天线理论基础知识.ppt

如何预防天线质量问题 提升网络效率创新解决方案的探讨 山西联通技术交流 京信通信2016年10月 目录 Contents 04关于京信 02天线质量分析 选型及安装 01天线原理及指标对网络质量的影响 03分场景应用及创新天馈解决方案 一 天线原理及指标对网络质量的影响 将组成传输线的两个导体的末端反向折弯 两个导体在折弯部分的电流变成了同相 从而形成开放场 将信号辐射出去 天线的辐射原理 电磁波是一种震荡的信号 在特定频率下以波的形式传播能量 在传播过程中 电场和磁场在空间中相互垂直 且都垂直于传播方向 z 正交特性电生磁 磁生电空间中任何位置同时存在电场 磁场 天线的原理及作用 电磁波传播原理 一 天线原理及指标对网络质量的影响 多径传播电磁波在传播过程中 除直接传播外 遇到障碍物 例如 山丘 森林 地面或楼房等高大建筑物 还会产生透射 反射和绕射 因此 到达接收天线的电磁波 不仅有直射波和透射波 还有反射波和绕射波 这种现象就叫多径传播 多径传播效应 由于多径传播使得信号场强分布复杂化 波动很大 也由于多径传播的影响 会使电波的极化方向发生变化 扭转 因此 有的地方信号场强增强 有的地方信号场强减弱 为降低多径传播效应的影响 一般采用空间分集或极化分集来接收 极化扭转 图示 直射波 反射波 透射波 绕射波 电磁波传播特性 一 天线原理及指标对网络质量的影响 绕射传播 电波在传播途径上遇到障碍物时 总会力图绕过障碍物 再向前传播 这种现象叫做电波的绕射 信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关 还和频率有关 频率越低 绕射能力越强 频率越高 绕射能力越弱 因此 选择基站场地以及架设天线时 一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响 要点 靠近天线处的水平 垂直主波束 10dB内无遮挡 电磁波传播特性 一 天线原理及指标对网络质量的影响 天线性能直接决定网络的覆盖效率和覆盖效果 天线性能和质量直接影响用户的感知度 天线质量直接决定网络的可靠性和稳定性 天线是整个系统中唯一与周围环境有耦合关系的单点失效设备 对无线通信网络质量具有一票否决的关键作用 天线的使用环境严酷 质量问题排查难度大 产品更换成本高 天线的重要性 一 天线原理及指标对网络质量的影响 天线作用 能量转化 追求高效率 三维立体空间精确覆盖 满足特定空间分布要求 对于有覆盖需求的区域进行均匀覆盖 易引发干扰的区域进行信号抑制 天线的作用 一 天线原理及指标对网络质量的影响 辐射参数 天线方向图及各辐射参数 天线参数对网络性能的影响 一 天线原理及指标对网络质量的影响 三阶交调指标是反映基站天线厂家设计 工艺 来料控制 生产管理等综合水平的重要指标之一 一 天线原理及指标对网络质量的影响 电路参数 天线参数对网络性能的影响 电压驻波比 VSWR 为传输线上的电压最大值与电压最小值之比 当天线端口没有反射时 就是理想匹配 驻波比为1 当天线端口全反射时 驻波比为无穷大 驻波比 是天线高效率辐射的基本指标要求 一 天线原理及指标对网络质量的影响 电路参数 天线参数对网络性能的影响 目录 Contents 04关于京信 02天线质量分析 选型及安装 01天线原理及指标对网络质量的影响 03分场景应用及创新天馈解决方案 六大核心部件 辐射单元 馈电网络 反射板 封装平台 安装件 RCU 安装件 封装平台端盖 天线罩 馈电网络接头 同轴电缆移相器 功分器 辐射单元 反射板 RCU 二 天线质量分析 选型及安装 天线质量分析 电调天线核心关键部件 天线质量分析 电调天线核心关键部件 天线的性能保障四大要素 设计 工艺 物料 检测 二 天线质量分析 选型及安装 天线质量分析 辐射单元 较差 一般 一般 优秀 二 天线质量分析 选型及安装 天线质量分析 馈电网络 较差 优秀 一般 二 天线质量分析 选型及安装 通过移动耦合金属导体以改变传输线的物理长度 从而实现传输相位改变 耦合缝隙尺寸精度及稳定性对幅度 相位 驻波比等电性能影响很大 是质量控制的重点和难点 