多波束天线案例
北斗+5G应用场景下的天线技术研究
网络信息工程2022.06
750 引言北斗和5G是实现“国器自立，自主可控”的两大核心领域，两者有机融合将成为高精度、高可靠、高安全的新一代信息时空体系[1]，导航和通信融合的理论逻辑在于卫星系统可
以为地面基站等提供授时、定位服务的时空基准，但由于大气层折射和设备固有误差等因素存在信号覆盖不全和精度降低的问题，通过地基增强网络解算分析，地基增强加速定位信息通过基站高速传输到终端，定位精度可达厘米级；而原本只用于通信的地面基站也能提供定位功能，而且覆盖不到基站信号的偏远地区也能用上北斗短报文通信功能。北斗赋能5G，5G赋能北斗，两者互为补充，特别是把终端和应用融合起来，这样在一个智能设备上就可以实现高精度的定位和服务。
1 应用场景分析卫星系统和地面网络融合起来，构成强大的天地一体化
网络，加上人工智能和大数据等技术的融合，必将促进物联网和智慧交通等应用的爆发与发展[2]。
随着我国汽车保有量的日益增加，司机不文明驾车等人为原因导致交通事故频频发生，交通灯设置不合理等等都会造成城市交通拥堵，无人驾驶技术应运而生。无人驾驶需要超高、超快的路况信息交流。北斗三号导航系统为无人驾驶提供非常精准的定位和应急通信以及高精度地图；5G 的发展为无人驾驶汽车提供低延时高宽带的信息交流[3]。当有
危险发生或危险已发生时，汽车可以自动给附近汽车发送信息，让其他车辆及时做出紧急避险反应，大大降低车辆事故发生的几率，提供安全保障。整个交通网络接入网络，合理控制交通信号灯，改善上下班高峰拥堵。智慧交通构建如图1所示。车载终端通过通信单元实现与边缘云互联，边缘云与北斗系统差分基准站和5G基站互通信息，通过云端进行数据处理和宏观控制，实现万物互联，互联互通。
北斗＋5G应用场景下的天线技术研究刘志华 （广州海格通信集团股份有限公司，广东广州，510000）
摘要：北斗系统是我国自主可控的卫星定位系统并于2020年6月完成全球组网。5G是新一代通信技术，构筑起万物互联的核心基础。两大“国之重器”融合赋能智慧社会建设，北斗系统的高精度定位能力和5G低时延、超宽带和海量通信能力是智慧社会的重要基础。北斗+5G应用场景将多样化，但北斗卫星信号落地电平低，容易受到邻近5G系统的干扰，特别两者频率相隔较近时，5G 信号将对北斗业务造成干扰。北斗系统采用阵列天线设计，合成多波束，合成后的波束增益高，对准有效来波信号方向，可以有效对抗5G信号的干扰。关键词：北斗；5G；阵列天线；多波束；抗干扰中图分类号：TN927+.2 文献标识码：A
太赫兹天线（一）
技术讲座1数字通信世界2024.031 基本知识[1][2]1.1 天线的基本作用天线是向空间辐射或收集携带信息的空间电磁波的装置。
据此基本功能，天线可分为发射天线和接收天线两大类，但一部天线可用于发射也可用于接收，或加入双工器之类的装置后可收发共用。
虽然发射天线和接收天线在性能要求和工作方式等方面并非完全相同，但理论上可以利用电磁场的互易原理，将接收天线当作发射天线来分析。
在下面提到的一些基本性能指标上，它们是具有共性的。
1.2 天线的基本原理1.2.1 电磁波产生的基本原理当带电体上的电荷的量和性质（正、负）随时间而发生变化时，它所产生的电、磁场也是随时间而变化的，即，电场中每一点的电场强度（包括大小和方向）、磁场中每一点的磁场强度，在不同时间是不同的。
最基本的交变电磁场的波形是随时间做正弦（余弦）变化，称为简谐波。
根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在它的周围产生变化的磁场；同样地，变化的磁场也在它的周围产生变化的电场。
产生交变电磁场之源称为场源，如电流环和电偶极子等。
以电流环为例，它是随时间变化的电流流过环形导线形成的。
在电流环的周围，引起磁场的环流，它也是随时间而变的；当电流值大时，磁场强，所感应产生的电场也强；当电流值小时，则反之。
接下来，所产生的电场又感应出新的磁场……如此交替循环（图1）。
这样，在空间某一点观察，将会看到电磁场随时间做强、弱和正、负交替的变化，于是在空间的电磁场强度高低起伏，如水面上的波浪从中心一圈一圈向外扩张一样，电磁场在电流环周围连续不断地扩展并传播到整个空间。
