现代有轨电车运行安全控制系统：天线和基站

1.天线

移动通信天线的技术发展很快。最初我国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来开始使用机械天线，现在一些移动网已经开始采纳电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率、增益和前后比等指标差别不大，都符合网络指标要求，故我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对几种天线进行分析比较。

1）机械天线。所谓机械天线是指使用机械调整天线下倾角度的移动天线。机械天线与地面垂直安装好以后，可能因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1°～5°；当下倾角度为5°～10°时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度为10°～15°时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾角度大于15°时，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形。这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。

2）电调天线。所谓电调天线是指使用电子调整天线下倾角度的移动天线。电调下倾角度的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，当电调天线下倾角度为1°～5°时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度为5°～10°时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度为10°～15°时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾角度大于15°时，其天线方向图与机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内。增大下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的。因此，采用电调天线能够降低呼叫损失，减小干扰。

另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整的效果；调整倾角的步进精度也较高（为0.1°），因此可以对网络实现精细调整。电调天线的三阶互调指标为-150dBc，较机械天线相差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。

3）双极化天线。双极化天线是一种新型天线技术，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，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量：一般全球移动通信系统（GSM）数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用9根天线，每个扇形使用3根天线（空间分集，一发两收）；如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线。同时由于在双极化天线中，±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（≥30dB），因此双极化天线之间的空间间隔仅需20～30cm。另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。

双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径为20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资；同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。

图12-5所示为几种国产天线及技术指标。

图12-5 几种国产天线及技术指标

2.基站

基站即公用移动通信基站，是无线电台站的一种形式，指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易及维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。

一个基站的选择，应该从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）。基站示意图如图12-6所示。

图12-6 基站示意图

（1）基站收发台 一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作为一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下，在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区，也就是我们常说的网络覆盖面。如果没有收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收。基站收发台不能覆盖的地区，也就是手机信号的盲区。所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏，以及手机是否能在这个区域内正常使用。

基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。

基站使用的天线分为发射天线和接收天线，且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。发全向主要负责全方位的信号发送；收全向就是在各个方位接收信号；定向就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站（如位于郊区）常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。(www.xing528.com)

由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器。

模块滤波和放大指进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率为766.9125～791.8875MHz，变频后，产生123.1MHz的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波和混频后，产生第二中频信号（21.3875MHz），它经过放大、滤波后送到中频集成块。由中频集成块（包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴频器）产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号（RSSI）送到音频/控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心。

基站发射机的工作原理是：把由频率合成器提供的频率为766.9125～791.8875MHz的载频信号与168.1MHz的已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并获得频率为935.0125～959.9875MHz的射频信号，此射频信号再经滤波和放大后进入驱动级，驱动级的输出功率约2.4W，然后加到功率放大器模块。功率控制电路采用负反馈技术自动调整前置驱动级或推动级的输出功率，以使驱动级的输出功率保持在额定值上。也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去，这样可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。功率放大器模块的作用是把信号放大到10W，不过这也依据实际情况而定。如果小区发射信号半径较大，也可采用25W或40W的功放模块，以增强信号的发送半径。

（2）基站控制器 基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器（CSC）、语音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于扩充的多路端接口（EMPI）。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。例如，你在使用手机时，当跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。

GSM系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系；当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的概率。

基站控制器的核心是交换网络和公共处理器（CPR）。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并通过X.25通信协议与操作维护中心（OMC）相连接。交换网络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/语音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器（DTC）与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器（TCU）与收发台相连，构成一个简单的通信网络。

在整个蜂窝移动通信系统中，基站子系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。覆盖区中基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，以及基站子系统中相关组件的工作性能等因素决定了整个蜂窝系统的通信质量。基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络中的重要一环。

基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。所以基站在通信网络中的位置如图12-7所示。

前向信号传输流程如下：

1）核心网侧的控制信令、语音呼叫或数据业务信息通过传输网络发送到基站（在2G、3G网络中，信号先传送到基站控制器，再传送到基站）。

2）信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射。

3）终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。

反向信号传输流程与前向流程方向相反，但原理相似。

图12-7 基站在通信网络中的位置

每个基站根据所连接的天线情况，可以包含有一个或多个扇区。基站扇区的覆盖范围可以达到几百到几十千米。不过在用户密集的地区，通常会对覆盖范围进行控制，避免对相邻的基站造成干扰。

基站的基带和射频处理能力决定了基站的物理结构，即由基带模块和射频模块两大部分组成。基带模块主要是完成基带的调制与解调、无线资源的分配、呼叫处理、功率控制与软切换等功能。射频模块主要是完成空中射频信道和基带数字信道之间的转换，以及射频信道的放大、收发等功能。