移動通信基站駐波系數(shù)檢測及優(yōu)化

錢思齊

摘 要：隨著當今社會經(jīng)濟與科學技術(shù)的發(fā)展，移動通信技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。在這樣的情況下，移動通信基站的運行效果也越來越為當今社會所重視。為實現(xiàn)移動通信基站中駐波系數(shù)的科學檢測與優(yōu)化，保障移動通信基站的良好運行，本文通過S網(wǎng)絡(luò)對功放末端以及天線口位置這兩者之間的駐波系數(shù)關(guān)系進行分析。希望通過本次的分析，可以讓駐波檢測達到高精度和低成本的功能效果。

關(guān)鍵詞：移動通信;通信基站;駐波系數(shù);檢測;優(yōu)化

引言：在當今，移動通信技術(shù)的發(fā)展十分迅速，而移動通信基站在該技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展中所發(fā)揮的作用也至關(guān)重要。但是在移動通信基站的具體應(yīng)用中，安裝不規(guī)范以及天線異常等的情況都會對其應(yīng)用效果產(chǎn)生很大程度的不利影響。基于此，關(guān)于移動通信基站的駐波系數(shù)檢測與優(yōu)化也開始備受當今社會所關(guān)注。而通過以往的駐波系數(shù)檢測方案來看，實施成本高、誤差大等的問題都十分常見。針對這樣的情況，就需要對以往的檢測方案進行合理優(yōu)化，以此來節(jié)約檢測成本，提高檢測精度，為移動通信基站的良好運行奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 移動基站駐波系數(shù)檢測的重要性分析

在當今，移動通信技術(shù)已經(jīng)成為了全世界發(fā)展最快的一項技術(shù)，而在該技術(shù)的發(fā)展過程中，具有基礎(chǔ)性作用的移動通信基站也成為了一項關(guān)鍵的建設(shè)與發(fā)展目標。眾所周知，移動通信基站的科學合理運行將會對整個移動網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量、應(yīng)用效果、安全性能等諸多方面產(chǎn)生直接的影響作用[1]。尤其是在當今的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和發(fā)展中，移動通信基站所發(fā)揮的作用更是至關(guān)重要。對于移動通信基站的工作運行而言，駐波系數(shù)檢測是一項關(guān)鍵的工作內(nèi)容。良好的駐波系數(shù)檢測不僅可及時發(fā)現(xiàn)移動通信基站中的相應(yīng)設(shè)備運行問題，并使其得到及時解決，以此來確保基站中各個設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，提升設(shè)備使用壽命;同時也可以進一步確保移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍及其穩(wěn)定性，為當今社會的移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供有力的技術(shù)支撐[2-5]。

在移動通信基站的應(yīng)用中，如果出現(xiàn)安裝不規(guī)范或者是天線異常等的情況，基站中的輸出與負載便會出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象，進而顯著提升回波，降低設(shè)備自身的輸出功率，使其覆蓋范圍明顯縮小，導(dǎo)致覆蓋邊緣位置的物聯(lián)網(wǎng)終端出現(xiàn)接入不穩(wěn)定或者是離線現(xiàn)象。這樣的狀態(tài)如果長時間持續(xù)下去，便會對設(shè)備運行造成不利影響，使其穩(wěn)定性和可靠性不斷降低，嚴重的情況下甚至會燒毀設(shè)備。而良好的駐波系數(shù)檢測則可以及時發(fā)現(xiàn)此類異常，并及時發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警，讓移動通信基站應(yīng)用過程中的異常情況得以及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，盡最大限度確保基站設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，保障移動通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。由此可見，在移動通信基站中，駐波系數(shù)檢測具有非常重要的運行和安全保障作用。

2 移動通信基站駐波檢測優(yōu)化方案概述

2.1方案概述

有學者對雙工器輸出端上的B參考點位置加設(shè)耦合器進行了描述，并對耦合雙工器中輸出端口進行了前向以及反向功率描述，同時計算出了其輸出口位置的駐波[6]。但是因為這種方案是將額外的耦合器加設(shè)到主通路上，會導(dǎo)致基站靈敏度以及輸出功率的降低，同時，因為該方案進行了功率檢測電路以及耦合器的增加，也將會顯著提升硬件成本。

為有效解決上述問題，又有學者對PA模塊以及雙工模塊這兩者之間的耦合器應(yīng)用進行描述，并引出耦合器自身的反向功率，借助于切換開關(guān)和DPD復(fù)用反饋回路來檢測其功率[7]。這種方案并不會導(dǎo)致成本的顯著增加，但該方案僅僅能夠?qū)﹄p工器下行輸入口位置的A參考點進行駐波檢測，并不能對B參考點進行駐波檢測。如果雙工器端口位置的駐波不為1，這種方案所檢測到的駐波就會與實際駐波存在很大誤差。下圖是駐波檢測方案示意圖：

2.2理論推導(dǎo)

在對二端口網(wǎng)絡(luò)進行描述的過程中，可通過S矩陣的形式來進行描述，下圖為其S矩陣示意圖：

在以上的S矩陣中，其S參數(shù)的矩陣方程可以按照以下方式來進行定義：

在以上方程中，端口k位置的入射波用ak表示;端口k位置的反射波用bk表示，k的取值是1，2.各個端口位置的電壓列向量用V表示;各個端口位置的電流列向量用I表示;各個端口位置的特性阻抗用Z0表示。

