5G接入网学习：回顾电调天线

引言：整理之前LTE电调天线的笔记，添加部分新内容，归入5G接入网学习部分。

文章目录

1、什么是电调天线？
2、天线电调理论
3、电调天线优缺点
4、电调天线组成
- 4-1、基本结构
- 4-2、RCU
5、电调天线的使用
- 5-1、基站使用RCU的方式
- 5-2、远程电调方式
- 5-3、RCU级联
- 5-4、天线校准
补充

1、什么是电调天线？

电调天线指的是可以调整电子下倾角的天线，区别于传统调节机械下倾角的天线；电子下倾角的调节通过调整天线内部的振子间相位来实现的。

电调天线也叫远程电调天线RET（Remote Electrical Tilt），因为一般电调天线都具备远程操控的能力（关键是远端控制单元RCU（Remote Control Unit））。

电子下倾和机械下倾：
电子下倾是指不改变天线物理位置的情况下，通过改变天线振子的相位来改变波束覆盖范围；机械下倾是指直接调节天线物理倾斜角度来改变波束覆盖范围。

2、天线电调理论

天线的覆盖是通过垂直面主波束来实现的，下倾角的调节改变了主波束覆盖范围。垂直面波束立体方向图如下所示：

天线电调是通过移相器改变天线阵列中每个辐射单元（振子）所获得的功率信号的相位来实现垂直面主波束的下倾。是雷达相控阵技术在移动通信中的应用。

电调下倾在天线内部调节振子路径的长短来实现下倾角调节。如下图所示：无下倾时，高频信号在馈电网络中路径相等，此时天线各单元等相位分布；电下倾时，高频信号在馈电网络中路径长度不相等，此时天线各单元相位按一定规律分布----等差相位。

电调天线一般通过马达物理结构上调节振子电路，实现振子路径的变化；这就是移相器，它通过调节馈电网络的长度来改变各振子馈电相位，实现天线波束下倾。

3、电调天线优缺点

优点
电调天线的优点就是有效的克服了机械调下倾角的缺点，如：需上塔调节，调整困难；在大角度下倾时水平面覆盖产生畸变，导致邻扇区抗干扰性能变差，覆盖性能变差等。
总的来说，电调天线具有后期维护方便、可以实时调整，天线方向图不会发生畸变，即不会出现波束变形的情况。
缺点
增益有所损失，结构复杂化，成本上升，可靠性下降。

4、电调天线组成

4-1、基本结构

电调天线RET（Remote Electrical Tilt），由天线和远端控制单元RCU（Remote Control Unit）组成，电调天线之所以可以实现连续可调的电下倾，关键是在天线内部使用了可机械调节的多路移相器，该器件为一路输入，多路输出，通过机械传动机构可以同时改变输出各路信号的相位（改变振子路径）。然后通过远端控制单元RCU进行远端控制。

移相器可简单分为移动传输线和移动介质两种；区别是电机转动时调节的是传输线的长度还是调节介质的位置。电调天线内部如下：

RCU由驱动马达、控制电路与传动机构构成。传动马达一般采用数控的步进马达，控制电路主要功能是与控制器通信并控制驱动马达，驱动结构主要包括一个齿轮，该齿轮可以与传动杆咬合，齿轮在马达驱动下转动时，就可以拉动传动杆，从而改变天线的下倾角。

RCU分为外置RCU和内置RCU：
- 内置RCU的RET天线是指RCU已经安装到天线上，和天线共用一个外罩。
- 外置RCU的RET天线是指RCU控制器需要在天线相应的电调接口与电调线之间装一个RCU，RCU处于天线面罩外部。

4-2、RCU

对于内置RCU，因为集成在天线面罩内部了，所以直接接上天线（实际上是内部的RCU）和RRU之间的电调线即可。不管内置RCU还是外置RCU，和RRU之间都是通过AISG控制线连接的。

AISG（antenna interface standards group）为天线接口标准组织，网址为：http://www.aisg.org.uk/，主要用作基站天线、塔放设备进行远程控制

AISG包括了接口规范和协议，定义了相关接口通讯的标准和通讯流程

外置RCU能比较明了的了解其结构，下面详细介绍一下外置RCU。
RCU简单来说可以理解为一个可远程操控的电机，一头输入控制信号、一头输出电机驱动。如下所示：

RCU内部就是一个电机和控制电路，我们不需要了解；下面来看看RCU的接口。

RCU和RRU接口

RET接口就是接AISG控制线的接口，一般内置RCU就只提供这个接口供连接到RRU去。
RCU和天线的接口

可以很明显的看出，RCU是直接驱动电机来控制天线内部移相器工作，而不是通过信号线来控制移相器的；RCU和天线接口是机械传动结构，不是信号线结构。
外置RCU天线接口

最终连接如下所示：

5、电调天线的使用

5-1、基站使用RCU的方式

RS485方式
基站控制信号以及DC信号经过AISG多芯电缆传输给RCU，主设备可以远程控制一个RCU，也可控制管理多个级联的RCU（要求能满足至少3级级联，6级级联可选）。
调制解调方式
基站通过外置或内置BT将控制信号调制为2.176MHz的OOK信号（baiOn-Off Keying，二进制振幅键控，是ASK调制的一个特例），与DC信号一起通过RF同轴电缆传输到SBT，由SBT完成OOK信号与RS485信号的互相转换。

5-2、远程电调方式

远程电调如下图所示，基本方式为通过基站网管控制电调的方式，控制信息通过基站网管下发给基站，基站再将控制信号传达给RCU，由RCU完成对电调天线电下倾角的调制。
左右两侧不同之处在于基站传达给RCU控制信号的方式，左侧为通过基站射频电缆将控制信号传达给RCU，右侧为通过基站电调口将控制信号传达给RCU。

其实电调方式的不同就是RCU使用方式的不同而已。

5-3、RCU级联

每个RRU/RRH上只有一个RET接口，若遇到1个/2个RRU开多个小区（RRU分裂）的时候，需要将RCU进行级联。

电调天线可以进行手动调节，方法是通过手动拉动天线外面的行程标来调节。

5-4、天线校准

电调天线需要进行校准来确定天线电调的好坏。

电调天线在支持角度最小值和最大值分别设置两个卡点，但收到校准命令后，从设备驱动驱动器在整个角度范围内移动，首先进行两个卡点之间行程的测量，并与配置文件中总行程进行对比（要求配置与实际误差在5%以内）。

如果行程一致，再根据校准前停留的位置停留到相应位置，校准时间不应超过4分钟。

如果行程不一样，校准失败，产生未校准告警。如果校准器件断电或复位，产生未校准告警。如果校准期间发生空转，产生未校准告警。

补充

极化天线：天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向；当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
双极化天线：一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此大部分采用的是±45°极化方式；
双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。
分集：发射端将同一消息的一个或多个信号传递出去，在接收端将该消息的两个或多个受扰不同的信号(或称复制品)利用选择或合并电路恢复传递消息，以获得比任何单个信号所得到的消息质量更好的技术，称为分集
https://baike.baidu.com/item/%E5%88%86%E9%9B%86/5924193?fr=aladdin
系统架构：电调天线控制结构
从塔上、塔下及远端机房三个层面部署和组网，下面通过一张电调天线组网结构示意图来做概括：
（1）塔上包括内置电机RCU、外置电机RCU及相关的电调天线。
（2）塔下包括手持控制器、中央控制单元CCU、分路器（可选）、SBT耦合器（可选）及连接RCU的AISG多芯线缆等。
（3）远端机房包括远端CCU单元、监控设备及传输链路等。
参考
大话天馈之天线基本组成和概念