金属移动过程中 易产生互调 控制难度大 移动部件为金属 移动部件为介质 通过移动介质以改变信号在媒介中的传输速度 从而实现传输相位改变 介质板相对介电常数稳定性是质量控制的重点和难点 介质移动过程中不会产生新的互调干扰 行业最新技术可实现外导体一体化拉挤成型 免去金属间连接 无螺钉 腔体的尺寸精度 移动馈片的平整度及表面镀层处理 固定馈片的平整度及表面镀层处理 耦合缝隙的尺寸精度及稳定性 耦合缝隙的功率容限和高功率打火现象控制 盖板与腔体等金属间连接紧密性 如螺钉紧固 焊接 移相过程中的拉力或扭矩控制 腔体的尺寸精度 介质板介电常数稳定性 尺寸精度及平整度 固定馈片的平整度及表面镀层处理 如采用盖板 腔体的设计结构 需控制好金属间连接紧密性 如螺钉紧固 焊接 移相过程中的拉力或扭矩控制 质量控制要点 天线质量分析 馈电网络 移相器 二 天线质量分析 选型及安装 天线质量分析 反射板 铝板 镀锌钢板 二 天线质量分析 选型及安装 天线质量分析 天线罩 PVC天线罩 玻璃钢天线罩 特点分析介电常数相对较低 重量较轻 防水性能好 机械强度 耐温及抗老化性能较差 如何防范外罩受力变形 压迫罩内零件导致机械损伤是设计和管理难题 不符合REACH环保要求 成本低 质量控制要点介电常数稳定性 机械强度 耐温及抗老化性能 防范外罩受力变形 压迫罩内零件导致机械损伤 特点分析重点和难点 重量较重 防水性能是控制重点和难点 强度 抗冲击 耐温及抗老化性能好 成本高 质量控制要点介电常数稳定性 机械强度 防水性能 二 天线质量分析 选型及安装 TopView BottomView Overview ApplicationView 电机 控制模块 天线质量分析 RCU 二 天线质量分析 选型及安装 材料成份 表面处理 尺寸类检测关键设备 材料电性能检测关键设备 材料力学性能检测关键设备 可靠性和环境性能检测关键设备 电子元器件类物料检验关键设备 直读光谱分析仪镀层厚度测试仪金相显微镜RoHS测试仪二次元光学测量仪三坐标测量仪高倍放大镜 网络分析仪互调测试仪阻抗测试仪耐压测试仪大功率试验设备 插拔力试验机电子式万能试验机 高低温交变试验箱紫外线老化试验箱盐雾试验箱正弦振动试验台模拟风载试验台 HALT试验箱扫描电镜 含能谱分析仪 X ray投射仪金相显微镜电机综合测试仪盐雾试验箱高低温交变试验箱 天线质量分析 天线物料质量保障必备的关键测量设备 二 天线质量分析 选型及安装 天线是移动通信网络的 耳朵 及 眼睛 其性能对于移动通信网络覆盖和优化有着不可替代的作用 合理选择天线可提高网络的覆盖质量和容量 缩短网建和优化的时间 节省人力物力 据某运营商2009年网络排查结果 现网中30 以上的网络问题由于天线未正确使用和天线质量问题引起的 其中天线未正确使用占比60 以上 天线选型考虑要素及方法 天线选型 天线选型移动通信网络性能的影响 二 天线质量分析 选型及安装 2 覆盖区域特点 4 容量需求 1 网络制式及覆盖要求 广域 狭长区域 密集建筑 其它特殊场景等 关键要素 网络制式 系统频率 用户分布特点 发展预留等 话务 数据容量要求 覆盖方位 高度 安装方式 天面及抱杆资源等 3 站点安装环境 天线选型 考虑的要素 二 天线质量分析 选型及安装 根据支持频段 网络制式 极化方式 波束宽度 增益 下倾方式 安装方式及其它指标等确定天线类型 驻波 隔离度 互调 交叉极化比等指标与选型关系不大 天线选型 方法 二 天线质量分析 选型及安装 网络制式和频段 天面资源 覆盖范围 外观的选择 特殊场景覆盖或干扰控制 02 03 05 04 01 频段 通道数 独立天馈 共天馈 波束宽度 增益 下倾角度及方式 零点填充 上旁瓣抑制 前后比 常规天线罩 美化天线罩 安装方式 抱杆 挂墙 落地 06 天线选型 流程 二 天线质量分析 选型及安装 每个扇区的天线在最大辐射方向偏离 60 时到达覆盖边缘 需要切换到相邻扇区工作 在 60 的切换角域 方向图电平应该有一个合理的下降 电平下降过多时 在切换角域附近容易引起覆盖盲区掉话 电平下降过少时 在切换角域附近覆盖产生重叠 导致相邻扇区干扰增加 