LTE覆盖距离与天线下倾角分析优化案例

LTE覆盖距离与天线下倾角分析优化案例\o"点击进入JSDX无线网优平台的个人主页"JSDX无线网优平台(南通如东无线中心)·2015-08-1111:15摘要：本文利用LTE室外传播模型及链路预算总结出不同位置终端接收的RSRP公式,结合路测分析验证公式，分析天线下倾角的设置与LTE覆盖距离的关系，并制成经验表格。最后分场景估算天线下角最优设置，并通过实际优化进行对比验证。关键字：垂直波瓣角；3dB远点；覆盖距离一、LTE室外传播公式的推导1、路径损耗的计算LTE链路预算采用HATA自由空间损耗传播模型。模型公式如下：Lpath=20Lgf+26Lgd-31.56dB，南通现网f=1800（MHZ），覆盖距离d单位米，此公式考虑多径信号的合并。2、射频功率目前南通LTE提供RRU功率是2×20W，其中“2×”表示采用MIMO双流，每个扇区有2个功放，即每个扇区的功率为20W。目前南通配置15M带宽，当PA使用默认值-3时计算参考信号功率：小区发射功率=10log（EA*每个RB子载波数*RB数）=10log（EA*12*75）=10logEA+10log900则有：10logEA+10log900=43即：RS+PA+10log900=43则最终得到：RS=43-29.54+3=16.46dBm。说明：（1）43dBm为实际需要配置的功率，而不是设备的额定功率；（2）PA=10logPA=10log(EA/ERS)=10logEA-10logERS，则：10logEA=RS+PA；（3）每个RB子载波数为12个，15MHz的RB数为75个，。那么，总子载波数：单载波15MHz带宽共900个。3、天线增益LTE网络天线增益一般为17～18dBm，这里取17.5dBm。当使用2×20W配置，PA默认设置为-3时，射频功率为16.46dBm。则天线口发射功率为：16.46+17.5=33.96dBm。4、RSRP的计算RSRP=射频功率+天线增益-路径损耗=16.46+17.5-Lpath=33.96-（20Lgf+26Lgd-31.56）=33.96-（65.1-31.56+26lgd）=0.42-26lgd简化公式：RSRP=0.42-26lgd二、利用测试数据验算传播公式上面推算的公式是在空载、无遮挡且测试点是在天线垂直波瓣的和水平波瓣的最强点，事实上我们路测的时候只可以保证在天线水平波瓣的最强方向，但是无法保证在垂直波瓣上始终是最强方向。我们将天线下倾角设置不同的值，保证3d波瓣宽度覆盖的范围铺满整个测试路线。下面我们将新光凤阳西3扇和明阳风电1扇的电子下倾角设置不同的值后在水平主瓣方向进行测试（天线正对的方向是平行的公路，沿公路测试），测试的RSRP值以20米的间隔统计数据，测试数据与公式计算值对比如下图：由上图可以得到3个结论：（1）、不同距离接收的最高RSRP值接近公式推导的理论值，说明公式推导可靠；（2）、天线下倾角越大，距离基站越远RSRP衰减越快；（3）、天线下倾角越小，距离基站越近RSRP衰减越快。下面我们利用凯瑟琳工具，对测试的情况进行举例分析。例1：如东新光凤阳西3扇电子4度时测试情况分析如东新光凤阳西3扇天线参数：凯瑟琳分析数值：路测数据与公式推导的理论值对比：由测试数据可以看到，当终端距离基站在250米和1000米之间测得RSRP值与公式推导的理论值接近，在这个范围之外测得RSRP值就远离理论值。这个范围与3dB近点、远点的范围接近。例2：如东明阳风电1扇电子6度时测试情况分析如东明阳风电1扇天线参数：凯瑟琳分析数值：路测数据与理论值对比：由测试数据可以看到，当终端距离基站在140米和520米之间测得RSRP值与公式推导的理论值接近，在这个范围之外测得RSRP值就远离理论值，这个范围也与3dB近点、远点的范围接近。例1、例2也说明结论（2）、（3）中RSRP的衰减是由天线垂直3dB波瓣角控制的远点距离和近点影响的，下面详细说明天线下倾角所影响的3dB近点、远点距离与基站覆盖距离的关系。三、天线下倾角与LTE覆盖距离关系的推导1、天线总下倾角与3dB远点距离关系的推导（1）：d=h*TAN(((180+β-2θ)*3.14)/360)――根据天线挂高h(米)、天线垂直波瓣角β(度)和天线总下倾角θ(度)计算3dB远点距离(米)；（2）：θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)――根据天线挂高h(米)、3dB远点距离(米)和天线垂直波瓣角β(度)计算天线总下倾角θ(度)。2、3dB远点距离与基站实测数据的关联天线就像一个滤波器一样，在垂直波瓣角控制的范围内可以保证实测值接近公式推导的理论值，在控制的范围之外（主瓣3dB外和旁瓣的增益远小于天线的最大增益）就会增加衰减速度，远离理论值。