移动通信基站驻波系数检测及优化

钱思齐

摘 要：随着当今社会经济与科学技术的发展，移动通信技术已经得到了广泛应用。在这样的情况下，移动通信基站的运行效果也越来越为当今社会所重视。为实现移动通信基站中驻波系数的科学检测与优化，保障移动通信基站的良好运行，本文通过S网络对功放末端以及天线口位置这两者之间的驻波系数关系进行分析。希望通过本次的分析，可以让驻波检测达到高精度和低成本的功能效果。

关键词：移动通信;通信基站;驻波系数;检测;优化

引言：在当今，移动通信技术的发展十分迅速，而移动通信基站在该技术应用和发展中所发挥的作用也至关重要。但是在移动通信基站的具体应用中，安装不规范以及天线异常等的情况都会对其应用效果产生很大程度的不利影响。基于此，关于移动通信基站的驻波系数检测与优化也开始备受当今社会所关注。而通过以往的驻波系数检测方案来看，实施成本高、误差大等的问题都十分常见。针对这样的情况，就需要对以往的检测方案进行合理优化，以此来节约检测成本，提高检测精度，为移动通信基站的良好运行奠定坚实的技术基础。

1 移动基站驻波系数检测的重要性分析

在当今，移动通信技术已经成为了全世界发展最快的一项技术，而在该技术的发展过程中，具有基础性作用的移动通信基站也成为了一项关键的建设与发展目标。众所周知，移动通信基站的科学合理运行将会对整个移动网络的运行质量、应用效果、安全性能等诸多方面产生直接的影响作用[1]。尤其是在当今的5G移动通信网络应用和发展中，移动通信基站所发挥的作用更是至关重要。对于移动通信基站的工作运行而言，驻波系数检测是一项关键的工作内容。良好的驻波系数检测不仅可及时发现移动通信基站中的相应设备运行问题，并使其得到及时解决，以此来确保基站中各个设备的安全稳定运行，提升设备使用寿命;同时也可以进一步确保移动通信网络的覆盖范围及其稳定性，为当今社会的移动通信网络应用提供有力的技术支撑[2-5]。

在移动通信基站的应用中，如果出现安装不规范或者是天线异常等的情况，基站中的输出与负载便会出现不匹配现象，进而显著提升回波，降低设备自身的输出功率，使其覆盖范围明显缩小，导致覆盖边缘位置的物联网终端出现接入不稳定或者是离线现象。这样的状态如果长时间持续下去，便会对设备运行造成不利影响，使其稳定性和可靠性不断降低，严重的情况下甚至会烧毁设备。而良好的驻波系数检测则可以及时发现此类异常，并及时发出相应的预警，让移动通信基站应用过程中的异常情况得以及时发现和及时处理，尽最大限度确保基站设备的安全稳定运行，保障移动通信网络的稳定性。由此可见，在移动通信基站中，驻波系数检测具有非常重要的运行和安全保障作用。

2 移动通信基站驻波检测优化方案概述

2.1方案概述

有学者对双工器输出端上的B参考点位置加设耦合器进行了描述，并对耦合双工器中输出端口进行了前向以及反向功率描述，同時计算出了其输出口位置的驻波[6]。但是因为这种方案是将额外的耦合器加设到主通路上，会导致基站灵敏度以及输出功率的降低，同时，因为该方案进行了功率检测电路以及耦合器的增加，也将会显著提升硬件成本。

为有效解决上述问题，又有学者对PA模块以及双工模块这两者之间的耦合器应用进行描述，并引出耦合器自身的反向功率，借助于切换开关和DPD复用反馈回路来检测其功率[7]。这种方案并不会导致成本的显著增加，但该方案仅仅能够对双工器下行输入口位置的A参考点进行驻波检测，并不能对B参考点进行驻波检测。如果双工器端口位置的驻波不为1，这种方案所检测到的驻波就会与实际驻波存在很大误差。下图是驻波检测方案示意图：

2.2理论推导

在对二端口网络进行描述的过程中，可通过S矩阵的形式来进行描述，下图为其S矩阵示意图：

在以上的S矩阵中，其S参数的矩阵方程可以按照以下方式来进行定义：

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.各个端口位置的电压列向量用V表示;各个端口位置的电流列向量用I表示;各个端口位置的特性阻抗用Z0表示。

