文獻標識碼: A
文章編號： 0258-7998(2012)01-0063-03
在LTE系統中，要求在20 M帶寬下頻譜效率達到下行100 Mb/s,上行50 Mb/s,這就要求最大使用4×4的多天線配置，單天線發送方案、分集方案、空間復用方案、波束賦形方案以及其他的關鍵技術共同來滿足上述的要求[1-3]。然而天線的方位角和下傾角（下傾角又分為機械下傾角和電子下傾角）又受到工程人員素質及環境變化的影響，比如大風、雷雨、溫度、濕度等環境因素的影響，容易造成電磁傳播方向不沿預期的方向傳播。因此對LTE的多天線系統進行實時測量監控就顯得尤為重要。
基于正交頻分復用（OFDM）和多天線技術的LTE系統中,電調天線是LTE網絡覆蓋規劃與優化所必須的，如果能在遠程通過控制電調天線而選擇電磁信號的覆蓋范圍,對提高網絡質量非常有益。在陸地接入網（UMTS）系統通過特殊接口實現了在網絡管理層（RNC）對電調天線下傾角的遠程控制，這樣就可以減少因測量天線下傾角和簡化大網絡天線部署的人工開銷。中興通訊的“電調天線下傾角遠程控制系統”，專利號為CN 101232123A，實現了電調天線的電子下傾角的遠程控制 [4]。另外，專利號為CN 101413999A的“在傾斜狀態下天線角度的測量方法”[5]，其給出了一種測量置于基座上的天線與水平面的方位角和俯仰角[5]。并且在電調天線上加入一個二維傾角傳感器，這樣就可以通過UE控制eNodeB中的電調天線測量模塊，同時測量天線的方位角、機械下傾角和控制電子下傾角。
在LTE中實現了網絡的扁平化，將RNC的大部分功能集成到了eNodeB中，eNodeB的功能包括無線資源管理、接入控制、資源分配、用戶平面和控制平面數據的加密[4]等，所以本文將UTRAN中RNC的遠程控制電調天線電子下傾角測量的功能置于遠程終端（UE）中，而將具體的測量設備處理一起置于eNodeB中。
1 R6版電調天線電子下傾角遠程控制系統
3GPP組織在R6版的協議提出基于ATM傳輸協議和IP傳輸協議的UMTS網絡電調天線遠程控制接口及協議[6]。在這兩種情況下RNC和NodeB之間均通過接口Iub相連，并且兩種情況下NodeB中的控制模塊與天線測量模塊間的通信協議完全相同。協議棧由兩種層選擇和同軸電纜組成，數據傳輸基于高速數據鏈路控制子集和電調天線應用協議(RETAP)。
在以前的一些研究中，專家學者往往只考慮了對電調天線電子下傾角的測量與控制，而對機械下傾角和方位角沒有引起足夠的重視。在LTE的覆蓋研究中，諾基亞西門子專門仿真和測量了電調天線機械下傾角和電子下傾角對覆蓋和通信質量的影響[7]。電調天線的工作原理是通過移相器對電調天線各陣子單元的相位進行改變來達到調整下傾角的目的。電調天線電子下傾角的遠程測量控制設計原理是：通過絲桿上拉絲調整天線陣元的相位，然后通過光電傳感器和遮光滑塊的共同作用測量電調天線的下傾角[8]。
2 改進后的LTE電調天線遠程測量系統
2.1 改進后的電調天線遠程測量協議
在R8之后的版本中，LTE將RNC的功能大部分都集中到了eNodeB中，所以網絡結構向扁平化的趨勢發展，降低了傳輸時延。如果要將R6版本中的電調天線遠程測量控制系統應用到R8以后的版本中，就需要將R6版本中的RNC發送測量請求，調整電子下傾角的功能轉移到核心網或者終端設備中。
本文主要研究了將RNC的該功能轉移到終端設備（UE）中，由UE進行實現。UE與eNodeB之間用空中接口（Uu接口）相互連接而進行通信。在基站端eNodeB中的電調天線的信號處理器和天線之間還是用Iuant接口和同軸電纜進行連接。另外本研究中在電調天線上還加有一個二維傾角傳感器，用于測量天線的方位角和機械下傾角。
如圖1所示，若要對電調天線角度進行測量，只需要在終端UE處向被測天線所在基站發出請求，然后通過基站內的電調天線信號處理器進行測量的控制，最后再將處理后的測量反饋給UE。
2.2 電調天線角度測量結構圖
如圖2所示,在電調天線上安裝一個二維傾角傳感器，由它對天線的方向角和機械下傾角進行測量，然后將測量得到的電信號用同軸電纜傳送到位于eNodeB中的信號處理模塊中，由它對數據進行處理計算得出天線的方位角和機械下傾角的大小值；電子下傾角由集成于電調天線內部的光電傳感器和遮光滑塊共同作用進行測量，然后也將測量得到的電信號用同軸電纜傳送到位于eNodeB中的信號處理模塊中，由它對數據進行處理計算得出天線的電子下傾角的值。
