发射频信号的辐射单元。自适应处理器把有一定规律的激励信号转换成与各波束相对应的幅度和相位,提供给各辐射单元,用来确定波束形成网络各部分方向图的增益。波束形成网络利用天线阵元产生的方向图,实现智能天线的各种应用。 自适应处理器产生的各支路幅度和相位调整系数,是波束形成网络工作的重要依据。自适应处理器包括信号处理器和自适应算法器。信号处理器根据所需进行的信号处理,自适应算法器根据均方误差、信噪比、输出噪声功率等性能量度,用适当的算法调整方向图,形成网络的加权系数,使智能天线阵系统性能达到最优化。 最初的智能天线采用复杂的模拟电路,如今采用数字波束形成(DBF)方式,用软件完成算法更新,也可采用数模相结合的处理方法,既保证处理精度,又保证处理速度及灵活性。此外,为了使智能天线具有良好性能,应根据具体的电波传播环境,选择相应的智能算法。采用软件无线电技术使系统具有良好的改善能力,提高系统性能。为了尽量减少对现有系统的改动,也可使用多波束智能天线。多波束天线利用多个指向固定的波束覆盖全方向,虽然不能实现信号最佳接收,但结构简单,便于实现,且无需判定所接收信号的方向。 3 智能天线在通信中的用途

智能天线在移动通信中的应用概要

智能天线在移动通信中的应用 摘要：介绍了移动通信中关键技术之一的智能天线技术，并就它的结构、算法以及在第三代移动通信中的应用进行了较全面的阐述。 关键词：移动通信；智能天线；天线阵列；自适应算法 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍａｒｔａｎｔｅｎｎａｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｔｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｆｏｃｕｓｏｎｉｔｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏ 3Ｇｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｍａｒｔａｎｔｅｎｎａＡｒｒａｙＳｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ 0 前言 随着移动通信的发展，人们不仅从时域和频域的角度来探讨提高移动通信系统数量和质量的各种手段，而且进一步研究信号在空域的处理方法。智能天线技术就是典型的代表。 智能天线技术起源于20世纪40年代的自适应天线组合技术，在当时采用了锁相环技术进行天线的跟踪。1965年，Ｈｏｗｅｌｌｓ提出了自适应陷波的旁瓣对消器技术用于阵列信号处理，之后，又陆续出现了等一系列技术，后来，Ｇａｂｒｉｅｌ将自适应波束形成技术上升到“智能阵列”概念。早在1978年，智能天线就在军事通信中得到了应用，进入20世纪90年代后，才在民用移动通信系统中开始研究应用。该项技术主要应用于以下方面：ａ）信号源定位，确定天线阵列到信号源的方位角； ｂ）信号源分离，确定各个信号源发射信号的波形； ｃ）信道估计，确定信号源与天线阵列间传输信道的参数。 1 智能天线的组成 智能天线技术是利用信号传输的空间特性，达到抑制干扰，提取信号的目的。它主要包括天线阵列部分、模数转换、波束形成网络以及自适应信号处理，其结构框图如图1所示。

移动通信基站天线

移动通信基站天线 移动通信基站天线 移动通信基站天线是手机用户用无线与基站设备连接的信息出(下行、发射)入(上行、接收)口，是载有各种信息的电磁波能量转换器。基站发射时，调制后的射频电流能量经基站天线转换为电磁波能量，并以一定的强度向预定区域(手机用户)辐射出去;手机用户信息经调制后的电磁波能量，由基站天线接收，有效地转换为射频电流能量，传输至主设备。基站天线是电磁波传输的第一道空中闸口，它性能的好坏，严重影响到移动通信的质量。 由于天线是开放的分布参数电路，属于“运动电磁场”范畴，而集中参数元件(电阻、电感、电容、导线等)构成的电路，属于“电路”范畴。电磁场看不见，摸不着，看似简单，但其理论计算及测试手段比电路复杂得多。天线专业的这一特点，以及移动通信的特定覆盖要求，使移动通信基站天线具有高技术特点。加之，基站天线的室外高空使用环境恶劣，对其可靠性又提出了更高的要求。高技术加上高可靠性要求，使进入基站天线制造业的门槛较高，没有强的技术实力和资金实力，是很难进入的。 通信天线的原理 通信天线作为无线通信不可缺少的重要部分，其基本功能是辅射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波:接收时，把电磁波转换为高频电流。 通信天线的种类 按用途可分为基地台天线(base station antenna)和移动天线(mobile and portable antennas);按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波天线;按其方向性可划分为全向和定向天线;按其结构特性可划分为线天线和面天线。

