网络优化中天线参数优化

1、姚中兴姚中兴 教授教授 西安海天天线科技股份有限公司西安海天天线科技股份有限公司 2003年年6月月 目目 录录 一、无线网络系统的组成一、无线网络系统的组成 二、无线覆盖与小区划分二、无线覆盖与小区划分 三、实现无缝隙覆盖三、实现无缝隙覆盖 四、无线覆盖与网络营运性能的关系四、无线覆盖与网络营运性能的关系 一、无线网络系统的组成一、无线网络系统的组成 第一个界面为基站与用户的界面。该界面通过基第一个界面为基站与用户的界面。该界面通过基 站天线实现无线覆盖，完成用户与网络之间的信息站天线实现无线覆盖，完成用户与网络之间的信息 交换。交换。 第二个界面是网络容量的规划与设置。第二个界面是网络容量

2、的规划与设置。 第三个界面为基站与控制系统的各种无线参数第三个界面为基站与控制系统的各种无线参数 的设定。（小区用户登记切换电平设置的设定。（小区用户登记切换电平设置-）。）。 由此可看出整个网络包括三部分。第一部分是由此可看出整个网络包括三部分。第一部分是 无线覆盖，它是构成网络营运的基础。没有好的无无线覆盖，它是构成网络营运的基础。没有好的无 线覆盖就不会有好的网络营运性能。线覆盖就不会有好的网络营运性能。 第二部分是频点的规划与设置，它是限定网络的第二部分是频点的规划与设置，它是限定网络的 容量。第三部分是各种无线参数的正确设置。因此，容量。第三部分是各种无线参数的正确设置。因此， 网络

3、优化的内容就包括这三部分内容的优化：网络优化的内容就包括这三部分内容的优化： 1无线覆盖，确定网络服务的范围；无线覆盖，确定网络服务的范围； 2信道设置，确定网络的容量；信道设置，确定网络的容量； 3控制参数的设置，确定网络的工作性质。控制参数的设置，确定网络的工作性质。 长期以来，各移动通信公司对网络优化工作一直长期以来，各移动通信公司对网络优化工作一直 没有停止过。在网络优化方面投入了大量的人力、没有停止过。在网络优化方面投入了大量的人力、 物力，付出了艰辛的劳动。但是，以前的网优工作物力，付出了艰辛的劳动。但是，以前的网优工作 l主要注重设备参数等方面，对基站天馈线的优化注重较少， 造成

4、网络优化中基础与高层优化脱节，网络的性能并没有 得到明显改善。随着移动通信事业的不断发展及用户要求 的不断提高，对网络营运质量提出了更高要求。因此，今 后网络优化应更有针对性。应该从基础层作起，确保网络 设备的正常运行，充分发挥现有网络的资源。由于长期以 来其他层次参数的优化工作做的比较完善。因此，今后网 优的重点应转移到基础层既天馈系统优化，并已成当务之 急。 l 无 线 l 参数优化 l 频点规划优化 l l 天馈系统的优化 l上图形象地说明了网络优化的结构。要提高网络的性能，打 造一个金牌网络首先要保证基础层的工作正常。我们知道网 络优化是在系统正常运行状态下对系统的设备、软、硬件参 数

5、的全面调整，但在实际网优工作中往往只注意到设备的软 硬件参数优化（既最高层优化）而忽略了优化的最基础的工 作。2002年度，我们对移动和联通公司部分省市在网基站进 行了全面巡检，发现天馈系统安装不规范，天馈系统故障， 天线选型不当造成网络性能不佳的原因占到80%以上。天馈 系统的好坏是决定基础天线覆盖好坏的决定因素。也是决定 网络性能好坏的基础。 l 无线覆盖的优化主要是解决无线覆盖的范围与覆盖区内 无线覆盖质量优化。 二、无线覆盖与小区划分二、无线覆盖与小区划分 由由VHF、UHF的电波传播特性可知，一个基站仅的电波传播特性可知，一个基站仅 能在有效的电波覆盖区内为用户服务，这样的覆盖区能在

