天线与电波传播结课论文

4G 基站天线的发展

第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G 。该技术包括TD-LTE 和FDD-LTE 两种制式（严格意义上来讲，LTE 只是3.9G ，尽管被宣传为4G 无线标准，但它其实并未被3GPP 认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标IMT-Advanced ，因此在严格意义上其还未达到4G 的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G 的要求）。4G 是集3G 与WLAN 于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G 能够以100Mbps 以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL （4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G 可以在DSL 和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G 有着不可比拟的优越性。 随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起，因此有理由期待这种第四代移动通信技术给人们带来更加美好的未来。另一方面，4G 也因为其拥有的超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对话”。

在移动通信网工程设计中，应该根据网络的覆盖要求、话务量分布、抗干扰要求和网络服务质量等实际情况来合理的选择基站天线。由于天线类型的选择与地形、地物，以及话务量分布紧密相关，可以将天线使用环境大致分为五种类型：城区、密集城区、郊区、农村地区、交通干线等。

基站天线

1、城区基站天线 城区基站密度较高，单站预期覆盖范围较小，选择基站天线时应考虑以下几方面：

（1）为减少干扰，应选用水平半功率角接近于60度的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。如下图所示。

（2）城区基站一般不要求大范围覆盖，而更注重覆盖的深度。由于中等增益天线的有效垂直波束相比于高增益天线较宽，覆盖半径内有效的深度覆盖范围较大，可以改善室内覆盖效果，所以选用中等增益天线较好。

（3）由于城区基站天线安装空间往往有限，所以选用双极化天线比较切合实际。 综上所述，城区基站宜选用水平半功率角为60度左右的中等增益的双极化天线。例如水平半功率角为65度的15dBi 双极化天线。

2、密集城区基站天线 密集城区基站天线的选择与一般城区基站类似。但由于密集城区基站站距往往只有400米到600米，在使用水平半功率角为65度的15dBi 双极化天线，且天线有效挂高35米的情况下，天线下倾角可能设置在14.0度到11.5度之间。此时如果单纯采用机械下倾的方式，倾角过大将引起水平波束变宽，干扰增大，同时上副瓣也会引入较大干扰；而采用电子式倾角天线，则可以较好的解决波形畸变的问题，产生的干扰相对较小。所以密集城区基站选用电子式倾角的水平半功率角为60度左右的中等增益双极化天线较为合适。

3、农村地区基站天线 在农村地区，鉴于话务量较小，预期覆盖面积较大的特点，选择基站天线时应考虑以下几方面：

（1）对于CDMA 网络而言，为提高定向基站两扇区天线服务交叠区间的通信质量（交叠区内有宏观分集的效果），增大交叠区面积，宜选用水平半功率角较大的天线。例如水平半功率角为90度的天线。

（2）对于GSM 网络而言，为提高覆盖质量，在平原地区使用水平半功率角较大的天线效果较好，但同时会产生切换区域增大的问题；而在山区和丘陵地带使用水平半功率角较小的天线易于控制覆盖方向和范围，效果较好。

（3）为保证覆盖半径，应选择高增益天线。

（4）由于极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的农村地区，极化分集效果不如空间分集。因此在安装条件具备的情况下，应尽可能使用单极化天线。

（5）如果基站周围各方向上都没有明显阻挡，话务需求较小，预期覆盖范围也较小，可以选用全向天线。

综上所述，CDMA 网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角较大的高增益单极化天线，例如水平半功率角为90度的17dBi 单极化天线；GSM 网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角适配的高增益单极化天线，例如水平半功率角为90度或65度的17dBi 单极化天线。全向基站则可以选用11dBi 的全向天线。

4、郊区基站天线 郊区的情况介于城区和农村之间。对于站距较大的基站，可以参照农村基站天线的选用原则；反之则参照城区基站天线的选用原则。

5、交通干线基站天线 如果覆盖目标仅为高速公路或铁路等交通干线，可以考虑使用8字形天线。8字形天线有如下特点：

（1）8字形天线的辐射方位图与交通干线需覆盖区域的形状匹配较好；

（2）8字形天线实际上是全向天线的变形，因此无需采用功分器；

（3）使用一根天线代替两扇区天线，成本较低。 如果覆盖目标为交通干线及其一侧的村镇，则可采用方向角为210度的天线。这种天线的辐射方位特性使得天线波瓣能够同时顾及到交通干线和村镇，它具有与8字形天线类似的特点。