怎样选择通信天线 天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信的质量，用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面，第一选择天线类型;第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是:所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求;选择天线电气性能的意义是:选择使用天线的频率、带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。因此，用户在选择天线时最好向厂家联系咨询。 通信天线基本的性能指标 天线的增益 增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离就越远。一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。 天线的电压驻波比 天线输入阻抗与馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。它是检验馈线传输效率的依据。电压驻波比与功率关系如下表。本公司产品符合国家标准，在工作频段的电压驻波比小于1.5，在工作频点电压驻波比小于1.2。电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。 电压驻波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0 反射功率% 0.0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0 传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75 天线的方向性

基站天线 (2)

合肥学院 课程综述 题目：我国基站天线的现状和发展前景___________ 系别：电子信息与电气工程系 _________ 专业： _______________ 班级： ___________ 学号： ____________________ 姓名： ________________________ 导师：郑娟 __________________________ 成绩： _______ 年 4 月 5 日

前言 天线，是用来发射和接收无线电波的一种金属装置。根据使用场合的不同可以分为：手持台天线、基地台天线、车载天线三大类。基站使用的天线属于基地台天线，主要作用是对电磁波进行分集接收和发送，是移动通信系统无线接入网的重要组成部分。 一．基站天线的概念 在蜂窝移动通信系统中，天线是通信设备电路信号与空间辐射电磁波的转换器，是空间无线通信的桥头堡。基站天线就是用来和终端（手机等）收发数据的天线，一般都在楼顶上。 因此基站天线是移动通信系统的重要组成部分，其特性直接影响整个无线网络的整体性能。移动通信基站天线的发展主要经历了全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、双频电调双极化到多频双极化天线，以及MIMO天线、有源天线等过程。 二．基站天线的技术参数 1.电性能参数 1、工作频段（Frequency Range） 2、输入阻抗 3、驻波比（VSWR） 4、极化方式（Polarization） 5、增益（Gain） 6、水平、垂直波瓣3dB宽度（H/V-Plane Half Power Beam Width） 7、下倾角（Down Tilt） 8、前后比（Front-to-Back Ratio） 9、旁瓣抑制与零点填充（Elevation Upper Side lobes & Null Fill） 10、三阶互调（Third Order Inter modulation） 2.机械性能参数 1、尺寸/重量 2、天线罩材料（Radome Material） 3、外观颜色（Colour） 4、工作温度（Operating Temperature Range） 5、存储温度（Storage Temperature Range ） 6、风载（Wind Load） 7、迎风面积（Flat Plate Area）

