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(duì)LTE的多天線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(hào)的覆蓋范圍,對(duì)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(duì)電調(diào)天線下傾角的遠(yuǎn)程控制,，這樣就可以減少因測(cè)量天線下傾角和簡(jiǎn)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(hào)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(hào)為CN 101413999A的“在傾斜狀態(tài)下天線角度的測(cè)量方法”[5]，其給出了一種測(cè)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(gè)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(cè)量模塊，同時(shí)測(cè)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(cè)量的功能置于遠(yuǎn)程終端（UE）中，而將具體的測(cè)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(cè)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(duì)電調(diào)天線電子下傾角的測(cè)量與控制,，而對(duì)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(cè)量了電調(diào)天線機(jī)械下傾角和電子下傾角對(duì)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(duì)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(cè)量控制設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)
2.1 改進(jìn)后的電調(diào)天線遠(yuǎn)程測(cè)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(shì)發(fā)展,，降低了傳輸時(shí)延。如果要將R6版本中的電調(diào)天線遠(yuǎn)程測(cè)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(cè)量請(qǐng)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(hào)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(gè)二維傾角傳感器,，用于測(cè)量天線的方位角和機(jī)械下傾角,。
    如圖1所示，若要對(duì)電調(diào)天線角度進(jìn)行測(cè)量,，只需要在終端UE處向被測(cè)天線所在基站發(fā)出請(qǐng)求,，然后通過基站內(nèi)的電調(diào)天線信號(hào)處理器進(jìn)行測(cè)量的控制，最后再將處理后的測(cè)量反饋給UE,。

2.2 電調(diào)天線角度測(cè)量結(jié)構(gòu)圖
    如圖2所示,在電調(diào)天線上安裝一個(gè)二維傾角傳感器,，由它對(duì)天線的方向角和機(jī)械下傾角進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量得到的電信號(hào)用同軸電纜傳送到位于eNodeB中的信號(hào)處理模塊中,，由它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)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(cè)量，然后也將測(cè)量得到的電信號(hào)用同軸電纜傳送到位于eNodeB中的信號(hào)處理模塊中,，由它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)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(cè)量到的Y軸的俯仰角,；f為二維傾角傳感器所測(cè)量到的X軸的俯仰角,。
2.3 電調(diào)天線遠(yuǎn)程測(cè)量及控制流程
   在基站端eNodeB中的電調(diào)天線的信號(hào)處理器包括通信模塊、處理模塊,、控制模塊和計(jì)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(hào)處理器相連接。
    電調(diào)天線資源信息遠(yuǎn)程控制測(cè)量系統(tǒng)的流程如圖3所示： (1)控制測(cè)量的遠(yuǎn)程終端發(fā)起電調(diào)天線資源信息的測(cè)量或者調(diào)整電子下傾角的請(qǐng)求,； (2)位于基站端的信號(hào)處理器的通信模塊接收到測(cè)量請(qǐng)求,，并將該信息交給處理模塊； (3)信號(hào)處理模塊將接收到的信號(hào)通過鑒權(quán),、分析,，解析出需要測(cè)量或調(diào)整的是哪一根電調(diào)天線；(4)測(cè)量模塊將需要測(cè)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(cè)量得到的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算模塊； (5)計(jì)算模塊將從測(cè)量模塊得到的信息進(jìn)行計(jì)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)將可用于LTE的商用網(wǎng)絡(luò)中,。并能同時(shí)對(duì)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(cè)量,，可在任意時(shí)刻測(cè)量報(bào)告天線的現(xiàn)狀,，對(duì)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(cè)量系統(tǒng)在遠(yuǎn)程對(duì)基站天線的方向角,、機(jī)械下傾角以及遠(yuǎn)程測(cè)量和調(diào)整電子下傾角進(jìn)行測(cè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來的不利影響.將會(huì)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(yíng)商可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)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),。
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