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CDMA 系统网络规划和优化的天线选型

更新时间:2010-4-15:  来源:毕业论文

CDMA 系统网络规划和优化的天线选型
论文提要:本文从移动通信工程实践的角度对移动通信系统中基站天线的主要参数进行了介绍,评估了各
个天线参数对系统性能的影响。对在 CDMA 网络规划和网络优化工程中基站天线选型应该注意的
问题进行了深入分析,并提出了指导性意见。本文最后还提供了一个 CDMA 基站更换天线前后网
络性能指标对比分析的实例。
关 键 词:天线 天线参数 移动通信 CDMA 系统 基站 干扰 网络规划 网络优化
简介
在意个移动通信系统中,空间无线信号的发射和接收都是依靠天线来实现的。天线选择
得不好,或者天线的参数设置不当,都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。因此在设
计和优化一个移动通信网络的过程中,我们需要有针对性的选用不同类型不同规格的天线来
有效控制小区间的覆盖和干扰。
在 GSM 系统中,我们控制小区间的干扰,更多的是依靠合理的频率规划方案,通过保
持足够的频率复用距离来尽可能的减少同频和邻频干扰。
CDMA 系统是一个自干扰的系统,由于相邻小区都工作在相同的频率上,小区间的干
扰控制就显得更为重要,基于 CDMA 系统的工作原理,这些干扰的存在必然会影响系统的
容量,必须采取有效措施来限制来自邻近小区的干扰,提高系统频谱和资源的利用效率。因
此对于 CDMA 系统来说正确合理的天线选型尤为重要。
基站天线的基本参数
 2.1  输入阻抗(Impedance)
天线的输入阻抗是天线和馈线的连接端,即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之
比。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信
号功率。因此,理想情况是使电抗分量为零,使天线的输入阻抗为纯电阻,这时馈线终端没
有功率反射,馈线上没有驻波。通常移动通信天线的输入阻抗为 50Ω。
2.2  驻波比(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)
驻波比表示了天线和馈线的阻抗匹配程度。其值在 1 到无穷大之间。驻波比为 1,表示
完全匹配,高频能量全部被负载吸收,馈线上只有入射波,没有反射波;反之如果驻波比为
无穷大则表示全反射,完全失配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于 1.5,过大的驻
波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能。
2.3  带宽(Bandwidth)
无论是发射天线还是接收天线,它们总是在一定的频率范围内工作的,带宽就是指天线
的工作频率范围。 在移动通信系统中一般是基于驻波比来定义带宽的,就是当天线的输入
驻 波 比 ≤1.5 时 , 天 线 的 工 作 频 带 宽 度 。 例 如 ,ANDREW CTSDG-06513-6D 天 线 为
824-894MHz,显然可以工作于 800 MHz 的 CDMA 频段。
2.4  增益(Gain)
增益是指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生
的场强的平方之比,即功率之比,天线增益衡量了天线朝一个特定方向收发信号的能力。一
般来说,增益的提高主要依靠减小垂直和水平方向辐射的波瓣宽度。天线增益对移动通信系
统的运行质量极为重要,因为它决定了蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一个确定的
方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量。
表征天线增益的参数有 dBd 和 dBi。dBi 是相对于点源天线的增益,dBd 是相对于对称
阵子天线的增益。dBi=dBd+2.15。
2.5  波瓣宽度(Beam-width)
在天线的方向图中通常都有两个瓣或多个瓣,其中最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副
瓣。主瓣两个半功率(-3dB)点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度,又称为半功率角。
例如在图 1 中,ANDREW CTSDG-06513-6D 天线的水平半功率角为 65 度,垂直半功率角为
15 度。
图 1:ANDREW CTSDG-06513-6D 基站天线的水平和垂直方向图
2.6  极化方式(Polarisation)
天线的极化,就是指天线辐射时形成的电磁场的的电场方向。当电场方向垂直于地面时,
此电波就称为垂直极化波;当电场方向平行于地面时,此电波就称为水平极化波。在移动通
信系统中,一般采用单极化的垂直极化天线和±45°的双极化天线。双极化天线组合了+45°
和-45°两副极化方向相互正交的天线,并同时工作在收发双工模式下,大大节省了每个小区
的天线数量;同时由于±45°为正交极化,有效保证了分集接收的良好效果,其极化分集增益
约为 5dB,比单极化天线提高约 2dB。
2.7  前后比(Front-Back Ratio)

表明了天线对后瓣抑制的好坏。移动通信系统中采用的定向天线的前后比一般在 25 到
30dB 之间。选用前后比低的天线,天线的后瓣有可能产生越区覆盖,导致切换关系混乱,
产生掉话。
2.8  基站天线举例
图 2 和图 3 是 Andrew CTSDG-06513-0D 的天线规格参数和天线方向图,图 4 和图 5 是
Andrew CTSDG-06516-0D 的 天 线 规 格 参 数 和 天 线 方 向 图 。 从 图 中 我 们 可 以 看 到
CTSDG-06516-0D 比 CTSDG-06513-0D 有着更高的增益和更窄的垂直半功率角。在下文的
实例中我们将用 CTSDG-06516-0D 天线来替换原有的 CTSDG-06513-0D 天线,并对替换前
后的网络性能进行分析和评估。1015

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