通過以上的S矩陣方程分析可知，如果將匹配負載接入到二端口位置，此時的負載便會完全被吸收，也就是轉(zhuǎn)為零，具體情況如下：

在以上的方程中，S11所代表的是在物理意義上，將匹配負載連接到二端口位置時，一端口位置的電壓所具有的反射常數(shù);S21所代表的是在物理意義上，將匹配負載連接到二端口位置時，一端口位置到二端口位置的傳輸系數(shù)[8]。

如果將相應(yīng)的匹配負載連接到一端口位置，則b1也會完全被吸收，此時的a1就位零，具體情況如下：

同樣的道理，在以上方程中，S22所代表的是在物理意義上，將匹配負載連接到一端口位置時，二端口位置的電壓所具有的反射常數(shù);S12所代表的是在物理意義上，將匹配負載連接到一端口位置時，二端口位置到一端口位置的傳輸系數(shù)。

而對于一端口和二端口，其駐波系數(shù)ρ可以按照以下方程來進行計算：

3 移動通信基站駐波檢測優(yōu)化方案的實現(xiàn)

根據(jù)圖1可看出，如果上行低噪放輸入端口位置具有良好的匹配效果，雙工器便可以等效成二端口網(wǎng)絡(luò)。其中的參考面A屬于一端口，參考面B屬于二端口。在對這一情況下的二端口網(wǎng)絡(luò)進行描述性計算的過程中，可以按照以下的方程來進行描述：

b1=S11a1+S12a2

b2=S21a1+A22a2

在對這一系統(tǒng)進行優(yōu)化的過程中，可以按照以下的方式來進行校準：分別將駐波是2（也就是反射系數(shù)是1/3）形式的失配負載、全反射形式的負載以及匹配負載接入到二端口位置。將相同入射波輸入到一端口位置，對一端口位置的反射波進行測試，然后將其分別按照a1、b1、b1和b1進行記錄[9]。具體優(yōu)化過程中，考慮到這一雙工器網(wǎng)絡(luò)屬于互易形式，便得出了以下的一個方程組：

在以上的這個方程組中，未知數(shù)的個數(shù)共有8個，分別是S11、S21、S12、S22、a2、b2、a2以及b2。通過對這個八元一次方程組的求解可以得出S11、S21、S12以及S22的具體結(jié)果，這樣也就可以計算出這個雙工器二端口位置的S矩陣網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

將任意負載接入到參考面B中，在A端口位置都可以有入射波輸入，具體優(yōu)化過程中，需要對該位置的入射波以及反射波進行功率測試，這樣便可對B端口位置的入射波a2以及該位置的反射波b2進行計算。在參考面B向天線一端看去，其入射波是b2，反射波是a2，而通過計算b2和a2，便可對天線口位置的駐波系數(shù)進行計算[10]。以下是具體的計算情況：

通過這樣的方式，便可實現(xiàn)移動通信基站中駐波系數(shù)測量系統(tǒng)的進一步優(yōu)化，以此來提升駐波系數(shù)測量精度，及時發(fā)現(xiàn)移動通信基站的運行問題，盡最大限度避免由于移動通信基站設(shè)備運行故障對設(shè)備本身的不利影響，確保移動網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，以此來有效滿足當今社會對于移動通信網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用需求。

結(jié)束語：

綜上所述，伴隨著當今移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)于移動通信基站中的駐波檢測效果也開始越來越為人們所關(guān)注。近年來，一些專家學者對其駐波檢測方案進行了研究，并針對具體的檢測進行了詳細描述，但是通過實踐研究發(fā)現(xiàn)，以往的很多方案在經(jīng)濟性和精準性方面都有待進一步優(yōu)化。具體優(yōu)化中，可以通過功放以及雙工器這兩者之間的DPD功率檢測對功放末端位置進行VSWR檢測，在校準三次之后再對雙工器中的二端口S矩陣網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行計算。這樣就可以計算出雙工器前端應(yīng)用過程中的入射功率以及反射功率計算，以此來精準計算出天線端口位置的駐波系數(shù)。這種駐波系數(shù)檢測和計算方式不僅可全面提升其檢測精度，同時也可以在實施成本上實現(xiàn)進一步的節(jié)約。

參考文獻：

[1]劉玉潔，唐升，張展培.基于NB-IoT技術(shù)的移動通信基站天線姿態(tài)監(jiān)測器研制[J].電子測試，2021（11）：58-59.

[2]蘭勝坤.5G移動通信網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)方案探索[J].信息記錄材料，2020（12）：8-10.

[3]李鑫維.5G移動通信基站基帶處理板卡數(shù)字硬件設(shè)計與實現(xiàn)[D].導(dǎo)師：呂科;馮亮.中國科學院大學（中國科學院大學人工智能學院），2020.

[4]王明濤.淺析移動通信基站電磁輻射監(jiān)測與防治措施[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2020（16）：77-78.

[5]高鵬程.復(fù)雜環(huán)境移動通信基站電磁輻射近場特性及其環(huán)境影響評價方法研究[D].導(dǎo)師：田豐;彭書傳.合肥工業(yè)大學，2020.