特型天线与无线网络优化

特型天线与无线网络优化西安海天天线科技股份有限公司姚中兴教授2004年7月12日一、无线网络系统的组成从结构上，整个网络分成三个子系统：1、网络交换子系统：它是网络的核心。它的主要功能是实现网内交换和已经存在的有线系统和其他无线系统之间的交换及部分运营管理功能。2、基站子系统：它由基站及基站控制器组成，它的主要功能是为大量的基站提供控制和管理，如无线信道分配，建立和拆除无线链路，实现信道切换等。3、无线覆盖及手机子系统：它由基站的天馈线系统及手机组成，它的主要功能是实现用户与网络之间的无线信息交换。从网络性能上也分为三部分：1、无线覆盖，它决定了网络服务的范围，承担着用户与网络之间的无线业务交换的重任，无线覆盖的好坏直接影响着用户的使用效果，是吸引用户的关键因素之一，这部分主要由基站的天馈系统来实现。2、网络的容量：它决定的网络服务的用户数量及所能承担的业务量，主要由基站中的频点的设置和规划来决定的。3、无线控制参数的正确设置与调整，它决定着网络的正确运行及运行的质量。这三部分的性能决定了整个网络的运行及质量网络优化就是这三部分的优化。这三部分优化的相互关系可以用下面金字塔来表示。

无线参数优化频点设置与规划天馈参数优化由于天馈系统工作环境复杂，面临覆盖地面的条件多种多样，工作量大，运营商及厂家对这部分的缺少经验及手段，因此长期以来，天馈系统的优化被忽略了，造成网络优化中基础与高层脱节，没有真正达到网络优化的目的。天馈优化从无线覆盖入手可以解决由于无线覆盖不好而带来的网络中存在的干扰问题、切换问题，越区覆盖问题，广覆盖问题，边缘覆盖问题，以及特殊地形的专项覆盖问题，使网络资源充分合理的利用起来。2002~2003年海天公司协助中国移动和中国联通对部分省市公司在线基站的天馈子系统进行全面的天馈优化及巡检工作发现由天馈系统中存在的各种问题，使无线覆盖不好，影响网络中的呼损率高，通话保持率低， 切换成功率低等指标的原因的80%以上。通过对无线覆盖优化工作为后面网络的优化打下坚实的基础。二、目前网络覆盖中存在的问题1、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。2、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。

3、网络投入营运后：(1)

终端用户的变化（地理分布）(2)

网络运行环境的变化（城市建设发展）(3)

网络结构的变化（覆盖范围，系统容量）(4)

新业务的开拓都需要网络进行调整，这个调整过程也可称为网络优化过程。三、无线覆盖与网络营运性能的关系网络营运的性能主要由呼损率、掉话率、切换成功率、干扰来考虑。呼损率：首先影响呼损的是话务均衡、信道容量，但是话务均衡与覆盖其大小有关，呼损也与覆盖区中信号的电平有关。掉话率：与小区切换成功率有关，也与覆盖区中信号是否均匀有关，另外与是否存在干扰有关。切换成功率：与切换系数数量正确与否有关，与小区定义邻区覆盖电平是否合理有关。干扰：干扰主要来自系统外及系统内自干扰，这主要是由于覆盖无线覆盖设置不合适有关。

由此可看出，所有网络营运的指标均与无线覆盖密切相关。可以说，无线覆盖是网络营运的基础，没有好的无线覆盖，就不会有好的网络营运性能。在网络优化中，只有作好了无线覆盖的优化，再做其他信道设置与无线参数的优化，才能达到真正的网络优化效果，才能达到事半功倍的目的。

四、天线参数在无线组网中的作用天线是完成将传输线中的高频电磁能转化成空间自由电磁波，或将空间中的自由电磁波能量转化成传输线中的高频电磁能的专门设备，因此没有一个好的天线就不会有好的无线网络，没有天线的良好工作状态也同样不会有好的网络性能。天线有许多参数决定着无线网络的性能，由于篇幅限制我们这里仅从与网络优化最密切的覆盖问题作一简要介绍。

