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通过极化隔离降低城中村直放站上行干扰的方法及其效果评估深圳公司 网络优化中心2010年5月17日目 录1概述12 技术方案介绍12.1 天线的极化失配13项目实施区域及工作量总结64 更换天线后效果评估74.1 更换水平/水平单极化天线效果评估84.1.1 干扰水平及话务量分析84.1.2 MRR质量对比94.1.3 更换水平/水平单极化天线KPI对比94.2 更换水平/垂直双极化天线效果评估114.2.1 干扰水平及话务量分析114.2.2更换水平/垂直双极化天线KPI对比125 项目经验与总结131概述私装直放站引起城中村覆盖900M小区强上行干扰，导致有效覆盖减小，造成上行信号质差、用户投诉。直放站产生干扰的原因是空间的白噪声和直放站自身的噪声经过放大后通过上行链路连同手机信号一同到到达基站接收端造成对基站的上行干扰。一般正规直放站厂家在安装直放站时考虑到这个问题，要对直放站上行噪声底部电平进行调整，并且选择适当的施主小区，以减少对基站系统的上行干扰。但私装直放站并不考虑该问题，功率往往调整为最大，因此会对周围基站造成较强的上行干扰。换言之，私装直放站的上行功率有较大冗余。如适当降低私装直放站上行功率将对现网上行干扰问题有一定改善。通过实地调查发现，一般的私装直放站使用的都是定向性较好的八木天线作为私装直放站无线接入耦合方式，且八木天线安装时的极化方式为垂直极化，根据这一特性，我们可以利用天线的极化失配，使基站天线和私装直放站天线传播方向极化正交，从而降低私装直放站引入的上行干扰。而对于普通终端，其天线为全向天线且用户持握方式极少为绝对的垂直，因此对普通终端影响较小。2 技术方案介绍2.1 天线的极化失配在无线通讯中，接收天线能够获得的最大功率为：Pmax=SP上式的考虑是，接收天线的极化与外来波的矢量完全匹配，同时接收天线的阻抗也与负载阻抗共轭匹配。在实际中，这两种匹配不一定都能完全做到，这就使接收功率减小。如果用u和v分别代表阻抗失配因子和极化失配因子，接收天线的输入功率将为：Pr=uvSP。当极化失配因子v=0时，表示两天线之间没有能量传输，这两副天线称为“正交”（极化方向相差90度）。例如，军事上，当导弹上的天线是线极化时，地面的天线必须是圆极化的，这样才能保证当导弹滚动时保持联系，否则可能因为当导弹滚动时两个天线的极化方向相差90度形成正交而失去联络。本实验，正是利用私装直放站的八木天线与小区接收天线极化正交（极化失配因子为0），大大降低私装直放站对网络的上行干扰。手机为全向天线，因此变换接收天线的极化方向对手机影响应该是比较小的。从此特性我们可以得出一个推论：当发射天线电磁波传播方向和接收天线电磁波传播方向平行时，接收到的信号强度最强；当发射天线电磁波传播方向和接收天线电磁波传播方向垂直时，接收到的信号强度最弱。为了验证这一推论，我们进行了一个实验，以现在移动通信网比较常用的45双极化天线为发射天线，+45为基站信号发射极化方向，以八木天线连接频谱仪作为接收终端，在离发射天线30米可视范围下，通过旋转八木天线振子相对于地面的方向，使其处于不同的接收角度，得到不同的接收信号强度，试验连接示意图如下：图 1试验连接示意图当旋转八木天线与室外基站天线成0度、180度、360度时，接收功率为-12.40dBm。见图2：图 2八木天线与室外基站天线成0度、180度、360度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成45度、225度时，接收功率为-9.20dBm。见图3：图 3八木天线与室外基站天线成45度、225度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成90度、270度时，接收功率为-12.97dBm。