这就是电磁波。
由点场源产生的电磁波在空间是以球面波的形式传播的，即在相同时刻，电磁波所到达的各点，均位于以源点为中心的圆球面上。
因所传播距离相同，这些电磁波是同相位的。
理论上，当距离为无限远时，球面接近为平面，球面波成为平面波，垂直于传播方向的平面为等相面，或称同相面（图2）。
研究证明，电磁波的电场与磁场在空间上是正交的，它们在自由空间以光速传播。
多波束智能天线GSM系统融合技术研究
假定 存 在 Ｎ 个 同频 复 用 小 区 ， 频 防 护 比 为 射
）， 能 天 线 波束 数 目为 Ｍ ， 统 的 中 断概 率 为 载 波 ，智 系
２ 多 波 束 天 线 提 高 Ｇ Ｍ 移 动 通 信 系 Ｓ 统 性 能 分 析
在 ＧＳ 移 动 通 信 环 境 中 ， 号 主 要 受 到 快 衰 Ｍ 信
分 别 为 波 束 转 换 （ｗｉ ｈ ｄｂ ａ 技 术 和 自适 应 空 间 ｓ ｔ ｅ ｅｍ） ｃ 数 字 处 ￣ （ｄ ｐｉｅｓ ａｉｌ ｉｉ ｌ ｒｃｓｉｇ 技 术 。 ａ ａ ｔ ｐ ｔ ｇｔ ｏ ｅｓ ） ｖ ａｄ ａｐ ｎ
干扰 比（ Ｉ小于射频防护 比时的概率 ： Ｃ／ ） Ｐ ＝ Ｐ（ Ｉ ＜ ） ＣＲ ， ）
多波束相控阵天线角跟踪性能及测试方法
多波束相控阵天线角跟踪性能及测试方法姚海涛【摘要】针对目前对多波束相控阵天线角跟踪性能测试研究较少的问题，首先分析了多波束相控阵天线的单脉冲和差测角方法，并对波束滑动、波束穿越及信号频率变化对角跟踪性能的影响进行了仿真分析。
类比传统的雷达精度校飞试验，提出了基于飞艇的角跟踪性能测试方法，对角跟踪精度及误差范围进行测试，并利用STK软件实现了可视化。
仿真分析表明，该方法可以实现对多波束相控阵天线角跟踪性能的评定并具有较高的工程应用价值。
%Aiming at the limited research of measurement of multi-beam phased array antennas’ angle tracking performance,the sum-difference monopulse angle measurement is firstly analyzed and the effects of beam sliding,beam crossing and change of signal frequency are simulated in this paper. Subsequently,compared to conventional radar calibration flight test,a novel measurement based on the airship for tracking performance which can test the tracking accuracy and error range is proposed,and visualization of the measurement is achieved through STK software. Numerical simulations demonstrate that the proposed method can accurately measure the performance of angle tracking and is suitable in engineering practice.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P45-50)【关键词】多波束相控阵天线;单脉冲测角;跟踪性能;测试【作者】姚海涛【作者单位】解放军76160部队，广州 510055【正文语种】中文【中图分类】TN82多波束相控阵天线在阵列天线基础上通过对阵列信号的数字加权处理来形成和差波束，如自适应波束形成及子阵级和差多波束［1-6］等，对目标进行单脉冲测角，发现并跟踪尽量多的目标，以实现高跟踪精度、强抗干扰能力及高数据率等优点。
星上处理技术