智能天线在未来5G移动通信中的应用

Communications Technology ? 通信技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程? 31【关键词】智能天线 未来 5G 移动通信 应用 智能天线所使用的技术是空分复用，也 就是SDMA 但信号传播技术，它在信号传播 方向方面的差别和频率的应用非常细致，能够 将同时间间隙的信号严格的区分开，成倍的进 行扩展信息容量的应用。和其他复用技术相结 合，最大限度的利用有限的频谱资源，就可以 排除一些复杂地形和建筑物的干扰，排除大量 用户之间相互影响的干扰，并且会解决同信道 干扰、信息质量严重减缓的问题。 1 智能天线的基本概述和优点 智能天线技术成为目前移动通讯中非常 具有吸引力的技术，在空分多址技术和信号与 传输方向方面产生极大差别的同事，同频率或 者同时间间隙的信号被严格区分开，它可以最 小的利用有限的信道资源，对于没有方向性的 天线进行比较，因此降低了发射功率的电平， 提高了信噪比，克服信道传输衰落对于信号的 影响。 所谓的智能天线，它的本质是利用多个 天线的单元空间正交性，采用SDMA 功能和 技术来实现系统的容量，提升了频率的利用率， 从而使系统性能达到最佳的优化性，在天线距 阵产生定向波束的时候，能够智能地指向客户， 自动的调整系数，实现对于所在空间的滤波。 智能天线的优点是可以实现移动台的定 位，也就是说，可以获取接收信号的空间特征 矩阵，对于两个基站，可以将用户终端定位到 一个较小的区域之内，尤其是针对传统的蜂窝 移动通讯系统，只能确定移动蜂窝通信系统智 能确定所处移动小区的弊端非常具有优越性。 2 智能天线在移动通信中的应用内容智能天线在未来5G 移动通信中的应用 文/张宏宇 杨永忠 2.1 其应用范围的界定智能天线在未来的应用主要是在5G 网络基站端的收发，是大范围的复杂性信号频率收发的基础。而小规模的移动台，尤其是手机，受到体积和电源等方面限制，因此并不适用智能化的移动天线。2.2 智能天线的上行收技术智能天线的上行，受技术研究起步非常早，能够实现较为容易和成熟的应用，在理论上，由于智能天线是多波束的提醒，因此接受信号的时候，可以将接受的多径信号进行最大比例的优化，这种优化实际上就是一种智能化的计算，可以得到比标准的现象更少的干扰。为了改善上行干扰的目的，与下行干扰改善不同的是，应用时可能更多应用天线到小区范围，而上行干扰的改善，主要是针对应用智能天线的小区。2.3 智能天线的下行束技术智能天线将下行信号强行的集中在有话务的区域，会降低对其它小区的干扰，下行干扰的改善，可以针对整个区域的小区，在实际应用中通过，对于智能天线引入之后的下行信号强度调整，就可以评估整个的下行干扰。这两天先主要是通过减少下行场强度来逐渐降低对于其它小区的干扰。3 智能天线在未来5G移动通信的应用 3.1 智能天线在MIMO系统中的应用智能天线在MIMO 广泛的应用在链路两端，就可以提供多副天线，形成一种典型的时空，处理技术，他可以达成波束成形，空时编码空间复用，在智能天线的关键性技术中，能够对准期望客户提高性价比，抗干扰。尤其是可以最大化的提升数据率，因此空时编码方案能够成倍的提高分集增益。慢慢还将出现更加趋于信道之间正交的MassiveMIMO 技术耗费一定的时耗号资源，基于导频的信道估计，就可以达到更好的连接效果。3.2 智能天线在TD中的成功应用智能天线技术在TD-SCDMA 系统中的成功应用成为未来移动通信技术和模式的亮点，在常规的智能天线采取多径传播的情况之下，具有更强的抗衰落能力，在未来宽带无线移动技术和通讯普及之后，智能天线可以搭乘强大 的网络和资源的互通有无。3.3 智能天线的多天线技术智能天线的多天线技术，经历了从无缘到有缘的阶段，慢慢的由高阶多输入和多输出到大规模阵列的输出和发展。采用智能天线的发展技术，可以支持多用户的波束智能赋型，减少用户之间的干扰，加上毫米波和技术性的优势，可以进一步的改善无线信号的覆盖性能，在针对大规模的无线信道测量和建模之后，可以提升其反馈机制和基础性的研究问题，实现绿色节能和环保的总体覆盖能力显著提升。4 结论综上所诉，可以发现，智能通信技术的发展离不开器件的发展，智能天线技术是其中一个非常重要的方面，智能天线被应用到5G 网络连接应用之后，就可以把通信技术的，频率和效率成倍提升，移动通信技术得到了有效的应用，完善了整个移动体系，避免了移动通信技术的应用出现各种各样潜在的问题。参考文献[1]张龙.MIMO 系统中智能天线阵列研究[D].华中科技大学,2012.[2]京移通信设计有限公司 晁文杰.智能天线在未来移动通信中的应用[N].人民邮电,2005-01-16.[3]曹恺,裘正定.智能天线技术在未来移动通信系统中的应用[J].电子工程师,2001(01):32-34.[4]裴小燕,胡健栋.智能天线在未来移动通信系统中的应用[J].通讯世界,2000(11):21-22.[3]潘红娜,蔡振兴.智能天线在移动通信中的应用[J].无线互联科技，2013(02):50.作者简介张宏宇（1980-），男，吉林省长春市人。大学本科学历。就职于吉林吉大通信设计院股份有限公司。工程师。主要研究方向为无线通信。杨永忠(1971-），男，吉林省长春市人。研究生学历。就职于吉林吉大通信设计院股份有限公司。高级工程师。主要研究方向为光通信。作者单位吉林吉大通信设计院股份有限公司 吉林省长春市 130012