1、移动通信基站天线的主要技术参数1）天线的工作带宽对GSM900MHg870-960MHg(移动)909-960MHg(联通)对CDMA800MHg825-880MHg(联通)对GSM1800MHg1710-1815MHg(移动)1745-1850MHg(联通)2）水平波束宽度与垂直波束宽度通常用3dB波束宽度和10dB波束宽度来表示。例如：HTDB0965153dB水平波束宽度为65O10dB水平波束宽度为130O3dB水平波束宽度为13O10dB水平波束宽度为26OHTQ-0911水平波束宽度为360O3dB垂直波束宽度为6.5O10dB垂直波束宽度为13O3）天线的增益13、15、17、18、21（dBi）4）天线的输入驻波S＜1.45）天线的极化垂直线极化±45O双极化6）天线前后比例：HTDB096515天线的前后比为25dB2、基站天线的分类1）常规天线HTQ-09-11（0、3、5、7）HTQ08-11（0、3、5、7）HTDB（S）08、09、65O15/17/18dB（0、3、6、9）HTDB（S）08、09、90O14/15/17dB（0、3、6、9）2）特型天线赋形天线HTDBFS096515HTDBFS096517 HTDBFS0910514HTDBF096517公路双向天线HTSX08、09、70、14公路兼镇天线HTD08、09、210、13窄波束高增益天线HTDBS093320HTDB09320连续电可调倾角天线HTDBS096515（0O—13O）HTDBS096517（0O—13O）3)G,C网通用天线HTDB080930(15,18,21)45(14,17)65(15,17)90(8,11,14,15,17)105(13,15,16) HTDBS080933(18,20)65(12,15(3,6,9),17(3,6,9),18(3,6)90(144）上旁瓣抑制天线双极化HTDBYS080965(18,17(3),15)HTDBYS080990(17)HTDBYS0809105(15)单极化HTDBY080965(18,17(3),15)HTDBY080990(15，17，18)

3、天线参数在无线覆盖中的作用天线是完成将传输线中的高频电磁能转化成空间自由电磁波，或将空间中的自由电磁波能量转化成传输线中的高频电磁能的专门设备，因此没有一个好的天线就不会有好的无线网络，没有天线的良好工作状态也同样不会有好的网络性能。天线有许多参数决定着无线网络的性能，由于篇幅限制我们这里仅从与网络优化最密切的覆盖问题作一简要介绍。

1）覆盖范围与覆盖质量天线的水平方向图决定了天线的覆盖范围，天线的垂直方向图及架设高度和俯仰角共同决定了覆盖范围内的电平。2）天线的垂直方向图决定了信号在垂直面上的垂直覆盖距离，天线下倾时可以确定主控小区的覆盖半径及覆盖小区的功率分布。由于不同地形环境同样的挂高、配置，但覆盖功率将不同。对于平原环境，我们建议可用OKUMURA-HADA的经验公式进行覆盖功率的估算。EIRP=Ptm-Lf×0.047(dB)-Lcb+Gbt式中Ptm基站输出功率Lf基站至天线接口处输出电缆长度Lcb基站合路器损耗Gbt基站天线增益PR(dBm)=EIRP-69.55-26.16LgF(MHz)+13.82Lghb-(44.9-6.55Lghb)LgD(Km)+Ks式中PR接收门限F频率（MHg）hb基站天线挂高d覆盖距离（公里）Ks不同地形修正因子。对乡村环境Ks=9.943）天线前后比对天线覆盖的影响前后比的定义：10log前向功率后向功率=25dB三扇区覆盖造成邻区干扰直放站施主天线与业务天线之间的耦合<>4）垂直波束中上副瓣及下副瓣零点的影响上副瓣零点下副瓣零点5）天线增益：决定了垂直面上的覆盖的边界，影响着信号穿透建筑物时衰减的变化。增益（dB）覆盖距离（d′/d）11.05921.12231.18841.2651.33461.4126）天馈线上驻波比的影响

电压驻波比（VSWR）对网络的影响：VSWR反射功率比辐射功率减少减少百分比3.025% 2.15dB40%2.011%0.86dB18%1.88%0.67dB14%1.54%0.36dB8.0%1.42.8%0.21dB4.7%1.31.7%0.13dB2.9%1.20.8%0.07dB1.1%7）天线下倾的作用A、天线下倾可以使小区覆盖面积变小，控制覆盖范围的大小。天线下倾使天线在垂直方向上的增益减小。降低了垂直方向上来的干扰的耦合能力。B、

天线下倾后，加强了主覆盖区内信号电平，改善了小区的信号环境，增强了抗同频干扰能力。C、

天线下倾改善了因垂直波束方向图中零点形成的“塔下黑”区域，但是也应当注意到：a、应根据天线的垂直方向图提供的数据具体计算后进行下倾，保证服务区的覆盖范围，但又不形成覆盖盲区；b、天线下倾后，应注意上副瓣及尾瓣可能造成的对其他小区的干扰；c、天线机械下倾角度过大，会引起水平方向区畸变，使覆盖范围不易控制。天线下倾角的计算：根据基站高度、基站距离，可由下式计算天线倾角：α=arctgh/r/2式中，α天线倾角，h为天线高度，r为站间距离。实际天线下倾角还应扣除垂直波束3dB宽度，在实际调整中，波束最大点对准主要覆盖区，根据主波束宽度决定主要覆盖区的宽度及边缘区的电平。

对话务量高密集区，基站间距300米到500米，计算得出α大约在100～190之间。对话务量中密集区，基站间距大约在500米左右，α大约在60～160之间。对低话务量区，基站间距更大些，α大约在30～130之间。另外，天线周围不能有明显的阻挡物。

