-----------------广东通宇通讯股份有限公司   刘木林

随着无线通信技术的高速发展，基站的形式也在发生着改变。

我们先来看看传统的基站形式，如图1所示。BTS直接出来的是射频信号，通过笨重的馈线拉到塔顶，当馈线损耗过大时在无源天线下增加塔放对信号进行放大，再进入到天线进行发射。

可以看出，此种方式有着下列缺点：

1、BTS集成射频放大和数据处理等功能，占用机房体积较大；

2、BTS到天线馈线损耗大，能耗浪费严重；

3、增加塔顶放大器的安装；

4、维护、优化不方便。

为了克服如上问题，随着技术的发展，出现了一种过渡基站形式。如图2所示，传统基站被分解成基带处理部分BBU，和射频拉远部分RRU，其中BBU与RRU用光纤连接，RRU放置于无源天线附近，输出射频信号连接无源天线进行发射。

虽然这种形式可以解决传统基站的部分缺点，但也存在下述缺点：

1、RRU到天线仍然通过馈线连接，也将造成一定的能量损耗；

2、大功率的RRU在室外，稳定性比较差；

3、天线方向图仍有无源天线决定，调整和优化比较麻烦。

随着无线技术的进步以及无线通信技术的普及和推广，实际应用需求正在催生一种面向未来的基站形式，如图3所示。它把图2中的RRU集成于天线内部。从整个基站系统来看，只有简单的基带处理部分BBU和有源天线，它们之间仅通过一条细小的光纤进行连接。而随着该种基站形式的演进，产生出区别与传统无源天线的有源天线，其内部集成了基站射频拉远单元RRU，同BBU之间保持原有的光纤连接，并将原来RRU总的大功率输出分解成为若干TR组件直接连接到振子，整个天线变成了一个外部提供电源的有源设备，故称之为有源天线。

有源天线同传统的无源天线相比主要有以下区别：

1、   有源天线集成了RRU的功能，包括信号数字处理和信号的射频放大；

2、   有源天线通过TR组件直接改变振子的幅度与相位，从而进行方向图的赋型；

3、   有源天线将上行与下行分开进行分别放大发射，天线对上下行链路独立可调。

有源天线作为未来天线发展的一个方向，是无源天线的演进，具有比无源天线更卓越的性能。主要涉及以下几点：

1、方向图可任意改变；

传统的无源天线，天线的方向图除了与振子和边界有关以外，主要是靠馈电网络硬件决定，而馈电网络一旦设计出来将不能改变，仅能通过移相器线性的改变振子的相位，而此种方式具有较大局限性，天线方向图难以根据应用环境进行灵活改变。

而TR组件可以任意改变输出的幅度与相位，从而当有源天线通过TR组件直接连接到振子后可以根据应用需求灵活改变天线的方向图；并可以通过TR组件的软件控制，对有源天线的方向图实施远程控制和改变，可以非常方便的进行系统的优化。如此，如图4所示，有源天线可以实现应用的多样化，同时应用于多种环境。

2、解决无源天线系统固有的馈线损耗问题，提高整个基站系统的效率；

传统的无源天线，基站射频输出后通过馈线连接到天线，由于天线往往架设比较高，所以同基站之间的馈线较长，造成馈线损耗很大，而馈线的损耗就意味着能量的消耗（比如：3dB的馈线损耗就造成了一半能量的损失），为了解决馈线损耗问题，基站往往需要采用大功率的功放，从而消耗了大量的能量；另一方面，无源天线内部的馈电网络也有固有的损耗，同样意味着能量的损失。

有源天线同基站之间是光纤传输的数字信号，而最终射频通过TR组件输出直接连接到天线振子，这个过程没有任何馈线损耗，射频功率全部通过天线振子直接输出进行信号覆盖了。所以对于整个基站系统来说，有源天线节约了大量的能量，大大提高了能量的利用效率，是一种革命性的绿色环保产品。

3、上下行方向图独立控制，根据用户的需求实现智能天线功能；

传统的无源天线，信号是双向的，天线本身不能区分上下行的信号，所以对上下行来说，方向图是一致的，不能进行单独调整；

有源天线内部的TR组件，将上下行信号分开独立进行放大，同时也可以对上下行信号进行独立控制，从而形成上下行不同的方向图，如图5所示。所以，可以根据用户的位置进行方向图调整，从而达到智能天线的效果，在提高信号覆盖能力的同时，也为用户大大节约了手机电池的消耗。

4、天线内部自带补偿算法，有模块失效时可以自动补偿校正，保证通信的通畅，为维护提供宝贵的时间；

传统的无源天线，当天线内部出现硬件问题时，可能天馈系统会无法正常工作，覆盖区域通信中断，更严重还有可能影响基站的其他扇区，此时只能通过更换整个无源天线来解决；

有源天线内部有多个TR组件，而当某个TR组件失效后，系统将自动检测出来并对其他TR组件进行相应补偿，使方向图得到相应的调整，如图6所示，从而保证大部分的覆盖区域不受影响，并且将失效模块问题告警上报给监控系统，通知维护人员进行问题排查。

当然，有源天线的发展和商用还有待于如下几个关键技术的彻底解决：

1、高效率小型化功放技术。由于原来的大功率功放分解成了若干小型化的TR组件，对小功率功放线性和效率的要求会比较高；

2、信号同步技术。信号通过若干TR组件分别进行处理，所以要求它们之间同步，才能够有效的控制方向图；

3、各种方向图以及模块失效的算法。因为整个方向图通过纯数字方式改变，要求进行各种情况的算法分析；

4、一体化设计。因为有源天线是高集成化的产物，集成了原来两个庞大的系统：RRU和无源天线，所以对一体化设计要求较高；

5、天线防水与散热设计。有源天线增加了有源设备，防水要求严格，同时有源设备有一定的功耗，也需要提供散热支持。

总之，有源天线的发展，将改变整个基站系统的结构，节约能耗，大大提高系统的效率，也为整个基站系统调整优化带来革命性的变革。

（*注：以上图片摘自与通宇合作进行有源天线研发的某企业交流文档）