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双极化天线及其方向性图下倾技术分析

双极化天线及其方向性图下倾技术分析

 目前,在GSM网络建设和维护工作中,如何解决GSM网络高话务密度区的容量和干扰问题,提高全网的接通率,降低掉话率和提高通话质量,已经成为近期工作的重点和难点。 采用合适的天线技术将是能够有效地控制覆盖范围,降低同频干扰和改善手机信号的接收效果的方法之一。
  一、双极化天线技术  双极化天线是一种新型天线技术,组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线,同时工作在收发双工模式下,每个小区仅需一副双极化天线。当全向小区分裂为三小区时,最多仅增加一副天线(原全向小区在双工模式为2副天线)。而传统的单极化天线,当全向小区分裂为三小区时,天线数量剧增(即使在双工模式时也至少增加4副),由于天线之间(RX-TX,TX-TX)的隔离度(≥30dB)和空间分集技术要求天线之间有水平和垂直间隔距离,这时必须扩大安装天线的平台,增加了基建投资。而双极化天线中,±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度要求(≥30dB),双极化天线之间的空间间隔仅需20~30cm,因此移动基站可以不必兴建铁塔,只需要架一根直径20cm的铁柱,将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。特别在选址时,若使用传统单极化天线,必须考虑天线的架设安装问题,往往由于天线架设安装条件(需要兴建铁塔扩大天线平台)不具备而放弃了最佳站址。如果使用双极化天线,由于双极化天线对架设安装要求不高,不需要征地建塔,节省基建投资,同时使基站布局更加合理。双极化天线允许系统采用极化分集接收技术,其原理是利用±45°极化方向之间的不相关性,两者之间的不相关性程度决定了分集接收的好坏。由于±45°为正交极化,因此可以有效保证分集接收,其极化分集增益约为5dB,比单极化天线通常采用的空间分集提高约2dB。此外,单极化天线的空间分集接收效果和两副接收天线的位置有关,天线覆盖正方向为最佳,逐渐向两边减弱,导致小区实际覆盖范围缩小。采用极化分集代替空间分集技术,分集增益和天线位置几乎没有关系,覆盖主方向和边缘处的差别很小(该差别由于反射面宽度导致±45°正交效果变差引起),因此可以有效改善边缘处的接收效果,保证覆盖范围。
  二、方向性图下倾技术  为了使信号限制在服务小区覆盖范围内,并且降低对其他同频小区的干扰,天线垂直方向性图下倾是一种比较有效的天线技术。其作用可以使小区覆盖范围变小,加强本覆盖区内的信号强度,增加抗同频干扰能力,同时使天线在干扰方向上的增益下降,降低其他同频小区的干扰;选择合适的下倾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干扰减至最小。通常采用机械下倾和电子下倾两种方法实现天线重直方向性图下倾。
  (1)机械下倾是物理地向下倾斜天线。虽然采用这种技术也能使同频干扰降低,但由于采用物理下倾,其施工和维护十分麻烦,且其调整倾角的精度较低(步进精度为1°)。此外由于下倾角度是模拟计算软件的理论值,和理论最佳值有一定偏差。在网络调整中,必须先将基站系统停机,不能在调整天线中同时监测调整效果,不可能对网络实行精细调整。
  (2)电子下倾是改变共线阵天线振子的相位,改变垂直分量和水平分量的幅值大小,改变合成分量场强强度,使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小,从而保证在改变倾角后天线方向图变化不大,使主瓣方向覆盖距离缩短,同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。可调电子下倾天线允许系统不停机的情况下对垂直方向性图下倾角调整,实时监测调整的效果,调整倾角的步进精度也较高(为0.1°),因此可以对网络实施精细调整。
  天线下倾后,覆盖边缘区由于偏离天线的主瓣,使信号强度有所下降,这可以通过合理增大发射机功率来补偿。
  目前移动网络中用户投诉集中在高密度话务区中,接通率低和呼损高实际上反映了高话务区地区的容量不足和同频干扰严重。为了解决高话务区中容量的不足,必须缩短站距,加大天线下倾角度有助于缩小覆盖范围和减少同频干扰。但是天线下倾角度要适当,如果倾角过大,天线方向图会严重变形,欲控制覆盖范围和降低同频干扰反而适得其反;下倾角如果太小就起不了作用。因此采用机械下倾方式较难解决高话务区接通率低和掉话率高的问题,只有采取可调电子下倾天线技术才能解决高话务区中的问题。
  三、结束语  本文分析了双极化天线及其方向性图下倾技术对网络的影响。和传统单极化天线相比,双极化天线技术具有节省天线数量,减少基建投资,对站址要求低和高接收分集增益等优点;电子下倾技术比机械下倾技术具有更高的精确度,同时可调电子下倾技术可以实时监测和调整无线网络覆盖,使无线网络趋于精细,可以有效地控制无线覆盖,加强服务小区的信号,同时减少同频干扰。因此在将来的天线技术应用中,在基站密集等高话务地区,应该尽量采用双极化天线和可调电子下倾技术,在边、郊等话务量不高、基站不密集地区和只要求覆盖地区,可以依旧使用传统单极化天线和机械下倾技术。
山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。
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