几种不同下倾方式的比较无下倾电下倾机械下倾电下倾情况下的波束覆盖无下倾电下倾4、特型天线在无线网络中的应用1）赋形天线案例：1、辽宁××市有一鱼市市场，门口是一条、马路，原来有一扇区覆盖鱼市，但由于塔下黑使马路上信号很差，后来改用海天公司的赋型天线，很好的解决了塔下黑问题。2、福建××市福建联通龙岩、兴业基站为GSM与CDMA共站基站。关于该站C网2小区对天马山公园的山顶覆盖及接收电平差等问题的优化。现场描述：天马山兴业银行基站2天马山观光点在天马山顶观光点C网信号极不稳定，导频干扰严重。经CQT测试，在该处可测到PN码十个之多。来自周围不同基站。原规划兴业银行基站2小区主要照顾天马山观光点。基站处于天马山上500米，天线挂高50米，采用90°15dBi天线，俯仰角2°。原因分析：2小区在观光点信号太弱，形不成主导频。解决方法：重新选择2小区天线，采用海天公司HTBFS086515赋型天线。该天线水平波束65°，虽然增益同为15dBi,但主波束本身有6°的仰角。并且上旁瓣抑制，下旁瓣很宽，具有零值填充。运用在兴业银行2小区就可照顾到天马山山顶信号的同时，基站附近的覆盖不受影响。结果比较：RSSI优化前优化后FER优化前优化后Ec/Io优化前优化后TXPower优化前优化后3、吉林××市移动公司办公楼问题描述与分析：移动公司基站位于移动公司办公楼顶在移动公司内通话时切换频繁，且通话质量差，步测结果发现移动公司办公楼拨打测试时有同频干扰现象，经测试发现移动公司基站1小区与铁路文化站3小区的BCCH同为82号频点，因铁路文化站3小区的越区覆盖造成了与移动公司基站1小区（82号）同频干扰。优化方案：调整铁路文化宫天线的俯仰角减小越区覆盖，改换移动公司基站1小区BCCH的频点。优化调整前、后话音信道掉话率对比

移动公司基站一小区2003年8月27日改换频点后2）公路双向天线：沿公路铁路采用全向站配置，天线可采用全向天线变形的双向天线（HTSX0914)。它的双向3dB宽度为70°，最大增益为14dBi,其方向图为右下图。3）公路兼镇天线：对于既要覆盖公路铁路，又要覆盖乡镇的地区，采用全向站的配置，天线采用210°，13dBi弱定向天线，HTD0921013,兼顾铁路公路和路边乡镇的需要。其方向图为：案例：湖北贺镇为铁路穿过该镇，原移动公司在镇上设有两扇区基站S2、S4。S4为铁路旁B扇区覆盖铁路，覆盖情况良好。但是当火车通过该小区并短暂停留时，B小区严重阻塞，SDCCH阻塞率达52.1％.后将基站改为06站，天线采用公路兼镇天线，阻塞率明显下降至0.76％.5）窄波束高增益天线技术指标HTDB093320频率范围870-960MHz水平波束宽度33O增益20dB案例：延边移动长白山景区防火塔基站（选型恰当可节省资源）延边移动原在长白山景区山门外建有一定向三扇区基站，主要覆盖进山公路和景区，但由于该基站地处长白山森林的覆盖之中，基站天线架高约5米，距离长白山天池约20多公里，无法覆盖到景区内。长期以来景区长白山天池均处于信号弱区或盲区，游客投诉较多。为了解决此问题，延边移动计划在长白山山门内建设两个定向基站以解决覆盖问题，其中一个基站距山门约5公里，另一个基站位于长白山主峰上。就在建站前，延边移动了解到我公司有很多种型号，适用于各类地形的特种天线，于是向我们求助。后经我公司技术人员现场勘测后，认为该地区只需建设一个定向基站，采用海天公司HTDBS093021型高增益天线即可解决覆盖问题。当时延边移动对我工程师所言将信将疑。2002年4月低，按照我公司人员建议，在距长白山天池约15公里处的防火塔上架设一个三扇区定向微蜂窝基站，采用无线传输，进行覆盖试验。开通后整个长白山天池景区及进山公路覆盖效果非常好，距基站约15公里的山顶信号强度也在-80dB以上，客户非常高兴，称海天天线创造了奇迹。该基站具体情况如下：

基站采用MOTOROLA20W微蜂窝基站，站型S222，天线型号HTDBS093021,基站天线挂高32米，用户分布间地形图，基站A扇区对准上山公路，下情5度，B扇区对准天池景区，上翘3度，C扇区对准公路另一段（出山公路），下倾0度。地形分布图：基站天池主峰用户森林进山山门公路另一基站天池主峰

森林

用户

公路

基站

进山山门

另一基站6）内置电下倾与连续可调电下倾天线案例：××移动泥里河基站（覆盖不好）：位于白山市辖区内的十三道沟，基站为O2站型，采用我公司TQ-09-11全向天线，基站建于一20米的高坡上，铁塔高为70米，天线总挂高为90米，距基站800米-1200米