6、有效的电波覆盖区内为用户服务，这样的覆盖区 称为无线小区（基站区），服务区（业务区）是指移称为无线小区（基站区），服务区（业务区）是指移 动通信网所能提供的正常业务的范围，业务区通常由动通信网所能提供的正常业务的范围，业务区通常由 若干个无线小区组成，无线小区的划分和服务区的组若干个无线小区组成，无线小区的划分和服务区的组 成应按用户区域分布覆盖区形状及业务要求，并根据成应按用户区域分布覆盖区形状及业务要求，并根据 地形电波传播特点、话务分布、经济指标等方面，综地形电波传播特点、话务分布、经济指标等方面，综 合考虑确定采用什么样区域划分及组成。合考虑确定采用什么样区域划分及组成。 由于电波传播

7、的损耗是随着距离的增加而增加，由于电波传播的损耗是随着距离的增加而增加， 并与地形环境密切相关。另外，手机的功率的有限性决并与地形环境密切相关。另外，手机的功率的有限性决 定了移动台与基站之间的距离是有限的，也决定了无线定了移动台与基站之间的距离是有限的，也决定了无线 小区的范围的有限性，当然小区范围的大小还与小区内小区的范围的有限性，当然小区范围的大小还与小区内 话务量的分布有关。话务量的分布有关。 业务区与无线小区的结构：业务区与无线小区的结构： 1 1、带状网：主要应用于覆盖公路、铁路、跨海、带状网：主要应用于覆盖公路、铁路、跨海 桥梁、海岸等。桥梁、海岸等。 2 2、蜂窝网：在平面区域

8、内划分小区通常采用蜂窝、蜂窝网：在平面区域内划分小区通常采用蜂窝 状结构。状结构。 小区的形状可分为正三角形、正四边形、正六边形。小区的形状可分为正三角形、正四边形、正六边形。 单个区域形状单个区域形状相邻区域中心距离相邻区域中心距离单个区域面积单个区域面积 正三角形正三角形R 正四边形正四边形 正六边形正六边形 3 R2 2 R 3 R 2R2 2.6R2 可看出，正六边形相邻区域中间间距最大，覆盖可看出，正六边形相邻区域中间间距最大，覆盖 面积最大。在业务区域面积一定的情况下，正六边形面积最大。在业务区域面积一定的情况下，正六边形 小区的形状最接近理想的形状，因为它所需的基站数小区的形状最

9、接近理想的形状，因为它所需的基站数 最少，最经济，由于它与蜂窝相同，故称蜂窝网。最少，最经济，由于它与蜂窝相同，故称蜂窝网。 蜂窝小区根据它的面积大小可分为：蜂窝小区根据它的面积大小可分为： 微微 蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝 微微 蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝 宏蜂窝小区：宏蜂窝小区：1公里以上（主要用于郊区、一般市区）公里以上（主要用于郊区、一般市区） 保证连续覆盖（满足低容量）保证连续覆盖（满足低容量） 高速移动业务（车载通信）高速移动业务（车载通信） 较适合于低速数据传输较适合于低速数据传输 基站功率大基站功率大 微蜂窝小区：数百米（主要用于繁华市区）微蜂窝小区：数百米（主要用于繁华市区） 满足大容量

10、满足大容量 较低移动性业务（步行）较低移动性业务（步行） 较适合于较高速率数据业务较适合于较高速率数据业务 较多用户的话音业务较多用户的话音业务 基站功率较低基站功率较低 微微蜂窝小区：室内系统微微蜂窝小区：室内系统 高容量业务高容量业务 适合于业务密集区适合于业务密集区 一般用于室内分布系统一般用于室内分布系统 对于蜂窝小区的激励通常为中心激励与顶点激励，对于蜂窝小区的激励通常为中心激励与顶点激励， 在每个小区中基站可设在小区的中央，用全向天线形在每个小区中基站可设在小区的中央，用全向天线形 成圆形覆盖，这就是中心激励。也可将基站设计在每成圆形覆盖，这就是中心激励。也可将基站设计在每 个小区