移动通信基站原理

移动通信基站基础知识关键词: 移动通信基站, GSM 基站,GSM 基站优化摘要: 移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP 化。本讲座主要介绍移动通信基站基础知识、GSM 基站简介、GSM 基站的优化、GSM 基站的维护及移动通信基站对健康的影响。 移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP 化。本讲座主要介绍移动通信基站基础知识、GSM 基站简介、GSM 基站的优化、GSM 基站的维护及移动通信基站对健康的影响。(一).移动通信基站基础知识 在城市，基地站可以安装在办公楼中；在农村，安装在集装箱内。基地站是一套为无线小区服务的设备，通常是一个全向或三个扇形无线小区。90 年代初中国移动通信市场上竞争的有美国的摩托罗拉、瑞典的爱立信及日本的NEC 公司。三者生产TACS 制系统均有一定的经验。TACS 制式基地站包括无线收、发信设备及其接口或控制系统。通常基地站有两种控制方式，一种是由移动业务交换中心直接控制，基地站除配备收发信设备外，只有必要的各种接口，爱立信及NEC 两家公司即采用这种方式；而另一种是基地站具有控制系统(BSC)，即具有一定的智能，摩托罗拉公司即是这种方式。摩托罗拉公司的设备有两种系列。图1 是一个典型HC 系列 5 个机架基地站的组合固，从右到左看，第一个是电源架，第二、第三是发信架，第四个是收信架，第五个是基地站控制系统(BSC)及音频架。一个发信架包括8 个话音信道和一个控制信道。现两个发信架互为主备用状态，自动倒换，即采用所谓冗余式。图 2 是一个典型LD 系列3 个机架基地站的组合图，从右到左看，第一个是电源架，第二、三个是收发信架(包括基地站控制系统)。一个收、发信架有8 个话音信道和两个控制信道。每一个电源架只能提供两个收、发信架的需要，当根据扩容需要增加收、发信架时，电源架也必须相应地增加。每增加一个机架就可增加10 个话音信

移动通信系统中的智能天线技术

移动通信系统中的智能天线技术 移动通信系统中的智能天线技术 随着移动通信的蓬勃发展，用户数量迅速增加，频谱资源越来越紧张，如何利用现有频谱资源进一步扩展容量已成为移动通信发展的关键问题。智能天线技术利用阵列天线替代常规天线，能够降低系统干扰，提高系统容量和频谱效率，因此智能天线技术受到业界的广泛关注。最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳相控阵天线，完成空间滤波和定位等。近年来，随着现代数字信号处理技术的发展，数字信号处理芯片处理能力的提高和价格的降低，以及ASIC技术的日益成熟，智能天线技术不久即将应用于移动通信系统。一、智能天线原理从方向图来区分，天线主要有全向天线和定向天线两种：全向天线在各个方向的发射和接收均相同，应用于360°覆盖小区；当采用小区分裂技术后，应采用仅覆盖部分小区的定向天线。后者与前者相比，提高了信道复用率。上述两种方式的覆盖区域形状是固定的。智能天线可以产生多个空间定向波束，动态改变覆盖区域形状，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，并且自动跟踪用户和应用环境的变化，从而有效抑制干扰，提取用户信号，提高链路性能和系统性能。与时分多址、频分多址或码分多址相对应，智能天线为一种空分多址SDMA技术。它与其他的多址方式相配合，增加了自由度，因此可以有效地增加系统容量、减小干扰和衰落、降低系统成本。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。二、智能天线分类波束形成是智能天线的关键技术，是提高信干比、增加用户容量的保证。波束形成对阵列天线的波束幅度、波束指向和波束零点位置进行控制，在期望方向保证高增益波束指向的同时，在干扰方向形成波束零点，并通过调节各阵元的加权幅度和加权相位来改变方向图形状。智能天线可以分为预多波束和自适应波束两大类。1．预多波束形成预多波束预先生成多个固定波束覆盖某个小区。根据接收到的用户信号，确定用户所在的波束，用户在小区内移动时，实现用户和波束的切换。下行波束采用与上行波束相对应的权值。预多波束切换类的关键在于确定与用户对应的波束。预多波束对于处于非主瓣区域内的干扰，可以通过控制旁瓣来抑制。对于处于主瓣区域内的干扰，系统将无法抑制。在TDMA和FDMA系统中的计算和模拟显示，利用30°的预多波束智能天线系统平均有7.6dB的增益，系统频率复用系数为4时可达到频率复用系数为7的容量。波束处理系统由预多波束形成子系统和预多波束切换子系统组成。传统基带处理部分包括：Rake合并、功率控制指令产生、解交织、信道解码等等。2．自适应波束形成自适应波束形成通过调节各阵元的加权幅度和加权相位，来改变阵列的方向图，使阵列天线的主瓣对准期望用户；同时阵列天线的零点和副瓣对准其他用户，从而提高接收信噪比，满足某一准则下的最佳接收。它同预多波束的区别在于：某一用户的波束要随着用户移动而移动。自适应波束的结构有许多种。主要的自适应算法有如下几种：a．基于波达方向估计经典DOA估计方法有著名的MUSIC、ESPRIT及其改进算法，还有最大似然估计、基于高阶累计量、基于特征值分解的次最优估计等方法。该类算法要解决的问题是计算复杂、自由度小、矩阵分解等等。b．非盲自适应处理自适应处理中的期望信号对自适应处理结果影响很大。在CDMA系统中，由于提供了导频信道，因此完全有条件进行非盲自适应处理。LS-DRMTA、LS-DRMTCMA就是该算法的具体实例。c．盲自适应波束形成盲自适应是无法提供自适应算法中要求的期望信号，只能利用传输信号的特性进行波束形成，实现盲自适应算法。这种方法不是最优估计，典型的代表有CMA 恒模算法。CMA有许多变形，如MT-LSCMA、MT-DD等。三、智能天线对移动通信系统的影响1．智能天线的优点智能天线对系统性能的改善如下：a．提高系统容量智能天线采用窄波束接收和发射移动用户信号，降低了其他用户的干扰，因此对于自干扰系统如CDMA系统，可以有效地提高系统容量；同时，采用空分技术复用信道，也增加了系统容量。b．增大覆盖范围波束形成是多根天线的矢量叠加，等效为天线增益的增加，也就是提高了基站接收机的灵敏度和