星上处理技术[英文名称] on board processing technology[定义]为了卫星通信能与宽带综合业务数字网（ISDN）、异步转移模式（A TM）标准兼容，卫星与光缆无缝连接，卫星必须克服带宽、传输质量、时延、雨衰及保密等问题，还必须具备星上交换能力。
因此，只有通过星上处理技术来实现。
星上处理技术包括：比特再生、前向纠错、基带解调、路由切换、编路、功率可控矩阵、信道带宽可调（数字滤波）、波束成形、多波束天线和切换以及星间链路等技术。
[国外概况]1976年发射的林肯实验卫星（LES）－8、LES－9两颗军用实验卫星上，首次进行了简单的比特再生和几个波束的多波束天线技术等星上处理技术实验。
由于这一技术可以降低干扰、改善信道质量，在随后的军用通信卫星中普遍采用了此项技术。
在1975年发射的国际通信卫星Intelsat-IV A，采用了两个波束的天线，从此，多波束天线技术开始发展。
80年代，由于商用通信卫星的飞速发展，静止轨道频率资源短缺，而多波束的频率复用特性使其具备了巨大优势，从而得到迅速发展。
从几个波束发展到了几十个、上百个波束，技术也发生了根本性的变化。
目前，除了多波束频率复用特性外，提高卫星有效各向同性辐射功率（EIRP）从而降低对地面终端的要求，也越来越受到重视。
但不同波束之间的用户连接困难问题，则需要连接不同波束的微波切换矩阵。
1991年1月发射Inteolsat-F1及随后发射的F2首次采用了微波切换矩阵，实现了6个波束之间的互连。
1993年9月发射的先进通信技术卫星（ACTS）是美国国家航空航天局（NASA）为保持美国在通信卫星领域的领先地位而研制的一颗具有多项星上处理技术的先进技术实验卫星。
它开创了星上处理技术的新局面。
有众多美国公司参与了ACTS计划的先期研制，从而使他们在星上处理技术方面前进了一大步，并为其以后的发展打下了牢固的基础。
其中摩托罗拉公司开发了星上基带交换技术、TRW、Loral等公司研制了点波束天线技术和微波交换矩阵、电磁科学公司研制了波束成形网络、TRW、休斯等公司研制了Ka频段发射和接收设备、Comsat和BBW公司开发了网络控制技术。
5G优化案例：优化MIMO时域图谱参数,降低5G网络同频干扰问题
优化MIMO时域图谱参数，降低5G网络同频干扰问题XX目录一、原理介绍 (3)二、分析过程 (8)三、解决措施 (11)四、经验总结 (14)优化 MIMO 时域图谱参数，降低 5G 网络同频干扰问题【摘要】从3G 时代开始，无线空口就已经实现采用同一个频点组一张网的愿景，这样大量节省运营商建设无线网络时，所付出的无线频谱的投资。
到4G 和5G 时代，同样支持同频组网，甚至在5G RAN2.1 之前无线基站都只支持同频测量，都不支持起GAP 进行异频测量。
这也说明建设一张连续覆盖的5G 网络，工信部最初给各运营商每家分配的100Mhz 频谱资源完全够用于建设一张独立的5G 网络。
但鉴于5G 用户越来越多，同时因采用3.5Ghz 的C 波段造成站点密度越来越高，5G 小区间同频干扰也越来越大，针对解决同频干扰问题的研究迫在眉睫，本文初步讨论通过合理规划修改SSB 起始位置错开同一符号内不同站点波束覆盖重叠的可能性。
【关键字】NR SSB 波束扫描下行链路检测流程定时器【业务类别】其他类一、原理介绍针对该案例，首先我们需要了解一下过往对干扰处理的方式。
最初建设4G 无线网络时，一开始说覆盖不够要抬天线下倾角要加站，随着用户越来越多又说加了站同频干扰太大，要压天线下倾角要控制覆盖。
所以为避免小区间的同频干扰，有两种方案：第一，实现异频；第二，实现空间隔离。
对于第一种方案，因为没有更多频点资源，不能直接增加，便产生了小区边缘异频解决方案ICIC，对于小区边缘容量有所牺牲，如下图：图一：小区间干扰协调方案对于第二种方案，完全空间隔离在3G/4G 时代的天线技术也提出一个智能天线的说法，最早时应用部署在中国移动的TD-SCDMA 网络，对于业务信道采用波束赋形，实现业务的空间波束隔离，如下图：图二：3G/4G 空间波束赋形的智能天线技术对于5G SA 小区，以上第一种小区间干扰协调方案不适用于AAU 场景，而对于第二种波束空分隔离场景，不同于3G/4G 只针对PDSCH 信道进行波束赋形，5G AAU 对所有信道都采用波束赋形。