11、六边形的三个顶点上，每个基站采用三付相同个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三付相同 120度上行定向天线实现覆盖，这就是顶点激励。度上行定向天线实现覆盖，这就是顶点激励。 区群的组成：相邻小区不能用相同的信道，相同信区群的组成：相邻小区不能用相同的信道，相同信 道的小区之间应有足够的距离进行隔离，避免出现同频道的小区之间应有足够的距离进行隔离，避免出现同频 干扰，这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区干扰，这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区 群的小区才能进行信道再用。群的小区才能进行信道再用。 区群的组成应满足：区群的组成应满足： (1) 区群之间可以邻接且无空隙、无重叠的进行

12、覆区群之间可以邻接且无空隙、无重叠的进行覆 盖；盖； (2) 邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之 间距离相等。间距离相等。 满足上述条件的区群内的小区数不是任意的，可以满足上述条件的区群内的小区数不是任意的，可以 证明，区群内的小区数应满足证明，区群内的小区数应满足N = iN = i2 2 + ij + ij +j +j2 2，式中，式中ijij 均为正整数。均为正整数。 0 01 12 23 34 4 1 11 13 37 713132121 2 24 47 7121219192828 3 39 91313191927273737 4 4161

13、62121282837374848 j N i 小区分裂：在整个服务区中，每个区的大小可以小区分裂：在整个服务区中，每个区的大小可以 是相同的，这适用于用户密度均匀分布的情况，对于是相同的，这适用于用户密度均匀分布的情况，对于 用户密度不均匀的情况，在高密度区可使小区面积小用户密度不均匀的情况，在高密度区可使小区面积小 一些，在低密度区小区面积大一些，对于已规划好的一些，在低密度区小区面积大一些，对于已规划好的 蜂窝网随着城市建设的发展，原来低密度用户区可能蜂窝网随着城市建设的发展，原来低密度用户区可能 变成高密度用户区，这需要扩充小区容量，其中一个变成高密度用户区，这需要扩充小区容量，其中一

14、个 重要方法是使小区面积变小，增加新的基站，这就叫重要方法是使小区面积变小，增加新的基站，这就叫 小区分裂。小区分裂。 三、实现无缝隙覆盖三、实现无缝隙覆盖 1 1、 一般城市市区的蜂窝网的小范围覆盖。一般城市市区的蜂窝网的小范围覆盖。 2 2、城市郊区、县城、乡镇、风景点、公路、铁、城市郊区、县城、乡镇、风景点、公路、铁 路等低话务量地区广度覆盖。路等低话务量地区广度覆盖。 3 3、 城市室内、商场、地铁、地下停车场等深度城市室内、商场、地铁、地下停车场等深度 覆盖。覆盖。 对于不同业务区采用不同的覆盖要求：对于不同业务区采用不同的覆盖要求： (1)(1) 公路、铁路、基站公路、铁路、基站

15、应用环境具有话务量低、用户高速移动的特点，必应用环境具有话务量低、用户高速移动的特点，必 须重点解决覆盖问题，一般可采用带状覆盖，采用双向须重点解决覆盖问题，一般可采用带状覆盖，采用双向 小区在穿过乡镇、县城时可采用三扇区体制或全向体制，小区在穿过乡镇、县城时可采用三扇区体制或全向体制， 在覆盖中天线的选择很重要，天线的方向图应和覆盖地在覆盖中天线的选择很重要，天线的方向图应和覆盖地 区相匹配。区相匹配。 (2)(2) 途径郊区、村镇的道路覆盖途径郊区、村镇的道路覆盖 此时对话务量及覆盖均具一定的需求，可采用此时对话务量及覆盖均具一定的需求，可采用0101、 0202、S111S111、O+S

