在LTE系統(tǒng)中，要求在20 M帶寬下頻譜效率達(dá)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(fā)送方案、分集方案、空間復(fù)用方案、波束賦形方案以及其他的關(guān)鍵技術(shù)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(jī)械下傾角和電子下傾角）又受到工程人員素質(zhì)及環(huán)境變化的影響，比如大風(fēng)、雷雨、溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，容易造成電磁傳播方向不沿預(yù)期的方向傳播。因此對LTE的多天線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時測量監(jiān)控就顯得尤為重要。

    基于正交頻分復(fù)用（OFDM）和多天線技術(shù)的LTE系統(tǒng)中,電調(diào)天線是LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃與優(yōu)化所必須的，如果能在遠(yuǎn)程通過控制電調(diào)天線而選擇電磁信號的覆蓋范圍,對提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常有益。在陸地接入網(wǎng)（UMTS）系統(tǒng)通過特殊接口實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)管理層（RNC）對電調(diào)天線下傾角的遠(yuǎn)程控制，這樣就可以減少因測量天線下傾角和簡化大網(wǎng)絡(luò)天線部署的人工開銷。中興通訊的“電調(diào)天線下傾角遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)”，專利號為CN 101232123A，實(shí)現(xiàn)了電調(diào)天線的電子下傾角的遠(yuǎn)程控制 [4]。另外，專利號為CN 101413999A的“在傾斜狀態(tài)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(diào)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(diào)天線測量模塊，同時測量天線的方位角、機(jī)械下傾角和控制電子下傾角。
    在LTE中實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)的加密[4]等，所以本文將UTRAN中RNC的遠(yuǎn)程控制電調(diào)天線電子下傾角測量的功能置于遠(yuǎn)程終端（UE）中，而將具體的測量設(shè)備處理一起置于eNodeB中。
1 R6版電調(diào)天線電子下傾角遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
    3GPP組織在R6版的協(xié)議提出基于ATM傳輸協(xié)議和IP傳輸協(xié)議的UMTS網(wǎng)絡(luò)電調(diào)天線遠(yuǎn)程控制接口及協(xié)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(xié)議完全相同。協(xié)議棧由兩種層選擇和同軸電纜組成，數(shù)據(jù)傳輸基于高速數(shù)據(jù)鏈路控制子集和電調(diào)天線應(yīng)用協(xié)議(RETAP)。
    在以前的一些研究中，專家學(xué)者往往只考慮了對電調(diào)天線電子下傾角的測量與控制，而對機(jī)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(diào)天線機(jī)械下傾角和電子下傾角對覆蓋和通信質(zhì)量的影響[7]。電調(diào)天線的工作原理是通過移相器對電調(diào)天線各陣子單元的相位進(jìn)行改變來達(dá)到調(diào)整下傾角的目的。電調(diào)天線電子下傾角的遠(yuǎn)程測量控制設(shè)計原理是：通過絲桿上拉絲調(diào)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(diào)天線的下傾角[8]。
2  改進(jìn)后的LTE電調(diào)天線遠(yuǎn)程測量系統(tǒng)
2.1 改進(jìn)后的電調(diào)天線遠(yuǎn)程測量協(xié)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向扁平化的趨勢發(fā)展，降低了傳輸時延。如果要將R6版本中的電調(diào)天線遠(yuǎn)程測量控制系統(tǒng)應(yīng)用到R8以后的版本中，就需要將R6版本中的RNC發(fā)送測量請求，調(diào)整電子下傾角的功能轉(zhuǎn)移到核心網(wǎng)或者終端設(shè)備中。
    本文主要研究了將RNC的該功能轉(zhuǎn)移到終端設(shè)備（UE）中，由UE進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。UE與eNodeB之間用空中接口（Uu接口）相互連接而進(jìn)行通信。在基站端eNodeB中的電調(diào)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(jìn)行連接。另外本研究中在電調(diào)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(jī)械下傾角。
    如圖1所示，若要對電調(diào)天線角度進(jìn)行測量，只需要在終端UE處向被測天線所在基站發(fā)出請求，然后通過基站內(nèi)的電調(diào)天線信號處理器進(jìn)行測量的控制，最后再將處理后的測量反饋給UE。

2.2 電調(diào)天線角度測量結(jié)構(gòu)圖
    如圖2所示,在電調(diào)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(jī)械下傾角進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算得出天線的方位角和機(jī)械下傾角的大小值；電子下傾角由集成于電調(diào)天線內(nèi)部的光電傳感器和遮光滑塊共同作用進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算得出天線的電子下傾角的值。

上式中：a為電調(diào)天線與水平面的俯仰角;b為電調(diào)天線與水平面的方位角，即電調(diào)天線的方位角；c為電調(diào)天線與垂直方向的夾角，即電調(diào)天線的機(jī)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(diào)天線遠(yuǎn)程測量及控制流程
   在基站端eNodeB中的電調(diào)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(diào)天線資源信息遠(yuǎn)程控制測量系統(tǒng)的流程如圖3所示： (1)控制測量的遠(yuǎn)程終端發(fā)起電調(diào)天線資源信息的測量或者調(diào)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(quán)、分析，解析出需要測量或調(diào)整的是哪一根電調(diào)天線；(4)測量模塊將需要測量電調(diào)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(tài)，然后通過同軸電纜將測量得到的數(shù)據(jù)傳給計算模塊； (5)計算模塊將從測量模塊得到的信息進(jìn)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(fā)送給控制測量的遠(yuǎn)程終端。

    通過協(xié)議的更改和結(jié)構(gòu)的調(diào)整，本電調(diào)天線遠(yuǎn)程測量系統(tǒng)將可用于LTE的商用網(wǎng)絡(luò)中。并能同時對電調(diào)天線的電子下傾角、機(jī)械下傾角以及方位角進(jìn)行測量，可在任意時刻測量報告天線的現(xiàn)狀，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的提高帶來巨大的好處。
    通過LTE電調(diào)天線遠(yuǎn)程測量系統(tǒng)在遠(yuǎn)程對基站天線的方向角、機(jī)械下傾角以及遠(yuǎn)程測量和調(diào)整電子下傾角進(jìn)行測量，可以得到基站天線當(dāng)前的數(shù)據(jù)，減少由歷史數(shù)據(jù)和電磁環(huán)境變化對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來的不利影響.將會給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和工程驗(yàn)收等帶來極大的方便。運(yùn)營商可以根據(jù)實(shí)際情況對天線的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而使網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量達(dá)到更佳良好的狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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[8] 段淵博. 電調(diào)天線控制器關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.