天線選擇的關鍵參數
基站天線如同整個移動通信系統的觸角,在通信過程中起著舉足輕重的作用。選擇基站天線時關鍵要參考以下的一些參數:
1.天線增益:增益是指在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的場強的平方之比,即功率之比。增益一般與天線方向圖有關,方向圖主瓣越窄,后瓣、副瓣越小,增益越高。
2.前后比:前后瓣最大電平之比,它用來描述定向特性。
3.波束寬度:在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣,其中最大的瓣稱為主瓣,其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。或稱為半功率(角)瓣寬。如下圖所示:

4.下傾角:指定向平板天線的下傾角度,主要用于控制干擾及增強覆蓋。
5.極化:天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向,通常有垂直極化、水平極化、+ 45度傾斜的極化、- 45度傾斜的極化等極化方式。
天線選擇原則
不同類型的基站需要選擇不同類型的天線,選擇的依據主要就是上述技術參數。比如全向站就是采用了各個水平方向增益基本相同的全向型天線,而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化的定向型天線。我國很可能要先在一些有需求的大、中城市建以重點城市為中心的第三代移動通信覆蓋區,而不是一開始就建設全國覆蓋范圍的3G網絡。所以我們重點看一下城區、郊區和農村這三類有代表性的地區基站天線的選擇原則。
1. 市區基站的天線選擇
在人口比較密集的城區,基站分布較密,要求單基站覆蓋范圍小,盡量減少越區干擾,提高頻率復用率。天線的選擇原則如下:
極化方式:由于市區基站選址困難,天線安裝空間受限,一般選用雙極化天線;
方向性:市區主要考慮減少相鄰小區干擾,一般選用定向天線;
半功率波束寬度:為控制小區的覆蓋范圍、抑制干擾,一般選用水平半功率波束寬度為60～65°的天線;
天線增益:由于市區一般不要求大的覆蓋范圍,同時為減少天線體積和重量,有利于安裝和降低成本,建議選用中等增益的天線(15dBi左右);
下傾角:市區天線一般都要設置一定的下傾角,電調天線在下傾角的調整方面不會有問題,但對機械下傾天線,需選擇下傾角調整范圍更大的天線。
2.郊區基站的天線選擇
在人口較少的郊區為了保證覆蓋以及減少對城區的干擾,通常不同的小區采用不同的定向天線,面向城區的小區可參考城區基站的天線的選擇原則,一般采用增益較小且水平波瓣角較小的天線,而非面向城區的小區一般采用增益較大的天線,優先采用水平面半功率波束寬度為90 °的天線。因此,郊區的情況差別很大,可以根據需要的覆蓋面積來選擇天線類型和決定是否預置下傾角;考慮到將來的平滑升級,不建議采用全向站型;
3.農村基站的天線選擇
在農村地區環境特點:基站分布稀疏,話務量較少,覆蓋要求廣。解決覆蓋是其主要目標。這時一般采用高增益的定向或全向天線。
極化方式:從發射信號的角度,在較為空曠地方垂直極化天線比其他極化天線效果更好。農村一般采用垂直極化天線;
方向性:農村話務分布比較分散,話務量相對較少,為滿足基站周圍的覆蓋,一般采用全向天線;由于全向天線的增益較小,如果要求更遠的覆蓋距離,則需采用定向天線,一般采用水平面波束寬度為90°、 105°、 120°的定向天線;采用全向天線時,為避免塔體對覆蓋的影響,可采用雙發天線的配置,此時,需通過功分器把發射信號分配到兩個天線上;

天線增益:農村主要考慮覆蓋范圍和覆蓋距離,一般選用較高增益(16 ～18dBi)的定向天線或9～11dBi的全向天線;
下傾方式:農村地區對天線的下傾調整不多,其下傾角的調整范圍及特性要求不高,建議使用價格較便宜的機械下傾天線。
WCDMA基站天線基本要求
下圖為WCDMA 基站天線結構的示意圖

目前WCDMA 系統中使用的天線主要參數如下表:


智能天線在WCDMA中的應用
智能天線采用空分復用(SDMA)方式,利用信號在傳播路徑方向上的差別,將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低,將同頻率、同時隙信號區別開來,和其他復用技術結合,最大限度的利用頻率資源。智能天線基于自適應天線陣原理,利用天線陣的波束賦形產生多個獨立的波束,并自適應地調整波束方向來跟蹤每一個用戶,達到提高信號SINR(最大信噪比)、增加系統容量的目的。采用智能天線技術實際上是通過數字信號處理使天線陣為每個用戶自適應地進行波束賦形,相當于為每個用戶形成了一個可跟蹤的高增益天線。因此天線的增益不再與用戶所處的位置有直接關系,用戶所在方向上的增益總是最強而其他方向上的增益大大減小。
由于其體積及計算復雜性的限制,目前僅適用于在基站系統中的應用。智能天線包括兩個重要組成部分一是對來自移動臺發射的多徑電波方向進行到達角AOA(Angle Of Arrival)的估計,并進行空間濾波,抑制其他移動臺的干擾;二是對基站發送信號進行波束成型,使基站發送信號能夠沿著移動臺電波的到達方向發送回移動臺,也就是信號在有限的方向區域發送和接收。充分利用了信號的發射功率,從而降低發射功率,減少對其他移動臺的干擾。
智能天線將在以下幾個方面提高移動通信系統的性能:增大覆蓋范圍、提高系統容量、提高頻譜利用率、降低基站發射功率和節省系統成本、減少信號間干擾與電磁環境污染等。
隨著智能天線技術的發展成熟,WCDMA 系統最終會使用智能天線,而智能天線的引入也將對WCDMA 的網絡規劃和分析帶來一定的變化。