见图4：图 4八木天线与室外基站天线成90度、270度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成135度、315度时，接收功率为-26.07dBm。见图5：图 5八木天线与室外基站天线成135度、315度时接收功率从实验数据可以得知，当发射天线为+45倾斜极化，八木天线振子相对于地面为135和315方向时，频谱仪接收到的信号强度最弱；八木天线振子相对于地面为45和225方向时，频谱仪接收到的信号强度最强；且最强和最弱的信号强度相差达16dB以上。从以上的实验数据可以验证推论的正确性。见下图：图 6极化方向与接收功率关系图现阶段移动通信网络在密集城区和一般城镇应用环境下，主要采用45双极化天线，双极化天线组合了+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，大大节省了每个小区的天线数量，同时由于45为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。而城中村私装直放站使用的八木天线，主要为垂直极化方式，其天线振子安装时与地面垂直，综上所述，我们可以得出一个结论：如果使城中村基站接收天线极化方向与私装直放站八木天线极化方向保持垂直，即极化方向保持正交，那么基站端收到的信号强度将会大大减弱，从而降低了私装直放站引入的上行干扰。根据这一结论，我们需要将城中村基站45双极化天线更换为水平极化的单极化天线，这样才能使城中村基站发射天线极化方向与私装直放站八木天线垂直极化方向保持正交。值得注意的是，将双极化天线更换为单极化天线会造成基站上行接收信号的极化分集损失。极化分集主要用于多径反射显著的场景，比如密集城区。由于建筑物的多径反射情况复杂，多径反射信号的极化分量往往也出现扭转和改变，以致合成的极化方向并非是简单的水平或者垂直，而主要是介于水平和垂直之间的方向，所以45双极化天线可获得良好的极化分集效果。虽然将城中村基站45双极化天线更换为水平极化的单极化天线会带来极化分集损失，但是两根单极化天线带来的空间分集效果，除了弥补极化分集损失外，还增加了上行分集增益。极化分集和空间分集增益的比较见下表：应用环境极化分集增益(dB）空间分集增益(dB）密集城区(室内）3.75密集城区(室外）4.73.3一般城镇(室内）43.7一般城镇(室外）5.74.7农村2.75.3图 7极化分集和空间分集增益比较从上表可以看出，在类似城中村这样的密集城区环境，使用两根水平极化的单极化天线带来的空间分集增益会使室内的用户获得更好的效果，而对于室外则稍有下降。考虑到城中村弱覆盖多发于室内，因此我们认为使用空间分集对城中村覆盖有益。同时，考虑到上下行如果均使用水平极化天线，则对于私装直放站来说其接收电平也急剧下降，会对私装直放站的施主小区选择造成一定的变化，主要会发生两种情况：A 有其他更强电平信源时，会选择其他信源。此时，事实上城中村私装直放站的上行干扰情况由原先集中于某小区变为对周边所有小区离散的干扰。在试验中观察周边小区情况，发现上行干扰情况并为急剧提升。但此情况和实际无线环境相关。B 未有更强电平信源时，使用频谱仪对40个城中村私装直放站进行测试，发现其接收电平强度正常时约为-40dBm，即便接收强度降低15dB，仍可作为信源正常使用，但此时仍可能对客户感知有一定影响。在这样的情况下，我们同时设计第二套方案：使用水平极化天线接收，使用垂直极化天线发射。此时，可将此两种振子合并为一幅天线中（0/90度双极化天线），降低了施工难度。而使用垂直极化天线发射时，对原有私装直放站下行接收不造成任何影响，避免了因私装直放站不能工作造成的不可控影响，并且不会改变原有话务结构。但由于目前基站输出为1TRX，1TX，因此在设置时需要改变TRX为RX。即损失了分集接收增益，并且存在上下行链路不平衡的可能。所以，在工作中我们分别对两种方案进行了研究、试验。