赋形波束技术

5G通信射频有源无源 2024-04-25 00:02

在蜂窝移动系统中,降低同信道干扰始终是一个复杂的问题。

赋形波束技术提高了空间频谱重用。

有两种类型的赋形波束。

一种是赋形水平面的辐射方 向图,即扇形波束;

另外一种是赋形垂直面的辐射方向图。

在蜂窝系统中, 通过使用扇形波束来代替全向波束时,蜂窝间干扰距离增加,从而使基地站 天线对使用相同频率的另一蜂窝辐射尽可能低的电平,而基地站天线对其业 务区辐射达到尽可能高的电平。

当固定在一定高度的天线照射在一有限的水平面区域内,天线的垂直方向图表明由于有旁瓣零点的存在,在需要覆盖的区域就有可能产生盲区问题。

通过使用垂直平面的余割平方赋形波束功率方向图,可以消除主瓣下方的零点, 从而使所需覆盖区域有相等的接收信号电平。该技术也称为零点填充技术。

全球蜂窝系统基本上都使用的一项波束处理技术,即波束倾斜技术。

该技术的主要目的是倾斜主波束以压缩朝复用频率的蜂窝方向的辐射电平而增加载干比的值。

在这种情况下,虽然在区域边缘载波电平降低了,但是干扰电平 比载波电平降低得更多,所以总的载干比是增加了。

从严格意义上来说,波 束倾斜并不是真正的赋形波束技术,但是用途却是相同的。

目前,使波束下 倾的方法有两种。

一种是电调下倾,通过改变天线阵的激励系数来调整波束 的倾斜情况。还有一种就是机械调整,改变天线的下倾角。


  对应不同的波束下倾方法,天线分为电调天线和机械天线。

电调天线采用机 械加电子方法下倾15° 后,天线方向图形状改变不大,主瓣方向覆盖距离明 显缩短,整个天线方向图都在本基站扇区内,增加下倾角度,可以使扇区覆 盖面积缩小,但不会产生干扰,这样的方向图是我们需要的。

电调天线有两 种

一种是预设固定电气下倾角天线;

另外一种是可以在现场根据需要进行电气下倾角调整的天线,下面描述的是后一种电调天线。

而机械天线下倾 15° 后,天线方向图形状改变很大,从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形,虽 然主瓣方向覆盖距离明显缩短,但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内, 在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号,造成干扰。

造成这种情况的原因 是:电调天线与地面垂直安装(可以选择0° ~5° 机械下倾),天线安装好 以后,在调整天线下倾角度过程中,天线本身不动,是通过电信号调整天线 振子的相位,改变水平分量和垂直分量的幅值大小,改变合成分量场强强度, 使天线的覆盖距离改变,天线每个方向的场强强度同时增大或减小,从而保 证在改变倾角后,天线方向图形状变化不大。

而机械天线与地面垂直安装好 以后,在调整天线下倾角度时,天线本身要动,需要通过调整天线背面支架 的位置,改变天线的倾角,虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化,但天线 垂直分量和水平分量的幅值不变,所以天线方向图严重变形。

因此电调天线 的优点是:在下倾角度很大时,天线主瓣方向覆盖距离明显缩短,天线方向 图形状变化不大,能够降低呼损,减小干扰。

另外在进行网络优化、管理和 维护时,若需要调整天线下倾角度,使用电调天线时整个系统不需要关机, 这样就可利用移动通信专用测试设备,监测天线倾角调整,保证天线下倾角 度为最佳值。

电调天线调整倾角的步进度数为0.1° ,而机械天线调整倾角的步进度数为1° ,因此电调天线的精度高,效果好。

电调天线安装好后,在调整天线倾角时,维护人员不必爬到天线安放处,可以在地面调整天线下倾角度,还可以对高山上、边远地区的基站天线实行远程监控调整。

而调整机 械天线下倾角度时,整个系统要关机,不能在调整天线倾角的同时进行监测, 机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值,同实际最佳 下倾角度有一定的偏差。

另外机械天线调整天线下倾角度非常麻烦,一般需 要维护人员在夜间爬到天线安放处调整,而且有些天线安装后,再进行调整 非常困难,如山顶、特殊楼房处。

一般电调天线的三阶互调指标为- 150 dBc,机械天线的三阶互调指标为-120 dBc,相差30 dBc,而三阶互调指标对消除邻频干扰和杂散干扰非常重要,特别在基站站距小、载频多的高 话务密度区,需要三阶互调指标达到-150 dBc左右,否则就会产生较大的干扰。


☆ END ☆

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