三扇区覆盖示意图 不同波束宽度三扇区波束重叠示意图 扇区重叠区增大 天线选型 波束宽度的选择 二 天线质量分析 选型及安装 天线增益的选取应以波束和目标区相配为前提 同时综合考虑天线尺寸及不同频段空间衰减的关系 在天线水平波束宽度明确的情况下 天线增益与长度尺寸成正比 与垂直面波束宽度成反比 覆盖场强要求 基站发射功率 天馈线损耗 基站天线增益 终端天线增益 传播损耗 尺寸的要求 增益每提高3dB 尺寸增加一倍 纵向覆盖需求 增益越高 垂直面波束宽度越小 覆盖均匀性变差 1 密集覆盖区 覆盖距离500米以下 低频 900MHz 宜选择15dBi的天线进行覆盖 高频 1800M 2100M 由于空间衰减增大的缘故 宜选择18dBi的天线 部分特殊短距离覆盖 如街道站 可选择增益较低的产品 如12dBi 2 广覆盖区 覆盖距离500米以上 选择高增益 如21dBi 的天线 天线选型 增益的选择 二 天线质量分析 选型及安装 对于城区建筑物密集的应用场景 一方面因通信容量大要求缩小蜂窝 另一方面因楼房遮挡和多径反射 难以实现远距离覆盖 通常采用15 18dBi增益天线 并配置大下倾角做微蜂窝覆盖 从而 主波束的上侧第一 二旁瓣指向前方同频小区的可能性很大 需要对上旁瓣进行抑制 从而降低干扰 对于郊区及农村广域覆盖场景 适当对天线进行零点填充 可有效解决 塔下黑 问题 图1 旁瓣抑制 图2 零点填充 天线选型 旁瓣抑制及零点填充 二 天线质量分析 选型及安装 第一步 安装RCU前 将每一个RCU的 S N 码或 生产序列号 与对应的站点信息记录下来 第一步 记录序列号 第二步 连接RCU 第三步 级联 第四步 防水 第二步 将RCU天线端接口与电调天线对应接口连接 第三步 AISG线缆级联RCU后 与主设备连接 第四步 RCU安装后连接端口 级联线和控制线做好防水 天线安装 电调天线RCU安装步骤 二 天线质量分析 选型及安装 基站在添加设备 加载配置数据 设置角度时是通过序列号来识别RCU 需要知道该序列号RCU用于哪个站点 哪个扇区 多频天线哪个端口 天线安装 电调天线RCU安装注意事项 二 天线质量分析 选型及安装 安装前 先用手动的盖子调天线 确定可以来回转动确保电调天线传动系统不卡住后再安装电机 天线安装 电调天线RCU安装注意事项 二 天线质量分析 选型及安装 目录 Contents 04关于京信 02天线质量分析及选型 01天线原理及指标对网络质量的影响 03分场景应用及创新天馈解决方案 选型建议 1 密集城区高站场景 大下倾电调天线2 狭长区域场景 窄波束高增益天线3 广域覆盖场景 宽波束高增益天线4 弱覆盖补盲场景 低增益 小尺寸天线5 小区深度覆盖 矩形波束 大张角射灯天线6 电梯覆盖 新型电梯天线7 高话务区覆盖 多波束天线 分场景天馈深度覆盖选型建议 三 分场景应用及创新天馈解决方案 适用场景 利用密集城区高站进行短距离覆盖 价值体现 解决采用机械下倾带来的主方向覆盖不足和小区边缘频繁切换问题 易发问题 主方向覆盖不足小区边缘切换 适用产品系列 1 密集城区高站场景 大下倾电调天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 适用场景 高铁 高速公路等狭长区域覆盖 岛屿覆盖等 价值体现 拉长扇区覆盖深度 减少切换频次 减少对公网的同频干扰 泰国铁路覆盖 适用产品系列 易发问题 切换频繁干扰公网 2 狭长区域场景 窄波束高增益天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 适用场景 郊区及农村广域覆盖 价值体现 零点填充解决弱覆盖问题 提高单站覆盖范围 降低建站密度和成本 弱覆盖区域 易发问题 塔下黑 3 广域覆盖场景 零点填充宽波束高增益天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 五频多系统共用天线 适用场景 街道站 景区等弱覆盖补盲 价值体现 产品尺寸小 安装方便 工业化外观设计 隐蔽性强 可降低建站难度 加快建站速度 电表箱型RRU集成一体化天线 音箱型一体化天线 