移动通信系统天线参数调整

4.1 天线高度的调整 天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响： 一是天线所发直射波所能达到的最远距离； 二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。 900MHz移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下： S=2R(H+h) 其中：R-地球半径，约为6370km； H-基站天线的中心点高度； h-手机或测试仪表的天线高度。 由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。 GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m 左右为一个站。在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会严重影响我们的网络质量。其影响主要有以下几个方面： a. 话务不均衡。基站天线过高，会造成该基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的话务量很大，而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥应有作用，导致话务不均衡。

b. 系统内干扰。基站天线过高，会造成越站无线干扰（主要包括同频干扰及邻频干扰），引起掉话、串话和有较大杂音等现象，从而导致整个无线通信网络的质量下降。 c. 孤岛效应。孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出现”飞地”，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成”飞地”与相邻基站之间没有切换关系，”飞地”因此成为一个孤岛，当手机占用上”飞地”覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。 4.2 天线俯仰角的调整 天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。 在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500M左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于500M的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。 一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：

移动通信基站的天线

基站天线选型 一.天线概念 在无线通信系统中，天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。同一副天线既可以辐射又可以接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。 在选择基站天线时，需要考虑其电气和机械性能。电气性能主要包括：工作频段、增益、极化方式、波瓣宽度、预置倾角、下倾方式、下倾角调整范围、前后抑制比、副瓣抑制、零点填充、回波损耗、功率容量、阻抗、三阶互调等。机械性能主要包括：尺寸、重量、天线输入接口、风载荷等。 基站所用天线类型按辐射方向来分主要有：全向天线、定向天线。 按极化方式来区分主要有：垂直极化天线（也叫单极化天线）、交叉极化天线（也叫双极化天线）。上述两种极化方式都为线极化方式。圆极化和椭圆极化天线一般不采用。 按外形来区分主要有：鞭状天线、平板天线、帽形天线等。 在继续论述天线相关理论之前必须首先介绍各向同性（Isotropic）天线。各向同性天线是一种理论模型，实际中并不存在，它把天线假设为一个辐射点源，能量以该点为中心以电磁场的形式向四周均匀辐射，为一球面波。 另外全向天线并不是没有方向性，它只是在水平方向为全向，但在垂直方向是有方向性的。它与各向同性天线是两个不同的概念。 半波振子是基站主用天线的基本单元，半波振子的优点是能量转换效率高。1.天线增益 天线作为一种无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一方向。增益是天线的重要指

标之一，它表示天线在某一方向能量集中的能力。表示天线增益的单位通常有两个：dBi、dBd。两者之间的关系为：dBi=dBd+2.17 dBi定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于各向同性天线能量集中的相对能力，“i”即表示各向同性——Isotropic。 dBd定义为实际的方向性天线（包括全向天线）相对于半波振子天线能量集中的相对能力，“d”即表示偶极子——Dipole。 两种增益单位的关系见图1： 图1 dBi与dBd的关系 天线增益不但与振子单元数量有关，还与水平半功率角和垂直半功率角有关。 2.天线方向图 天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。 天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示，称为平面方向图。一般叫作垂直方向图和水平方向图。就水平方向图而言，有全向天线与定向天线之分。而定向天线的水平方向图的形状也有很多种，如心型、8字形等。 天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方向上能量得到增强，而某

