利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰实验分析方案

1、利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰实验报告2018年 3月22日目录利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰实验报告 11 引言 22 波导效应特性以及天线的极化 33 现网应用 93.1 干扰水平分析： 93.2 业务量分析 103.3 上下行覆盖、质量分析 113.4 接通率、掉话率分析 134 总结 141 引言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

2、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，我们可以利用波导效应，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

3、 的垂直，因此对普通终端影响较小。2 波导效应特性以及天线的极化波导效应在城市环境中较为明显，波长越短的无线电波，当遇到 障碍物时，在其表面发生镜面反射的可能也越大，当无线信号在两侧是规则楼房的街道中传播时，主要以反射方式进行，我们称之为“波导效应”。由于街道两旁有高大的建筑物，结果使得沿传播方 向的街道上信号增强，而垂直于传播方向的街道上信号减弱，通常 两者信号强度一般相差达10dB以上。从波导效应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

4、一推论，我们进行了一个实验，以现在移动通信网比 较常用的士 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30M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，实验连接示意图如下：曰5取极化天践一 +45：为基站信号发射极化方向八木宦向夭线连接示趣團人楼|日楼图1实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:Spectiiim Analyze!Ff 朗： Q 器脚.10-2030即90-100MH:斗立出D dE 歴9

5、46.5Qi 946,65946 BD- A. Am /FtYrgd帕曲fZ州fh=1111Il liIllii i iIlli1 1 1-l |IlliIlliIlliiiii946 95947 W 947 25947 40947 55947 7D 37 0594B 00CF. 947.2S MB土RBW： 300 kHzStd: DCS 1800Elin Sweep Time: 1 Kdilli SecDate: &2/02/2010Model: MS2711DFrequency (94B 5 - 94B.D MHz)SPAN: 1.50 MHzVBW 100 kHzTime: 12:17

6、:35Serisd #: 0071119SAtteouatioii- 31 dBDetecbon: RL1S Arerae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：Speernmi Annkzei附“创:II4附：.10-2Q-30-40-60-70-00-30-100=-y,J%朴=nNVn心W小T y*i i i11 II 1iiiii i i11 II 1i i i.III1IIII1 1 11 1 1Mfl 二0 20 日Elrft 袂丁 4g hlidl946 506594

7、6.80946 9597.in947,25947.4097 55947.70947 85948 00Frequency (946.5 - 948 0 MHz)CF: 947.25 MHSPAN: 1,50 MHAttenuation: 31 dBRBW: 3O0kIiVBW: 1OD klizBeteclion: EME AverageStd： DCS 1E00Min Sweep lime: l OOMilli SecDate: 02/02/2010Time: 12:18:15NiockL Ivl!S271 ：LDSerial 址 007 i i 19S图3八木天线与室外基站天线成45度、22

8、5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:Spectnmi Anolvzer90丄旃* |EL/wv.加IlliIlli11 F 1IlliIllii i iHlIlliIlli1 1 1II 11 1崗12 9了 日&n $7 斗 10 lyliH z-100-4050-BD-BO90F*fLi.tl :Q 0 FlDrn . _ rlHv： .If! 伺心吨 :-2DW6.50046 65946.80W6.95M7.10947.25947.40W7.55947.70M7.85M8.00F reqiuency(946.5 - 94

9、9.0 MHz)CF: 947.2S MHzSPAN: 1 50 MHzAnenuaticm: 31 dBKJBW: 300 kHzVBW: 100 kHzDEtectiGnr RMS AverageStd; DCS 1800:Mm Sweep Time: 1.00 Llilli SacDate: 02/02/20IOTime: 12;19:15: IV呂2711DSeiial 00711198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：Spectnmi Annlyzer-43-00tlfi

10、T Ih- axAji 人亠爪.-n5加叫E艸HI VTL * *irv *1IlliL 11 1L 1 1 1Illillll1 11llllllllllllllllVI I:口F dEn 陋 Q47 30 MHzuo8LI|_-30-40-6a-6a946 5046 6仃946 80946 95B47.1Q947.25947 407 55947.70947 85948WFrequency (946,5 - 940 0 MHz)CF: 947.25 MH-SPAM: 1 5 0 MHz.Ahnuabon: 31 cEBRBW: 300 kHzVBW: 100 kHzDEtection: RM

11、S AverageStd: DCS 1800Kilin Sweep Time: JkODblillli SecDate: 02/02/2010Time: 12:17:56Model: MS271 IDSerial#:0671il9S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：-25-53一一接收功率

12、i单位匸dSirj蛙转度数图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 用士 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，同时由于士 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：如果使城中村基站发射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，那么私装直放站八木天线接 收到的信号强度将会大大减弱，从而降低了私装直放站

13、引入的上行 干扰。根据这一结论，我们需要将城中村基站士 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 士 45双极化天线可获得良好的极化分集效果。虽然将城中村基站士 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

14、，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。3现网应用通过以上的分析，将城中村基站士 45双极化天

