摘 要： 提出了LTE中，用移動終端遠程控制eNodeB，對電調天線的方向角、機械下傾角和電子下傾角進行測量的方法。設計了用于LTE電調天線遠程測量系統的協議以及該系統的實現方案。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。將該系統用于LTE網絡規(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絡質量的目的。
關鍵詞： 電調天線； LTE； 遠程測量； 二維傾角傳感器； 下傾角

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(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系統中,電調天線是LTE網絡覆蓋規(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(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(fā)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(fā)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(fā)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。