上式中：a為電調天線與水平面的俯仰角;b為電調天線與水平面的方位角，即電調天線的方位角；c為電調天線與垂直方向的夾角，即電調天線的機械下傾角；e為二維傾角傳感器所測量到的Y軸的俯仰角；f為二維傾角傳感器所測量到的X軸的俯仰角。
2.3 電調天線遠程測量及控制流程
在基站端eNodeB中的電調天線的信號處理器包括通信模塊、處理模塊、控制模塊和計算模塊。二維傾角傳感器和光電傳感器通過同軸電纜與信號處理器相連接。
電調天線資源信息遠程控制測量系統的流程如圖3所示： (1)控制測量的遠程終端發起電調天線資源信息的測量或者調整電子下傾角的請求； (2)位于基站端的信號處理器的通信模塊接收到測量請求，并將該信息交給處理模塊； (3)信號處理模塊將接收到的信號通過鑒權、分析，解析出需要測量或調整的是哪一根電調天線；(4)測量模塊將需要測量電調天線上的二維傾角傳感器和光電傳感器打開，使其處于工作狀態，然后通過同軸電纜將測量得到的數據傳給計算模塊； (5)計算模塊將從測量模塊得到的信息進行計算然后傳給處理模塊；(6)處理模塊將得到的信息編譯成短消息傳遞給通信模塊； (7)通信模塊將得到的信息發送給控制測量的遠程終端。
通過協議的更改和結構的調整，本電調天線遠程測量系統將可用于LTE的商用網絡中。并能同時對電調天線的電子下傾角、機械下傾角以及方位角進行測量，可在任意時刻測量報告天線的現狀，對網絡覆蓋質量的提高帶來巨大的好處。
通過LTE電調天線遠程測量系統在遠程對基站天線的方向角、機械下傾角以及遠程測量和調整電子下傾角進行測量，可以得到基站天線當前的數據，減少由歷史數據和電磁環境變化對網絡優化帶來的不利影響.將會給網絡規劃、網絡優化和工程驗收等帶來極大的方便。運營商可以根據實際情況對天線的相關參數進行調整，從而使網絡質量達到更佳良好的狀態。
參考文獻
[1] 3GPP Technical Specification 36.212,E-UTRA Multiplexing and channel coding (Release 8)[EB/OL].www.3gpp.org, 2009.
[2] 3GPP Technical Specification 36.101,E-UTRA User Equipment (UE) radio transmission and reception (Release 8) [EB/OL]. www.3gpp.org,2009.
[3] 3GPP Technical Specification 25.996,E-UTRA Spacial channel model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) simulations (R elease8)[EB/OL].www.3gpp.org, 2009.
[4] 殷登國，崔文會，劉清玲.電調天線遠程控制系統：中國，101232123A[P].2008-7-30.
[5] 張鹿平，黃穎.在傾斜狀態下天線角度的測量方法:中國，101413999A[P].2009-4-20.
[6] 3GPP Technical Specification25.802，Remote control of electrical tilting antennas (Release 6)[S].www.3gpp.org,2008.
[7] YILMAZ O,HAMALAINEN S, HAMALAINEN J. Comparison of Remote Electrical and Mechanical Antenna Downtilt Performance for 3GPP LTE[C]. Vehicular Technology Conference Fall, 2009, IEEE 70th, 2009.
[8] 段淵博. 電調天線控制器關鍵技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2009.