利用波导效应降低城中村私装直 放站上行干扰实验报告

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2010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问题，要对直放站上行噪声底部电平进行调

2、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

3、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±4

4、5°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

5、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

6、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

7、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±4

8、5°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

9、盖有益。3 现网应用通过以上的分析，将城中村基站±45°双极化天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：更换天线前：ICMBAND均值为20%，干扰等级较高更换天线后：ICMBAND均值为50%，干扰水平改善30%图 8上行干扰改善效果图天线更换前，ICMBAND均值为20%，大多数时段为4-5级上行干扰；更换天线后，ICMBAND均值为50%，大多数时段为2-3级上行干扰。结论：天

10、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%。3.2业务量分析图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=90，CRO=5,PT=0,MSRXMIN=90。3月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=100，CRO=0,PT=0,MSRXMIN=100。调整后可见话务量由178erl提升到200erl左右。约有10%的业务量提升。结论：l 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

11、户，物理覆盖能力并为因为更换天线有明显下降。l 调整参数后，话务量相应提升，结合ICMBAND指标可认为有效覆盖提升。3.3上下行覆盖、质量分析图 70 MRR上下行覆盖电平采样点分布变化图而MRR上下行覆盖率方面，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：l 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以下则有较明显增加。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

12、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-80dBm部分有一定增长，则是上行干扰降低后，有效覆盖提升所致。l 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，大量的私装放大器发射的强信号被有效降低，导致上行强信号采样降低，而在-95至-85dBm区

13、间，采样点有大幅度提升。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89.2%图 11 MRR上下行质量变化图通过MRR上下行质量变化可见，优化后MRR上行质量由82%提升至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：l 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；l 更换天线后，

14、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，对原私装直放站用户的电平强度分布也有一定影响；l 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。l 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的效果。3.4接通率、掉话率分析修改参数后话务量突增造成拥塞更换天线后，接通率得到较大提高，由均值97%提高到99%，呈上升趋势图 8接通率忙时均值变化图更换天线后，掉话率得到较大改善，由均值0.92%下降到0.5%，呈下降趋势图 9掉话率忙时均值变化图结论：优化后接通率、掉话率都得到一定幅度的改善，这主要得益于ICMBAND的改善。在恢复参数设置后，由于更多的弱电平用户接入，导致接通率、掉话率指标有小幅度下降，但仍在健康范围内。4 总结