易发问题 物业协调难度大弱覆盖 高投诉 4 弱覆盖补盲场景 低增益 小尺寸天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 几款射灯天线波形图对比示意 适用场景 小区高层楼宇对打 狭长区域覆盖等 价值体现 方向性更好 能量更集中 解决室内弱覆盖问题 避免外泄干扰 射灯外形 隐蔽性好 易发问题 穿墙损耗大室内弱覆盖 5 小区深度覆盖 矩形波束 大张角射灯天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 传统方案 新型方案 组成 信源 短电缆 电梯高增益天线 损耗小 可靠性高 总体成本低 施工方便 故障点少 维护成本低 点特 新方案可节省成本约40 江苏常州世贸香槟湖站点情况 居民楼 共19层 传统方案 5副对数周期新型方案 1副电梯天线 仅需底部或顶部安装一副天线 可满足30层高层电梯的覆盖 6 电梯覆盖 新型电梯天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 适用场景 火车站 公园 广场 校园等话务容量高的密集区域 新建站困难 应用价值 形成多个指向不同的高增益 窄波束辐射方向图 增加覆盖容量和覆盖深度 重用频谱资源 增强水平面副瓣抑制 避免扇区间的干扰问题 易发问题 容量不够扇区间干扰 7 高话务区扩容场景选型 多波束天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 小区分裂实现扩容 小型化 多频化 有源化 智能化是移动通信网络和天线技术发展趋势 1 小型化天馈解决方案2 嵌入式多频共用天馈解决方案3 可感知 二维可调天馈解决方案4 联电共建邻频合路器解决方案5 有源天线及5G天线6 新型吸顶天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 提升网建和维护效率的创新天馈解决方案 Comba 优秀设计 业内首创扁平化 高度集成 多端口 免螺钉移相器 CombaRCU 同行RCU 相比其他厂家的最小尺寸仍小30 以上 京信2014年推出的LTE天线仍是业内大规模商用中 体积最小 重量最轻的天线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 1 小型化天馈解决方案 节约天面资源 提升工程安装及网维效率 减少故障率 节省建站成本 节约建站成本 解决配置文件管理难题 出厂前实现身份证信息精准配置 减少RCU和控制线安装 防水工作 外置电调天线 嵌入式电调天线 VS 配置文件 减少天线数量 升级前 升级后 以三频天线为例 单站节省1000元级联线费用和安装成本 单站节省2 3铁塔租金 三 分场景应用及创新天馈解决方案 2 嵌入式多频共用天馈解决方案 问题1 天馈端的网络优化记录依靠人工记录 准确性和及时性无法保证 日常维护效率低 无法对天馈端的物理状态实时监控 尤其当出现台风等自然灾害后无法做到及时的抢修 工程参数信息远程无法获取 不支持水平方位角远程调整 无法有效进行覆盖区域的远程优化 问题2 问题3 水平面方位角调节 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 现网存在的问题 网管中心 水平方位角 电下倾角远程调节 1二维优化 身份信息存储识别 3身份信息 实时测量天线工程参数 2工参感知 后台网管远程优化调节 4远程管理 ASIG控制线 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 功能 远程调整水平方位角单频天线 30o 30o 双频天线 15o 30o 支持标准AISG接口协议 技术方案 高低频辐射单元不同轴 设置于不同的反射板上 实现水平方位角独立调整 方向角调整通过AISG接口 网管远程实现 性能指标 优势实现天线远程和实时二维调整适应4G时代数据业务精细化优化的要求便于不同运营商网络干扰协调适用于潮汐效应明显区域的实时调整 