15、线更换为两根水 平极化的单极化天线，将会降低城中村私装直放站对基站的上行干 扰，从而释放城中村基站的话务吸收能力，增强城中村基站的有效 覆盖。根据这一优化思路，我们选择了现网城中村的一个基站小区 进行了天线更换，分析如下：3.1干扰水平分析:西酣工业g2Q1Q-5-1D 2010-3-1017:00:002D10-3-11 17JM:0D2G1D-3-1217:DQ:QD 2CrlD-5-13 17 00:002D1D-3-1I417 M:CID 201Q-M5 17.DD:口口2D1D-3-16 17 MrQD图8上行干扰改善效果图天线更换前，ICMBAND匀值为20%大多数时段为4-5级上

16、行干 扰；更换天线后，ICMBAND匀值为50%大多数时段为2-3级上行干扰。结论：天线更换后，接收到私装直放站上行信号明显减弱，干扰水平下降明显，达到30%02010-5-7 2CJ1Q-3-& 2010-S-9 2010-3-1Q2Q1O-S-112Q1O-S-1 310-3-152010-3-1 31Q-3-15201Q-3-1J1Q-3-17201Q-3-1 &统廿时间*上“畢a稠竦M3.2业务量分析Y小区总话芻童第项式（小区煖话务誥图9小区话务量变化图此小区优化前有5级左右的上行干扰，因此为控制其覆盖范围， 参数设置为：ACCMIN=90CRO=5,PT=0,MSRXMIN=903月

17、12日进行了天线更换 图上红线），更换后未进行任何参数 调整，可见话务量保持平稳。3月14日，观察小区干扰降低，将参数恢复为普通设置，参数设置为：ACCMIN=10,0 CRO=0,PT=0,MSRXMIN=。调整后可见话务 量由178erl提升到200erl左右。约有10%勺业务量提升。结论：+更换天线后，总体话务量平稳并未下降，覆盖范围内未损失用户，物理覆盖能力并为因为更换天线有明显下降。+调整参数后，话务量相应提升，结合ICMBAN指标可认为有效 覆盖提升。3.3上下行覆盖、质量分析-1D3更换天线前-30-ED-LDQIWRR上Tff預盖电丰为布，:单也1 d&m-so0 -60电点K

18、H担氓!+很图70 MRR上下行覆盖电平采样点分布变化图而MRRt下行覆盖率方面，单纯从“率”的角度上，指标均有一定的下降。但结合上、下行两图变化趋势则有更多发现：+下行方面，-65dBm以上采样点几乎毫无变化，在-65至-80dBm区间则有一定程度的下降，而从-80dBm以下则有较明显增力口。根据以往的覆盖经验，-65dBm以上覆盖区域多为正对无 遮挡道路及住宅，此部分未发生采样变化可认为正对无遮挡 情况下两种天线下行覆盖能力极为接近。而 -65至-80dBm区 间下降的原因怀疑为因直放站接收施主小区电平强度下降所 致，以及水平波折射衰减更严重等原因所致，此原因仍需进 一步验证。而低于-80

19、dBm部分有一定增长，则是上行干扰降 低后，有效覆盖提升所致。+而上行方面，则与下行有较大的分歧。-85dBm以上采样点大幅度降低。分析原因应与分集接收方式及私装直放站的影响 相关。分集接收方式问题在前文提到 见图7），对于室外 强信号）空间分集接收增益相对极化分集降低1.4dB。而对于室内 弱信号）空间分集接收增益相对极化分集提升1.3dB。这将造成上行电平强度的变化。而影响更大的是，大优化前使用参数押制I L| rI p E 匸；I I I ；1 I I I電MRR上行质量得到较大的提高，均值 82%提 到90%;下行质量略降，由均值 90.5%下降为=!量的私装放大器发射的强信号被有效降

20、低，导致上行强信号 采样降低，而在-95至-85dBm区间，采样点有大幅度提升92.00%91.00$0.00%B9.00%B8.00B7.00%86.00%83.00%B4.0D9483.00%82,00%Bl.OD2010-3-7 2010-3-8 2010-3-9 2010-3-102010-3-112010-3*122Q1Q-3-13201Q-3-142010-3-152010-3-162Q10-3-17统计时風图11 MRR上下行质量变化图通过MRRt下行质量变化可见，优化后 MRRt行质量 由82%|升至90%提升非常明显。而下行质量则有微弱下 降，从90.5%下降为89.2%。下

21、行质量的下降一方面是由于损失了强电平所贡献的 高质量下行采样。尤其在恢复参数设置后，上下行质量略 有下降，原因是由于恢复参数设置后更多的弱电平用户接 入，对质量有所影响。结论：+更换天线后，下行质量指标有轻微下降，但上行质量则大幅提 升。对于上行受限的城中村 900M基站，这样的取舍是有意义 的；+更换天线后，下行物理覆盖直线传播能力与原小区没有明显差异，但折射衰耗相对于垂直波更高。同时，改变极化方式后，对原私装直放站用尸的电平强度分布也有一定影响；+空间分集相对极化分集对室内外增益情况有所不同，城中村更 加适用空间分集。天线更换后，对私装直放站强上行信号有 较好的抑制作用。同时，上行干扰降低后，上行有效覆盖能 力增强明显。+更换天线为水平极化，并使用空间分集，对城中村覆盖有较好