CN101267065A

CN101267065A - 单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统

Info

Publication number: CN101267065A
Application number: CNA2007100643701A
Authority: CN
Inventors: 蔡月民; 孙长果; 王映民
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-09-17

Abstract

本发明提出了一种单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统。一种单极化定向天线/阵列定向天线，所述单极化定向天线极化方向与垂直方向的夹角为45°与预设值之和。一种单极化定向天线/阵列定向天线的时分双工通信系统，该系统中的天线的极化方向与垂直方向的夹角统一为45°与预设值之和；该系统中第一天线正向覆盖范围内方向完全相对的第二天线与所述第一天线的极化方向夹角为90°；该系统中的天线为单极化定向天线/阵列天线。利用本发明，接收天线与产生干扰信号的发射天线的极化方向相差90°或接近90°，这样，可以形成正交极化抑制，从而大大降低了干扰。

Description

单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统。

背景技术

无线电发射机输出的射频信号，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由接收端的天线接收，并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。

移动通信网络中，部署的每个基站都有单根或多根天线。这些天线发射的携带信号的无线电波会造基站之间的干扰。尤其是时分双工(Time DivisionDuplex，TDD)系统中，基站间的干扰是需要考虑的重要的问题。远端基站的下行信号经传播会产生延时，当落在本地基站的上行时段，会造成对本地基站的上行同频干扰。为了避免这种干扰，一般会在系统的上下行的转换点设置保护间隔，以保证远端基站的信号跨过保护间隔后会产生足够的衰减，降低干扰。但是，由于基站间干扰的产生是不确定的，有些情况下，无法避免干扰。

图1以TD-SCDMA系统为例，给出了基站间干扰的示意图。如图1所示，如果远端基站(即干扰基站)产生的延迟为t1时，保护间隔(GP)起到保护作用，因此没有重叠，不会对本地基站产生干扰；如果远端基站产生的延迟为t2时，其下行导频时隙(DwPTS)与本地基站的上行导频时隙(UpPTS)发生重叠，如图中的重叠1，这样，产生对本地基站的干扰；如果远端基站产生的延迟为t3时，其下行导频时隙和时隙0与本地基站的上行导频时隙、甚至时隙1发生重叠，如图中的重叠2，产生对本地基站的干扰。

对于普遍使用的定向天线，一般采用垂直极化，其半功率角一般在65°～120°。当两个天线安装方向相对时，就需要结合频率规划才能规避干扰。但是，在现有系统大规模组网的情况下，频段资源有限，利用频率规划难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统，以克服现有技术中难以利用频率规划规避天线相对时产生的干扰。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统是这样实现的：

一种单极化定向天线，所述单极化定向天线极化方向与垂直方向的夹角为45°与预设值之和。

所述预设值可以根据极化抑制要求预先设置。

一种单极化阵列定向天线，所述单极化阵列定向天线极化方向与垂直方向的夹角为45°与预设值之和。

所述预设值可以根据极化抑制要求预先设置。

一种单极化定向天线/阵列定向天线的时分双工通信系统，该系统中的天线的极化方向与垂直方向的夹角统一为45°与预设值之和；该系统中第一天线正向覆盖范围内方向完全相对的第二天线与所述第一天线的极化方向夹角为90°；该系统中的天线为单极化定向天线/阵列天线。

第一天线正向覆盖范围内，与该第一天线有相对关系的天线与所述第一天线存在极化干扰抑制作用。

该系统中的天线采用极化隔离、时间隔离、频率隔离、方向隔离和工程措施抑制远端基站的干扰。

由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明提供的天线和系统，极化方向与垂直方向的夹角为+45°或-45°，当两个天线极化方向相同，且方向相对时，接收天线与产生干扰信号的发射天线的极化方向相差90°，这样，可以形成正交极化抑制，从而大大降低了干扰。