16、O+S型基站，天线的选择主要考虑覆盖距离，型基站，天线的选择主要考虑覆盖距离， 选择不带内置电下倾天线，如基站附近有覆盖要求时，选择不带内置电下倾天线，如基站附近有覆盖要求时， 应考虑避免塔下黑，可采用内置电下倾天线或赋形天线。应考虑避免塔下黑，可采用内置电下倾天线或赋形天线。 (3) (3) 郊区覆盖郊区覆盖 若接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密，若接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密， 此时应注意控制覆盖及干扰，若接近农村，则覆盖为主，此时应注意控制覆盖及干扰，若接近农村，则覆盖为主， 建议不采用全向站，要采用定向站，可采用建议不采用全向站，要采用定向站，可采用6565度、度、9

17、090度度 的定向天线。天线下倾角由垂直波束与主要覆盖区的距的定向天线。天线下倾角由垂直波束与主要覆盖区的距 离、天线挂高来决定，天线挂高由覆盖区大小及下倾角离、天线挂高来决定，天线挂高由覆盖区大小及下倾角 共同决定。共同决定。 覆盖区内功率强度预测：覆盖区内功率强度预测： 由于覆盖区内地理特征、自然特征差别较大，由于覆盖区内地理特征、自然特征差别较大， 这些严重影响了覆盖效果，在网络设计阶段，必须这些严重影响了覆盖效果，在网络设计阶段，必须 对一些典型结构做一些预测。对一些典型结构做一些预测。 理论型覆盖预测公式：理论型覆盖预测公式： (1) (1) 自由空间传播（单射线型）自由空间传播（单

18、射线型） L Lf f = 10 lg = 10 lg P PR R/P/PT T = 20log ( = 20log (/4/4d) + Gd) + GT T + G + GR R = -32.44 + G = -32.44 + GT T + G + GR R 20log F(MHz) 20log d(Km) 20log F(MHz) 20log d(Km) 例：室内分布系统中计算吸顶天线输出功率与距离为例：室内分布系统中计算吸顶天线输出功率与距离为R R处的室处的室 内覆盖的场强关系，内覆盖的场强关系， 设：设：P PR R=-72dBm=-72dBm R=18m=0.018km R=18

19、m=0.018km G GT T=3dBi=3dBi G GR R=1.5dBi=1.5dBi 天线装在天花板（石膏板）上，损耗天线装在天花板（石膏板）上，损耗5dB5dB，求天线口的功率，求天线口的功率PTPT 解：解：P PT T=P=PR R+32.44-G+32.44-GT T-G-GR R+20log+20logF F+20log+20logd d =-72dBm+32.44-3-1.5+20log900+20log0.018 =-72dBm+32.44-3-1.5+20log900+20log0.018 =-20dBm =-20dBm 考 虑 到 石 膏 板 的 损 耗 ， 天 线

20、 口 的 实 际 功 率 共 为考 虑 到 石 膏 板 的 损 耗 ， 天 线 口 的 实 际 功 率 共 为 P T = -P T = - 20dBm+5dB=-15dBm20dBm+5dB=-15dBm 例2：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的关系， 可算出： 增益（dB）覆盖距离（d1/d2） 11.12 21.26 31.41 41.58 51.78 62 (2)(2) 平面反射传播（双射线型）平面反射传播（双射线型） Lf =10 lg PR/PT = 20log HT (m) + 20log HR (m) + GT + GR 40log d(m) 上式中，没有频率出现时认为，上