卫星监测多波束天线技术研究
电波卫士介质透镜1 引言多波束天线能实现一副天线同时接收多路信号的功能，在卫星监测中开始得到越来越广泛的应用。
目前，多波束天线在星载天线上得到了较为广泛的运用，而地球站天线由于较高增益要求使用多波束天线的成本仍然较高，导致运用不够广泛。
随着卫星数量的爆炸性增长，及天线成本的下降，未来多波束天线将是卫星监测天线的主流天线技术之一。
2 多波束天线2.1 多波束天线的定义多波束天线是指能产生多个高增益波束的天线，这些波束（称为元波束）可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。
目前多波束天线主要有三种形态：透镜式、反射面式、相控阵式等三种基本形式，此外，还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。
2.2 透镜式多波束天线利用透镜把馈源所辐射的能量汇聚起来形成一个锐波束，当透镜焦点附近设置多个馈源时，便相应形成指向不同的多个元波束。
其工作原理如图1所示。
作者简介：蔡鸿昀，本科，助理工程师，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位以及卫星监测设备维护工作，主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术研究等。
李思静，本科，工程师，主要从事无线电监测、短波监测定位以及卫星干扰源上行定位工作，主要研究方向为短波监测新技术、信号分析等。
周 平，硕士研究生，工程师，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术等。
卫星监测多波束天线技术研究蔡鸿昀，李思静，周 平（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）摘要：本文综述了三种主要形态的多波束天线，并分别给出其工作原理图，对三种基本多波束天线进行了性能比较。
关键词：多波束天线；卫星监测；相控阵天线doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.026中图分类号：TN82 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2017）08-0063-05Abstract: This paper reviews three major multi-beam antennas, and describesthe working principle of threekinds of antennas respectively, in addition, performs performance comparison of Threebasic multi-beam Antennas.Keywords: multi-beam antenna; Satellite monitoring; Phased array antennaCai Hongyun, Li Sijing, Zhou Ping(National Radio Monitoring Center Shenzhen monitoring station, Shenzhen, 518120)Research on Multi-beam Antenna Technology图1 多波束透镜天线工作示意图由于馈源偏离透镜焦点会引起彗形像差而使旁瓣电平升高，馈源的偏焦角不能过大，但可适当组合多个喇叭组成馈源阵来压低波束的旁瓣电平。
Ka频段宽带通信卫星多波束天线技术概述
Ka频段宽带通信卫星多波束天线技术概述
丁伟;陶啸
【期刊名称】《空间电子技术》
【年(卷),期】2015(012)005
【摘要】随着宽带多媒体卫星通信的发展,解决各类小型终端的宽带通信需求越来越迫切,这对星载天线提出了高增益、低旁瓣、广覆盖、高C/I等新的要求.文章主要介绍了国外用于宽带多媒体业务的Ka频段多波束天线技术,总结了卫星及其星载多波束天线的关键技术和发展趋势,最后讨论了国内开展Ka宽带通信多波束天线技术研究的意义及发展前景.