附图说明

图1为现有技术由于延迟产生干扰的示意图；

图2为本发明单极化定向天线和单极化阵列定向天线的结构图；

图3为本发明单极化阵列定向天线的干扰抑制示意图；

图4为本发明单极化定向天线系统的网络应用示意图；

图5为本发明干扰抑制效果的仿真图。

具体实施方式

本发明提供一种单极化定向天线/阵列定向天线及其时分双工通信系统，天线的极化方向与垂直方向的夹角为+45°或-45°，也可以是+45°与预设值之和或-45°与预设值之和。当两个天线方向相对，且极化方向相同时，接收天线与产生干扰信号发射天线的极化方向相差90°，或是一个小于90°的门限值，以形成正交极化抑制。

现有技术中，远端基站的信号到达本地基站一般是通过视距或超视距传播。视距传播的距离通常在几十公里；对于移动通信使用的几百MHz到几GHz的频段，超视距传播的主要途径是对流层散射，以及小概率情况下的大气波导。干扰的传播有时会超过上百公里。当干扰较强时，会影响上行接入与业务的正常进行。

TDD系统中，实现基站间干扰的抑制通常的方法是时间隔离、频率隔离、方向隔离，以及工程方法。

时间隔离需要在TDD系统的下行和上行的转换之间提供足够的保护时间。如果根据最远干扰的传播延迟预留较长的保护间隔，则会严重降低系统效率。

频率隔离的方式是对有可能产生干扰的站点采用不同的频率，避免同频干扰。但是受限于分配的频段宽度和频点个数，不可能进行上百公里范围内的频率复用，同时这样做会降低频谱利用率。

方向隔离使用高增益波束天线，可以避免在期望方向以外产生干扰，适用于点对点通信。在点对多点的广覆盖系统中(如移动通信系统)应用时，干扰抑制的效果受到限制。

工程措施包括基站高度的设置，基站下倾角的设置等。

通过现有的这些措施都可以在一定程度上抑制干扰的产生以及对干扰的接收，但是受各种因素限制，干扰抑制效果受到影响。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出的天线结构如图2所示。分别为单极化定向天线和单极化阵列定向天线的结构图。极化方向与垂直方向的夹角为+45°或-45°。这样，当两个天线方向相对，如图3所示的单极化阵列定向天线，由于极化方向相同，接收天线与产生干扰信号发射天线的极化方向相差90°，由于被干扰基站的天线仅对与其极化方向相同的信号产生响应，而对极化方向正交的干扰信号则不产生响应，从而可以形成正交极化抑制，就可以有效的抑制干扰。

当然，也可以根据极化抑制要求设置一个预设值，使极化方向与垂直方向的夹角为+45°与预设值之和，或是-45°与预设值之和。在特定应用环境中，经过远距离传播的干扰其极化方向可能发生一定的偏转，到达被干扰基站时其极化方向与垂直方向的夹角会减小(或增大)。通过增加预设值，可以在一定程度上抵消这种极化旋转，使干扰信号与被干扰基站的天线极化方向保持更好的正交性。当这个预设值设为0°时，所述的极化方向与垂直方向的夹角即为+45°或-45°。

图4示出了单极化定向天线的时分双工通信系统系统的正交极化干扰抑制原理。整个网络可以应用同形式的天线，即统一为+45°或-45°。这样，这种天线正向覆盖范围内方向相对的天线与其极化方向夹角为90°。而如果在正向覆盖范围内不是完全正对，但仍有相对关系时，仍可达到极化方向夹角接近90°的效果，虽然不如完全正对时效果好，仍然可以形成较好的正交极化抑制，因此仍可以较有效的抑制干扰。即使两个天线面的水平方向相差90°，即相互垂直时，经过计算，这两个天线的极化方向仍相差60°，理论上仍可达到6dB的正交极化抑制效果。典型的，例如图4中按照位置的差异，在可能产生干扰的三个基站A(三扇区天线分别为A1，A2，A3)，B(三扇区天线分别为B1，B2，B3)，C(三扇区天线分别为C1，C2，C3)的天线A1，B2，C3间，两两都可以形成极化方向相差接近90°，从而达到较好的正交极化抑制效果。