21、式中，没有频率出现时认为，hthrhthrd d反射面为理想导反射面为理想导 体。体。 d hT hM 例例3 3：基站天线的高度对接收信号的影响，为讨论方便，：基站天线的高度对接收信号的影响，为讨论方便， 我们令我们令GT=GR=1GT=GR=1 L Lf f=10logP=10logPR R/P/PT T=20logH=20logHT T+20logH+20logHR R-40logd-40logd(m) (m) 或，写成：或，写成：P PR R=P=PT T（H HT TH HM M/d/d2 2）2 2 若若P PT T不变，原来接收不变，原来接收P PR R=-110dBm,H=-1

22、10dBm,HT T=30m=30m 现在改变现在改变P PR R=-100dBm=-100dBm，求，求H HT T应为多少？应为多少？ 解：解： P PR R 10logP 10logPR R-10logP-10logPR R= 20logH= 20logHT T-20logH-20logHT T 10= 20logH 10= 20logHT T/H/HT T H HT T= H= HT T10101/2 1/2 =3.16H =3.16HT T =94.8m =94.8m P PT T(H(HT TH HM M/d/d2 2) )2 2 P PR R = P PT T(H(HT THHM

23、 M/d/d2 2) )2 2 = HT2 HT2 说明：说明： 1 1、在上述公式中，增加基站天线的有效高度可、在上述公式中，增加基站天线的有效高度可 以改善覆盖电平，我们称为基站天线高度增益因子，以改善覆盖电平，我们称为基站天线高度增益因子， 从上例可看出，当基站天线有效高度增加近从上例可看出，当基站天线有效高度增加近3 3倍时，倍时， 覆盖改善覆盖改善1010dBdB。 2 2、由上式可以看出，、由上式可以看出，H HT T=2H=2HT T时，时， P PR R（dBdB）-P-PR R(dB)=6dB(dB)=6dB。 3 3、对、对H HR R的作用不服从此规律。的作用不服从此规律

24、。 OkumuraOkumura将环境分为三类：开阔地、郊区、城市分别将环境分为三类：开阔地、郊区、城市分别 由不同的相关因子来补偿。由不同的相关因子来补偿。 开阔地：开阔地：L L0 0 = L = Lf f + K + K0 0 K K0 0 = -4.78(logF = -4.78(logF(MHz)(MHz)2 2+18.33logF(MHz)-40.94+18.33logF(MHz)-40.94 郊区：郊区：L L0 0 = L = Lf f + K + Ks s Ks = -2(log F(MHz)/28)2 5.4 对对900900MHzMHz：K K0 0 = -28.5dB

25、K = -28.5dB Ks s = -10dB = -10dB 对对18001800MHzMHz：K K0 0 = -32dB = -32dB K Ks s = -12dB = -12dB 例：例：Okumura-HaTaOkumura-HaTa经验公式中可以看出基站天经验公式中可以看出基站天 线有效高度增益因子为线有效高度增益因子为13.8213.82logHlogHT T(m(m）显然小于双射）显然小于双射 线模。线模。 路损变化与覆盖距离的关系较前面两种模式复路损变化与覆盖距离的关系较前面两种模式复 杂，它与基站的有效高度有关，以杂，它与基站的有效高度有关，以H HT T=30=30米

26、为例可得米为例可得 如下结果：如下结果： 增益（dB)覆盖距离d /d 11.06 21.14 31.24 41.30 51.38 61.50 目前网络覆盖中存在的问题：目前网络覆盖中存在的问题： 1 1、网络建设周期短，建设速度快，施工队伍经验不、网络建设周期短，建设速度快，施工队伍经验不 足，管理跟不上，留下许多工程隐患。足，管理跟不上，留下许多工程隐患。 2 2、网络最初规划、设计不完全合理，无线传播中存在许、网络最初规划、设计不完全合理，无线传播中存在许 多无法完全确定的因素，这些因素影响着无线覆盖。多无法完全确定的因素，这些因素影响着无线覆盖。 3 3、网络投入营运后：、网络投入营运后： (1)(1) 终端用户的变化（地理分布）终端用户的变化（地理分布） (2)(2) 网络运行环