总结：综上所述，只要将城中村基站小区45双极化天线中的接收端改为水平极化，就会使城中村私装直放站八木天线垂直极化的上行信号与水平极化接收天线产生极化正交，通过这一极化隔离，使私装直放站接收信号强度变得最弱，从而降低城中村私装直放站对基站造成的上行干扰。当使用水平/水平单极化天线进行发射接收时，使用空间分集相对于极化分集更加适用于城中村场景。3项目实施区域及工作量总结本项目共进行6周，对于深圳上行干扰较严重的城中村小区进行了天线换型。对26个城中村基站小区进行天线换型，共更换天线48副，其中44副为水平/水平单极化天线，4副为水平/垂直双极化天线。更换小区列表如下：小区名使用天线极化方式天线根数沙井日龙M1水平/水平单极化2沙井日龙M2水平/水平单极化2沙井日龙M3水平/水平单极化2茔岗M1水平/水平单极化2茔岗M2水平/水平单极化2茔岗M3水平/水平单极化2沙井新丰M1水平/水平单极化2沙井新丰M3水平/水平单极化2上寮村委M1水平/水平单极化2上寮村委M2水平/水平单极化2上寮村委M3水平/水平单极化2万丰村M1水平/垂直双极化1万丰村M2水平/水平单极化2万丰村M3水平/垂直双极化1万丰村M9水平/水平单极化2沙井星河M1水平/水平单极化2沙井星河M2水平/水平单极化2沙井星河M3水平/水平单极化2新桥市场M1水平/水平单极化2新桥市场M2水平/水平单极化2新桥市场M3水平/水平单极化2沙壆m1水平/水平单极化2沙壆m2水平/水平单极化2沙壆m3水平/水平单极化2骆埔m2水平/垂直双极化1骆埔m3水平/垂直双极化1.更换小区分布图4 更换天线后效果评估以下的分析均为优化的全部小区及其周围的邻区分析：4.1 更换水平/水平单极化天线效果评估4.1.1 干扰水平及话务量分析更换水平/水平单极化天线ICMBAND走势图更换水平/水平单极化天线话务量走势图结论：l 通过以上分析，可以看出更换天线后，ICMBAND有明显提升，由35%提升至70%；话务量也有小幅上升，从12700到13200Erl4.1.2 MRR质量对比结论：l 下行覆盖率保持平稳（93.5%），上行覆盖率由89.4%提升至92.6%l 天线更换后，下行覆盖率保持平稳并稍有上升，但在参数放开后，更多的弱电平用户可接入，造成较低Rxqual分布的增多，影响了DL质量指标，但对客户感知及网络是有益的；l UL质量方面有较高的质量改善，与DL质量相似，在放开参数限制后，对此指标有一定影响；4.1.3 更换水平/水平单极化天线KPI对比更换水平/水平单极化天线接通率走势图更换水平/水平单极化天线拥塞率走势图更换水平/水平单极化天线掉话率走势图结论：l 由于话务量提升造成的拥塞，接通率稍有下降，需要进一步扩容；l 掉话率在优化后有所下降，放开之前的限制参数后有少量上升，但仍在健康范围内；4.2 更换水平/垂直双极化天线效果评估更换水平/水平单极化天线4.2.1 干扰水平及话务量分析更换水平/垂直双极化天线.更换水平/垂直双极化天线更换水平/水平单极化天线结论：l ICMBAND方面，在更换为水平/水平单极化天线后，此指标有60%的提升（0.27-0.83），而换为水平/垂直双极化天线后，回落近20%(0.64);l 主要原因是使用水平/水平单极化天线时部分私装放大器更换了信源，另外损失了分集接收降低了上行接收能力造成一定影响；l 话务量方面，在更换为水平/垂直双极化天线后话务量有超过40%的提升(2500-3600Erl)，原因为既未损失原有私装直放站话务 ，同时干扰的降低使得其话务吸收能力大幅提升。4.2.2更换水平/垂直双极化天线KPI对比更换水平/垂直双极化天线更换水平/水平单极化天线更换水平/垂直双极化天线更换水平/水平单极化天线更换水平/垂直双极化天线更换水平/水平单极化天线结论：l 根据使用两种天线的对比发现，在使用水平/垂直双极化天线时，掉话率有小幅下降；l 使用水平/垂直双极化天线的话务量较之以前的提高导致拥塞率的提升，因此接通率受到一定影响；5 项目