与此类似的，使用单极化阵列定向天线的时分双工通信系统系统在干扰抑制的效果与此类似。

考虑到一般的网络中，当两个天线存在一定的夹角时，天线方向产生的背向抑制作用和极化特性产生的极化抑制作用可以联合发挥作用，总的抑制效果为天线方向图与极化部分正交性在相应方向上的叠加。

图5是一种典型情况下的仿真结果图，如图中所示，方向图曲线表明：当两个天线同向放置时(对应横坐标0°)，由于天线的背向抑制作用，干扰信号被抑制在20dB以上；而当不同基站的两个天线相对时(对应横坐标180°)，两个基站间干扰没有方向抑制。图中的极化抑制曲线为采用本发明45°极化天线时仅考虑极化特性的干扰抑制效果图，其表明：当两个天线同向放置，由于两个天线的极化方向相同，没有极化抑制效果；而当不同基站的两个天线相对时(对应横坐标180°)，这两个天线正好形成正交极化抑制。而当采用本发明45°极化天线时，考虑极化特性并考虑极化特性和方向性的总体效果，其曲线为总增益曲线，该曲线形表明：当两个天线同向放置，两个天线的极化方向相同，没有增益，但是由于天线的背向抑制作用，干扰信号被抑制在20dB以上；而当不同基站的两个天线相对时(对应横坐标180°)，从方向上干扰抑制没有增益，但这两个天线正好形成正交极化抑制，其总的干扰抑制效果也可达到20dB以上。

应用在网络中的较典型的情况，当两个有相对关系的定向天线，例如单极化定向天线或单极化阵列定向天线，尽管不是完全相对(即两个天线方向相差180°)，但是两个天线之间仍存在极化方向夹角，且该夹角大于60°，即两个天线有相对关系时，仍能产生干扰抑制效果。

从图5中的总增益曲线可以看出，应用本发明的天线和系统，在各个方向上都可以获得较好的干扰抑制效果，从而在网络中无法对基站和天线位置、方向进行严格要求时，不需要考虑大范围的频率规划就可避免一定的干扰。

图2中两个单极化阵列定向天线产生正交抑制效果的原理，两个单极化定向天线产生正交抑制效果原理与此类似，在此不再赘述。当然，两个天线中一个为单极化定向天线，另一个为单极化阵列定向天线，由于仍具备正交性，也能达到类似的效果。网络中全部应用阵列天线，及混合应用分离天线与阵列天线的原理和效果与此相同。

本发明提出的单极化定向天线和单极化阵列定向天线，可以与前述提到的时间隔离、频率隔离、方向隔离和工程措施等方法相结合，这样能得到更好的抑制效果。

由以上实施例可见，本发明提供的单极化定向天线和单极化阵列定向天线，极化方向与垂直方向的夹角为+45°或-45°，当两个天线方向相对，且极化方向相同时，接收天线与产生干扰信号发射天线的极化方向相差90°，这样，可以形成正交极化抑制，从而大大降低了干扰。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims

1. 一种单极化定向天线，其特征在于，所述单极化定向天线极化方向与垂直方向的夹角为45°与预设值之和。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设值可以根据极化抑制要求预先设置。

3. 一种单极化阵列定向天线，其特征在于，所述单极化阵列定向天线极化方向与垂直方向的夹角为45°与预设值之和。

4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设值可以根据极化抑制要求预先设置。

5. 一种单极化定向天线/阵列定向天线的时分双工通信系统，其特征在于，该系统中的天线的极化方向与垂直方向的夹角统一为45°与预设值之和；该系统中第一天线正向覆盖范围内方向完全相对的第二天线与所述第一天线的极化方向夹角为90°；该系统中的天线为单极化定向天线/阵列天线。

6. 如权利要求5所述的单极化定向天线/阵列定向天线的时分双工通信系统，其特征在于，第一天线正向覆盖范围内，与该第一天线有相对关系的天线与所述第一天线存在极化干扰抑制作用。

7. 如权利要求5所述的单极化定向天线/阵列定向天线的时分双工通信系统，其特征在于，该系统中的天线采用极化隔离、时间隔离、频率隔离、方向隔离和工程措施抑制远端基站的干扰。