【总页数】7页(P8-13,27)
【作者】丁伟;陶啸
【作者单位】中国空间技术研究院西安分院,西安710000;中国空间技术研究院西安分院,西安710000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.国际移动卫星-5 F3顺利入轨首个Ka频段全球移动宽带通信卫星系统建成 [J], 李博
2.欧洲通信卫星公司全Ka频段宽带卫星——Ka—Sat [J],
3.宽带多媒体通信卫星多波束覆盖国土的优化研究 [J], 唐劲飞;闫忠文
4.Ka频段宽带通信卫星系统频轨资源使用研究 [J], 田伟;张鹏
5.太空之路-3全Ka频段宽带通信卫星将于8月发射 [J], 靳力（摘编）;瞭望（摘编）
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1 / 28 多波束天线试点效果评估报告 2012年12月 2 / 28
目 录 1．项目介绍 .................................................................................................................................... 3 1．1．项目背景 ...................................................................................................................... 3 1．2．试点场景 ...................................................................................................................... 3 2．项目价值 .................................................................................................................................... 4 3．技术方案 .................................................................................................................................... 4 3．1 多波束天线 .................................................................................................................... 4 3．1．1多波束天线简介 ............................................................................................... 4 3．1．2多波束天线性能参数 ....................................................................................... 5 3．1．3多波束天线技术规格 ....................................................................................... 6 3．1．4多波束天线频率规划优势 ............................................................................... 7 3．2试点方案 ......................................................................................................................... 9 3．2．1 纺校学院概况 .................................................................................................. 9 3．2．2 改造方案 ........................................................................................................ 10 4．效果评估 .................................................................................................................................. 13 4．1 区域话务量对比 .......................................................................................................... 13 4．2 小区话务量对比 .......................................................................................................... 14 4．3 区域上下行RLC层有效流量对比 ............................................................................. 14 4．4 小区上下行RLC层有效流量对比 ............................................................................. 15 4．5 数据业务KPI指标评估 .............................................................................................. 15 3 / 28
4．6 RMS测量报告评估 ..................................................................................................... 16 4．7 切换成功率 .................................................................................................................. 17 4．8 切换次数 .................................................................................................................... 17 4．9 区域路测效果对比 ...................................................................................................... 18 4．10 定点CQT测试效果对比 .......................................................................................... 19 5 . 经济效益评估 .......................................................................................................................... 19 6．总结 .......................................................................................................................................... 20
案例一：
1．项目介绍 1．1．项目背景 本试点方案由某运营商与广东博纬通信科技有限公司经过共同技术探讨提出，以纺校DCS基站1800小区为试点场景，对多波束天线进行各项性能及所涉及影响的无线网络指标进行验证试点。 本文档内容主要包含针对多波束天线试点实施的背景、项目价值、天线性能参数、具体实施方案、实施效果验证等。
1．2．试点场景 纺校基站属于中上等类型的高校高话务场景，无线网络呈现高配置、高负荷、高业务需求的特点，纺校DCS基站承载较高的话务负荷，频率资源紧张。 充分考虑多波束天线的特点属性，结合覆盖区域的网络现状，总体的优化策略下沉 4 / 28
900M话务，缓解业务负荷与频率紧张局面，提升1800M话务吸收能力。 2．项目价值 陕西纺校基站主要覆盖学院宿舍楼、教学楼及教工住宅区及校内道路、毕塬路等，楼房分布密集，但楼体分布较为规整，网络特性为：忙时时段话务量高、数据流量大，出现小区话务拥塞，影响考核指标及用户感知；楼房分布密集，室内信号迅速衰减，容易出现弱信号覆盖，影响区域的移动信号覆盖率。 广东博纬多波束天线覆盖解决方案针对覆盖网络区域进行精细化控制，大幅度提升网络容量的同时，降低区域网络频率复用度、降低整体网络干扰，提升移动网络各项性能指标，是解决密集楼房区域网络难题的首选方案。
3．技术方案 3．1 多波束天线 3．1．1多波束天线简介 多波束天线是博纬公司针对当前GSM网络需求推出的高容量天线产品，即单根天线可以提供相当于传统天线多倍的网络容量，适用于高校校园、广场、火车站、城中村等人口密集的区域。 由于单根天线可以产生三个或五个双极化极窄波束，因此可应用于小区分裂扩容。同时，因为波束间具有足够高的隔离度，所以能够实现精确覆盖和抗干扰。 多波束天线是能够产生多个锐波束的天线，这些锐波束可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。 5 / 28
图一：多波束天线覆盖示意图 图二：多波束相控天线阵列—五波束 3．1．2多波束天线性能参数 五波束天线 普通17dBi天线 对比 频率范围 1710 - 2170 MHz 1710 - 2170 MHz --- 水平波瓣宽度 5 x 11° 65° 实现小区分裂,精确化覆盖