LTE 是基于OFDMA 技术、由3GPP 组织制定的全球通用标准，包括FDD 和TDD 两种模式用于成对频谱和非成对频谱。TD-LTE （Time Division Long Term Evolution，时分长期演进），也称LTE-TDD ，是由阿尔卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动等3GPP 组织涵盖的各大企业及运营商，所共同开发的第四代（4G ）移动通信技术与标准。LTE 标准中的FDD 和TDD 两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在较小的差异。TDD 即时分双工(Time Division Duplexing)，是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD 品分双工相对应。2010年5月25日，爱立信和瑞典运营商TeliaSonera 在斯德哥尔摩启动全球首个LTE 商用站点，标志着在实现移动数字高速公路方面迈出了重要一步，2012年12月香港TD-LTE 在香港开始商用，标志着我国正式进入4G 时代。随后中国移动、中国电信、中国联通等运营商也相继在国内建站，预计在未来几年，在国内国外将有更大规模商用。

二．TD-LTE 及FDD LTE规模组网的基站天线解决方案

TD-LTE 基站天线延续了3G 时代TD-SCDMA 的主流设计理念，即8天线技术支持波束赋型。在TD-LTE 的未来应用中，F （1880～1920 MHz）及D （2500～2690 MHz）频段将分别作为广覆盖及城区连续覆盖的选用频段，同时还要考虑TD-SCDMA 的兼容，以及未来深度覆盖后基站天线倾角调整的需求。TD-LTE 基站天线的整体形态，将体现宽带化、电调化以及独立调整的趋势。

三．小基站天线的解决方案

在2G 和3G 时代，小基站是作为宏站的辅助手段，其主要作用就是完善宏基站的覆盖，无论是角色定位还是市场容量都无法与宏基站相提并论。而这一局面在4G 时代来临发生了改变。LTE 时代的到来，语音已经成为MBB 海量业务应用中一个小特性，据爱立信发布的《流量和市场数据报告》显示，全球移动数据流量将以50%的复合年增长率增长，到2018年年底，数据流量将增加约12倍。而就在不久前召开的“2013年新一代宽带无线移动通信发展

论坛”上，工信部电信研究院总工程师余晓晖也表示，未来5年，全球移动数据流量将增长13倍，每个智能手机用户的平均流量将增长7倍，由2012年的600M/月提高到5年后的5GB/月。在数据流量增长的背后，网络结构上由广度覆盖向深度覆盖转变，因此其在深度覆盖、信号强度、传播损耗以及信噪比上都有了更高的要求；伴随着移动互联网以及智能手机的飞速发展，大部分的移动数据业务都是在室内环境下产生的，例如学校、居民区等，并且还在快速增长，在这种情况下，继续采用传统的宏基站覆盖方式显然不合适，会存在覆盖欠佳、吸收话务比例不高等情况；同时，由于基站选址越来越难，传统宏基站施工难度较大、施工期较长且施工成本较高，这些都已经无法满足低成本和快速建网的需要。

而小基站体积小、视觉冲击小，易选址、易部署，可以满足精确覆盖、深度覆盖，提升用户感知；可使用宽带入户，施工方便、快捷，方便安装，大大减少运营商网络建设的各项成本。同时，通过广泛部署小基站，还可以在热点地区对业务量进行有效分流。小基站的这些优点已经使其和宏基站一样，在网络建设中开始扮演不可或缺的重要角色。

目前，小基站的应用场景主要有三种：一种是在宏基站覆盖中使用，主要用于增加网络容量和提高网络边缘的速率，一般部署在城市的热点区域；第二种是在宏基站覆盖之外使用，用于补充宏基站覆盖的盲点，如部署在郊区的热点区域；第三种就是在室内环境下使用，主要部署在办公场所和家庭。