基站天线及TD－SCDMA智能天线发展趋势

周双阳
姜宁远
喻健勇

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，由于基站数量巨大，基站天线的使用量就更大。随着网络覆盖和容量的不断增加，目前我国移动通信基站数已经超过60万个，以每个基站3面天线计算，我国基站天线保有量已超过180万套，这使得在很多地方基站天线林立，基站天线的视觉污染也越来越受到重视，又由于长时间的室外应用，使得基站天线的维护量也日趋繁重。由于天线的重要性，使得各方面都越来越重视基站天线的具体解决方案。
1、我国当前基站天线发展状况

在基站天线的应用方面，随着站址资源的稀缺，使得基站天线要适用于各种环境场所；由于人们对视觉和电磁污染的重视程度越来越高，使得目前基站天线的伪装和美化成为必不可少的手段；由于人们对高质量、精细化的网络优化要求，促生了多种基站天线新的应用方案；由于站址资源的稀缺，多系统共站，多系统共天线的问题也相应的提了出来。
在产业方面，随着移动通信产业的发展，我国基站天线也由网络建设初期国外全部垄断，发展到基本国产，由于竞争激烈和技术的发展，目前基站天线产品的价格已经比初期价格下降了10多倍，基站天线产业面临着过度竞争的局面。
在技术方面，随着移动通信技术的迅猛发展系统给天线提出了越来越高的要求，基站天线的小型化、宽带、多频段、高效率和更能适应系统各种要求的天线仍然是当前国内外天线领域的重要研究课题，同时天线设计及应用还要综合考虑传播、系统、工程和环境条件等方面的因素。
在系统的演进方面，随着系统的演进，作为系统的一部分，基站天线也随系统而演进。由于不同系统的差异，新的移动通信系统对天线性能提出了新的要求，这要求也带动了基站天线技术的发展。
TD-SCDMA系统作为由我国提出的第三代国际移动通信标准已经在我国得到大范围的应用。智能天线作为TD-SCDMA系统的一大特点，不但保证了系统的正常工作，而且也提升了整个系统的性能。智能天线的波束形成技术不是很新的技术，波束形成技术在雷达和声纳系统中已经有很多年的应用。由于TD-SCDMA的特性，使得TD基站的辐射要低于普通移动通信系统，其辐射的电磁辐射流通密度，更远低于国家电磁辐射限制值，完全符合环保标准，“绿色环保”当然也成为TD的一个主打词。
　目前，TD-SCDMA室外基站普遍采用了智能天线技术，其天线尺寸要比之前普通的2G天线大两倍左右。根据调查，由于智能天线尺寸的增大使得公众易形成新的辐射担忧，TD基站天线的面子问题也是困扰基站建设的问题之一。问题的出现必然带来新的解决方案，相关基站天线厂家在基站天线在小型化和美化方面做了大量的工作，取得了一些进展。在刚刚闭幕的北京通信展上，TD基站天线在小型化和美观化方面已经取得很大进展，可以预计，TD小型化基站天线和美观化天线将在未来的网络建设中起到越来越重要的作用。
2、基站天线发展趋势

基站天线的小型化：就目前的天线技术发展状况来讲，天线的小型化、集成化可应用很多种技术：如双极化天线技术、介质天线技术、多天线（MIMO）技术、有源天线技术、新型的电磁材料天线技术、等离子天线技术等。
2.1、双极化天线

双极化天线是一种组合的天线技术，它利用电磁波垂直极化的非相干性和移动通信系统电波传输的多经等特点，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。因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用6根天线，每个扇形使用2根天线，空间分集，一副为收发共用天线、一副为单收天线，如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线。双极化天线的使用同样可以降低机械承载，方便天线的安装，节省宝贵的天面资源，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。
TD-SCDMA系统的双极化智能天线借鉴了2G双极化天线的经验，在结构上采用±45°正交极化单元代替普通智能天线的垂直极化单元。为了能较好地沿用原有的赋形算法，要求每组单元内部满足阵列特征，且两组极化天线应有较好的一致性。
因为双极化智能天线弥补了普通智能天线的横截面积大、天线体积大、优化难度大、影响城市景观等方面的问题。从面积来讲，几乎缩小了将近一倍，且系统覆盖并没有较大的损失，目前TD-SCDMA双极化天线已经是一些设备厂家进行网络覆盖的理想选择，并已在实际工程中大规模的应用。
2.2、一体化基站天线