通过以上的S矩阵方程分析可知，如果将匹配负载接入到二端口位置，此时的负载便会完全被吸收，也就是转为零，具体情况如下：

在以上的方程中，S11所代表的是在物理意义上，将匹配负载连接到二端口位置时，一端口位置的电压所具有的反射常数;S21所代表的是在物理意义上，将匹配负载连接到二端口位置时，一端口位置到二端口位置的传输系数[8]。

如果将相应的匹配负载连接到一端口位置，则b1也会完全被吸收，此时的a1就位零，具体情况如下：

同样的道理，在以上方程中，S22所代表的是在物理意义上，将匹配负载连接到一端口位置时，二端口位置的电压所具有的反射常数;S12所代表的是在物理意义上，将匹配负载连接到一端口位置时，二端口位置到一端口位置的传输系数。

而对于一端口和二端口，其驻波系数ρ可以按照以下方程来进行计算：

3 移动通信基站驻波检测优化方案的实现

根据图1可看出，如果上行低噪放输入端口位置具有良好的匹配效果，双工器便可以等效成二端口网络。其中的参考面A属于一端口，参考面B属于二端口。在对这一情况下的二端口网络进行描述性计算的过程中，可以按照以下的方程来进行描述：

b1=S11a1+S12a2

b2=S21a1+A22a2

在对这一系统进行优化的过程中，可以按照以下的方式来进行校准：分别将驻波是2（也就是反射系数是1/3）形式的失配负载、全反射形式的负载以及匹配负载接入到二端口位置。将相同入射波输入到一端口位置，对一端口位置的反射波进行测试，然后将其分别按照a1、b1、b1和b1进行记录[9]。具体优化过程中，考虑到这一双工器网络属于互易形式，便得出了以下的一个方程组：

在以上的这个方程组中，未知数的个数共有8个，分别是S11、S21、S12、S22、a2、b2、a2以及b2。通过对这个八元一次方程组的求解可以得出S11、S21、S12以及S22的具体结果，这样也就可以计算出这个双工器二端口位置的S矩阵网络参数。

將任意负载接入到参考面B中，在A端口位置都可以有入射波输入，具体优化过程中，需要对该位置的入射波以及反射波进行功率测试，这样便可对B端口位置的入射波a2以及该位置的反射波b2进行计算。在参考面B向天线一端看去，其入射波是b2，反射波是a2，而通过计算b2和a2，便可对天线口位置的驻波系数进行计算[10]。以下是具体的计算情况：

通过这样的方式，便可实现移动通信基站中驻波系数测量系统的进一步优化，以此来提升驻波系数测量精度，及时发现移动通信基站的运行问题，尽最大限度避免由于移动通信基站设备运行故障对设备本身的不利影响，确保移动网络的稳定性，以此来有效满足当今社会对于移动通信网络的实际应用需求。

结束语：

综上所述，伴随着当今移动通信技术的不断发展，关于移动通信基站中的驻波检测效果也开始越来越为人们所关注。近年来，一些专家学者对其驻波检测方案进行了研究，并针对具体的检测进行了详细描述，但是通过实践研究发现，以往的很多方案在经济性和精准性方面都有待进一步优化。具体优化中，可以通过功放以及双工器这两者之间的DPD功率检测对功放末端位置进行VSWR检测，在校准三次之后再对双工器中的二端口S矩阵网络参数进行计算。这样就可以计算出双工器前端应用过程中的入射功率以及反射功率计算，以此来精准计算出天线端口位置的驻波系数。这种驻波系数检测和计算方式不仅可全面提升其检测精度，同时也可以在实施成本上实现进一步的节约。

参考文献：

[1]刘玉洁，唐升，张展培.基于NB-IoT技术的移动通信基站天线姿态监测器研制[J].电子测试，2021（11）：58-59.

[2]兰胜坤.5G移动通信网络基站建设方案探索[J].信息记录材料，2020（12）：8-10.

[3]李鑫维.5G移动通信基站基带处理板卡数字硬件设计与实现[D].导师：吕科;冯亮.中国科学院大学（中国科学院大学人工智能学院），2020.

[4]王明涛.浅析移动通信基站电磁辐射监测与防治措施[J].科学技术创新，2020（16）：77-78.

[5]高鹏程.复杂环境移动通信基站电磁辐射近场特性及其环境影响评价方法研究[D].导师：田丰;彭书传.合肥工业大学，2020.