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 二维可调 网管中心OSS AISGcable 不需要测量工具 远程实时读取 高效率 高精度 天线海拔高度 3米 天线经纬度位置 10米 天线水平方位角 2 天线机械俯仰角 1 支持标准ASIG接口协议 技术方案 基于双GPS方案 磁罗盘方案天线方位角 电子罗盘传感器 长基线双GPS测量组件天线俯仰角 重力加速度传感器天线经纬度 GPS天线海拔高度 GPS 性能指标 图3三轴重力加速度计 图2双GPS高精度测量组件 图1三轴磁力计芯片 电子罗盘 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 可感知技术原理 适用场景 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 使用场景 验证工参感知精度测试 RAE协议 使用七维航测仪和电子水平尺等传统工程工具对试点工参信息进行测试 然后设备回传的工参数据进行对比 验证误差范围 验证RSTA调整精度测试 RAS协议 人工外力调整天线水平方位角 然后远程通过RSTA调整相反度数 路测验证是否和初始覆盖一致 验证远程电调增强功能效率测试 针对一个簇的区域 使用常规优化进行角度调整与使用远程电调增强功能两种方式进行效率对比测试 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 应用案例 扬州试点测试数据 方位角误差 0 4 0 8 海拔高度误差 1 95 2 37m经纬度误差 0 5 1 8m机械倾角误差 0 24 0 56 低误差 测试结论 工参可实现远程自动测量 在网管中心远程查询 并实时监测和刷新工参数据 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 验证工参可感知 外罩方向角调整后均存在不同程度的覆盖性能下降 通过RASA反射板方向角调整 覆盖性能恢复 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 天线参数性能测试 测试目的 选择待优化的区域作为测试对象 验证在使用远程电调增强功能之后 在网络优化效果 时间 成本等方面的优势 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 优化效率提升评估 结论RSRP在 85dB以上的比例比优化前提升7 在成本增加50 为基准 单片区域优化时间降低80 以上 3年可以收回投入成本 8年减低优化成本75 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 优化效率提升评估 通过江苏LTE远程电调天线增强功能现场试验 分别对天线参数远程感知能力和方位角远程控制能力 以及优化效率提升进行测试 测试结果可见 天线信息感知单元精度测试 满足产品规格天线高度 5米 天线经纬度位置 10米 天线水平方位角 2 天线机械下倾角 1 远程方位角可控天线RSTA测试天线方向角 天线外罩方向角 发生改变 调整RSTA天线内部反射板方位角恢复主测小区方位角后 天线主瓣覆盖路线的下行覆盖指标RSRP和SINR明显改善 并恢复至初始状态天线方向角配置下的覆盖水平 优化效率提升评估RSRP在 85dB以上的比例比优化前提升7 在成本增加50 为基准 单片区优化时间较低80 以上 3年可以收回投入成本 8年减低优化成本75 三 分场景应用及创新天馈解决方案 3 可感知 二维可调天馈解决方案 测试总结 专利创新 无退频合路 损耗较传统方案节省2 5dB 共腔耦合技术 适用场景 实现联通 电信既有站点接入对方的2G 3G LTE系统 产品特点及给客户带来的价值 基于3GPP标准 LTE带宽5 为过渡保护间隔 采用 共腔耦合技术 实现相邻频道的系统实现合路 高效解决信道频率相邻的两路 多路系统合路问题 联通与电信网络资源得到高效共享 联通电信 共享竞合 三 分场景应用及创新天馈解决方案 4 联电共建邻频合路器解决方案 实验室 现网测试 主设备 中兴 华为