随着移动网络不断的扩容，基站数量不断增加，这样运营商租用机房也相应增加，又由于近来房屋租赁价格的上涨，这就带来了运营商运维成本的增加。同时运营商为了更好的服务用户，还在不断上马新系统，如GSM900增加GSM1800系统，上马新的3G系统，这些都会带来新增机房的问题。一体化基站系统可将室内基站设备转移到室外，这样就节省了室内部分的空间，降低了成本，提高了网络建设速度。目前分布式基站（基带光纤）和数字光纤直放站都可成为一体化基站天线的使用设备。作为基站拉远系统供用，数字光纤直放站用作载波池拉远，RRU可用作基带池拉远。
新一代分布式基站（基带光纤）由RRU和BBU组成。RRU完成对射频信号的滤波、信号放大和上下变频处理并采用数字中频技术实现中频模拟信号到基带数字信号的转换处理，BBU采用能根据不同系统的特点实现对基带信号的解调和扩频处理，各自独立安装，分开放置，通过光接口相连接，形成分布式基站形态。数字光纤直放站不同于以往的模拟光纤直放站，它将RF信号经变频处理变为中频数字信号，再通过光纤拉远进行传输。基带拉远技术和数字直放站技术的发展，使得BBU+RRU分布式基站解决方案和数字光纤直放站设备能够为移动通信网络提供可靠、低成本、快速建网的解决方案。一体化基站天线以及基站无机房化一直是人们追求的理想化目标。
2.3、介质天线技术

由于电磁波在不同的介质传播特性有所不同，介质的存在就会影响电磁波的传播，介质天线应用就是利用这些特性，介质天线是一种用低损耗高频介质作为填充材料，结合适当的天线结构，在选择适当形状、介电常数以及馈电方式的情况下,介质谐振器可以作为天线来使用，其一大优点就是可以有效的降低天线的几何尺寸，这也正是目前智能天线所急于解决的问题。那么将介质天线和智能天线结合是不是就可以产生几何尺寸较小的介质智能天线来呢，答案是肯定的。如果我们能发挥介质天线的体积小，方向性好等有点；同时克服介质天线的损耗问题，提高介质天线的效率，将介质智能天线应用到实际是完全有可能的，一些研究和生产单位已经对此进行了相关的研究和探讨，做出可用于实际的尺寸较小的介质智能天线产品，当然这也意味着一些市场和机遇。
对于一般系统的基站天线，小尺寸的天线不仅可以降低机械承载，方便天线的安装，而且小型化天线还可以节省宝贵的天面资源，为多系统的天线共站提供了更加便利的条件。
2.4、多天线（MIMO）技术

多天线（MIMO）技术是未来系统发展的方向，天线属于通信系统的一部分，天线技术必须服从系统演进和发展的方向，在B3G和4G研究中，MIMO技术都是一项关键技术。MIMO技术可以大大增加无线通信系统的容量，并有效改善无线通信系统的性能，非常适合未来移动通信系统中对高速率业务的要求。
MIMO技术在通信链路两端均可使用多天线，发端将信源输出的串行码流转换成多路并行子码流，分别通过不同的发射天线元发送，接收方利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性从混合信号中分离出各路子码流。提高频谱利用率和链路可靠性。带来分集增益和复用增益。
应该指出的是使用多天线技术的系统，已经不能简单的用传统的移动通信链路模型来模拟计算，这也有待于相关人员进行更深入的研究和探索，这将对系统的无线网络建设产生一定的影响。进一步地说，如果能将多天线技术应用现有移动通信的无线系统将又是一种突破，并会对今后无线网络的布局产生一定的影响。
移动通信技术的进步推动了基站天线在网络中的应用，通过新技术、新方案的应用，移动通信系统将更趋于完善。基站天线的发展，发过来也使整个系统更趋于完善。
（中国电子报供稿）