移动通信天线介绍

目录 第1章概述 (3) 1.1 天线综述 (3) 1.2 基站天线的发展趋向 (4) 1.3 基站天线设计概念 (5) 第2章基站天线的基本技术 (6) 2.1 基站天线 (6) 2.2 系统要求与天线技术 (8) 2.3 天线分类 (9) 2.4 赋形波束天线的设计 (12) 2.4.1 扇形波束 (12) 2.4.2 垂直面赋形波束 (16) 2.4.3 波束倾斜 (18) 2.5 基站分集天线 (19) 2.6 基站天线的无源交调 (23) 2.6.1 无源交调与收发信频率的关系 (23) 2.6.2 PIM的生成点与抑制技术 (24) 第3章基站天线主要指标的设计规范 (25) 3.1 基站天线电压.驻波比（VSWR） (25) 3.2 增益(G) (25) 3.3半功率波束宽度(HPBW) (26) 3.4前后比(F/B) (26) 3.5端口隔离 (27) 3.6极化 (27) 3.7功率容量 (27) 3.8零点填充 (27) 3.9上副瓣抑制 (27) 3.10波束下倾 (27) 3.11 双频双极化天线 (28) 3.12 双频双工双极化天线 (28) 3.13直接接地 (28) 3.14天线输入接口 (29) 3.15无源交调（PIM） (29) 3.16天线尺寸 (29) 3.17天线重量 (29) 3.18风载荷 (30) 3.19工作温度 (30) 3.20湿度要求 (30) 3.21雷电防护 (30) 3.22三防能力 (30)

概述 1.1 天线综述 随着国内经济的快速、持续发展, 改革开放以来,通信产业发生了巨大变化, 这是 众所周知的。通信技术和经济效益的推进，使得通信产业成为国内最大产业之 一，为了适应这一新兴产业的发展，国家也在通信领域进行了重大机构改革。 随着通信本身向信息经济的发展，信息实际上是现代经济的生命线。因此，通 信已成为商业和工业甚至农业等其他行业持续发展的关键因素。 在通信这一领域内，移动通信的发展更加耀眼夺目，人们已不满足在固定场所 处理信息流。在外出旅游、度假、访问等途中也需要通信，因此移动通信有了 契机，它将被工程师们完善地开发并成功地发展。在国内，从八十年代中期至 今，移动通信的发展变迁是有目共睹的，在您的身边、周围处处可以看到移动 终端----手机，丰富多彩，五花八门的手机几乎无时无刻不在传递信息，包括政 治、经济、文化、生活等多个方面。国内最大的GSM蜂窝移动网的用户已逾 两千万；为了实现村村通电话这一宏伟目标，无线接入系统蓬勃发展，为农 村，尤其是偏远村庄的经济发展提供了信息保障。 移动通信的新技术、新器件令人耳目一新，对天线设计师也提出了前所未有的 要求，如在便携的移动终端上如果使用常规天线，用户是不会接受的，而且设 备小型化、微型化也就毫无意义。因此天线设计师们必须研制小型乃至电子天 线以适应现代技术，既能在很小的界面上工作，还要满足电性能指标。然而， 对于天线设计师，不能停留在这种意义上的设计，还有更高的要求，先进的天 线设计能使天线产生另外的系统功能，如分集接收能力，降低多路径衰落，或 极化特性的选择功能等。尤其移动天线设计不再局限于在一个轮廓分明的平坦 基面上实现小型化、轻重量、薄剖面或平嵌安装的全向天线，而是建立一个复 杂的电磁结构，使其在无线信道中发挥重要作用，并成为系统设计的有机部 分，涉及传播特性、本地环境条件、系统组成和性能、信噪比、带宽特性、天 线本身的机械结构、制作技术的适应性以及使用安装的方便性等。移动系统本 身的种类对天线设计影响也很大，陆地、海面、天空和卫星系统之间就有很大 不同。在分区系统中，辐射方向图必须与区域图相一致以避免干扰；城市通信 要采用分集接收以克服多路径衰落；移动终端要求降低移动系统和天线的尺 寸。在小型化便携设备中（如手机），天线和收发信的射频前置电路通常一体