摘 要： 提出了LTE中，用移動終端遠程控制eNodeB，對電調(diào)天線的方向角、機械下傾角和電子下傾角進行測量的方法。設計了用于LTE電調(diào)天線遠程測量系統(tǒng)的協(xié)議以及該系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。該方案使用光電傳感器測量電子下傾角、二維傾角傳感器測量機械下傾角和方向角。將該系統(tǒng)用于LTE網(wǎng)絡規(guī)劃及優(yōu)化設備中，可實時監(jiān)測天線的角度同時達到改善網(wǎng)絡質(zhì)量的目的。
關鍵詞： 電調(diào)天線； LTE； 遠程測量； 二維傾角傳感器； 下傾角
在LTE系統(tǒng)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(fā)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(zhì)及環(huán)境變化的影響，比如大風、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期的方向傳播。因此對LTE的多天線系統(tǒng)進行實時測量監(jiān)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(tǒng)中,電調(diào)天線是LTE網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃與優(yōu)化所必須的，如果能在遠程通過控制電調(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)通過特殊接口實現(xiàn)了在網(wǎng)絡管理層（RNC）對電調(diào)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(wǎng)絡天線部署的人工開銷。中興通訊的“電調(diào)天線下傾角遠程控制系統(tǒng)”，專利號為CN 101232123A，實現(xiàn)了電調(diào)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(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、機械下傾角和控制電子下傾角。
在LTE中實現(xiàn)了網(wǎng)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(shù)據(jù)的加密[4]等，所以本文將UTRAN中RNC的遠程控制電調(diào)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(diào)天線電子下傾角遠程控制系統(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)絡電調(diào)天線遠程控制接口及協(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)天線應用協(xié)議(RETAP)。
在以前的一些研究中，專家學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行改變來達到調(diào)整下傾角的目的。電調(diào)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(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 改進后的LTE電調(diào)天線遠程測量系統(tǒng)
2.1 改進后的電調(diào)天線遠程測量協(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)天線遠程測量控制系統(tǒng)應用到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)或者終端設備中。
本文主要研究了將RNC的該功能轉(zhuǎn)移到終端設備（UE）中，由UE進行實現(xiàn)。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(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械下傾角。
如圖1所示，若要對電調(diào)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(fā)出請求，然后通過基站內(nèi)的電調(diào)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(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(shù)據(jù)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(diào)天線內(nèi)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(shù)據(jù)進行處理計算得出天線的電子下傾角的值。
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