所以调整天线的下倾角可以控制信号的衰减速度，但是不能决定RSRP的最高值，它的最高值是由路径衰耗和各种遮挡损耗决定的。比如理论值算出来在距离基站1800米处的RSRP值为-82dB，那么减去3dB天线波瓣的衰减（远点比中点少3dB增益），再减去5dB左右汽车和人体遮挡的衰减，我们在1800米处汽车中测得实际数值就在-90dB左右。你要保证在无其他遮挡的情况测到这个数值，就要保证天线3dB远点距离要大于1800米。再比如理论值算出来在距离基站400米处的RSRP值为-67dB，那么减去3dB天线波瓣的衰减，再减去5dB左右汽车和人体遮挡的衰减，我们在距离基站400米处汽车中测得实际数值在-75dB左右。但如果你要保证在无其他遮挡的情况测得的基站的信号不高于-85测到这个数值，就要使得天线3dB远点距离要小于400米，至于远点需要控制在多少米合适，由于天线没有10dB波瓣宽度之类的参数，只能通过一边调整天线下倾角一边测试或者根据经验值来解决。结合路测数据和天线参数我们总结出天线3dB远点距离与基站覆盖距离对应的RSRP数值表，见表一：表一：3dB远点距离与基站覆盖距离对应的RSRP数值表3、天线总下倾角与基站覆盖距离的关联结合天线的3dB垂直波瓣角和需要覆盖的距离（以RSRP=-85dB为参照，不考虑遮挡），参照表一中对应关系，应用公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)，可以推出在不同站间距和不同天线挂高时的天线总倾角设置值，推荐值见表二、表三、表四：

四、表二、表三、表四在LTE规划中的应用对新建规划LTE站点区域进行俯仰角规划，并与以往新开站点规划角度整体覆盖情况进行对比。1、试验区域在如东北开发区选择试验区域（下图红框），涉及小区21个，站间距在700m到1000m。2、规划角度根据站间距查询表二、表三设置天线下倾角，见表五：3、DT测试指标RSRP覆盖对比SINR覆盖对比路测分析图上可以看出，规划角度比下倾角4°+2°和下倾角10°+2°指标有明显改善。五、表一在LTE射频优化中的应用例1、如东老广播电台附近弱覆盖解决案例SINR覆盖图：RSRP覆盖图：问题分析：该区域主要是没有扇区作为主覆盖，考虑由如东8的2扇区对该区域进行覆盖，如东8总下倾角为12度，远点为288米，查表一得到RSRP等于-80dB的覆盖距离为450米，现在如东8需要覆盖800米，通过查表一可知：要保证800米距离在车内测得RSRP等于-85db左右，覆盖远点距离应在650米左右。（注：由于表一的数据已经去掉了各种遮挡引起的衰耗，所以在对比实际测得数值的时候一般减去减去5dB汽车和人体的遮挡衰耗,如果该路段是由天线水平波瓣的旁瓣来覆盖需要再减去3~6dB。）方案及复测：通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：如东8的2扇总下倾角在8度时，远点距离在650米左右。将如东8的2扇调成2°+6°后进行测试，弱覆盖得到解决，同时根据测到的数值验证了表一的准确性。复测结果如下：例2、如东外环南路向北拐弯处弱覆盖解决案例SINR覆盖图：RSRP覆盖图：问题分析：可以看出该区域没有强导频进行主覆盖，建议由如东掘港余荡1扇和如东5(联通站)2扇为该区域主覆盖。调整之前，如东掘港余荡1扇下倾角2°+10°，远点为254米，查表一得到RSRP等于-80dB的覆盖距离为400米，如东5（联通站）下倾角为2°+9°，远点为289米，查表一得到RSRP等于-80dB的覆盖距离为450米。根据基站位置估算如东掘港余荡需要覆盖到800米，如东5（联通站）2扇要覆盖400米，通过查表一可知：要保证如东掘港余荡1扇需要覆盖800米，远点应在650米左右，如东5（联通站）2扇要覆盖400米，远点应在250米左右。方案及复测：通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：如东掘港余荡1扇总下倾角在7度时，覆盖距离在800米左右，如东5（联通站）2扇区总下倾角在12度时，覆盖距离在400米左右。现将如东掘港余荡1扇调成2°+5°，将如东5（联通站）2扇区扇调成2°+10°，之后进行测试，弱覆盖得到解决。复测结果如下：3、如东第四人民医院附近模三干扰解决案例SINR覆盖图：RSRP覆盖图：问题分析：由于如东晓峰模具2扇区越区覆盖导致导频污染，并有模3干扰。调整之前，如东晓峰模具2扇区下倾角为2°+4°，远点为870米，覆盖距离为900米，根据基站位置，如东晓峰模具2扇区应覆盖400米之内，通过查表一可知：远点必须应该控制在250米以下。方案及复测：通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：如东晓峰模具2扇总下倾角在12度时，覆盖距离在400米左右，现将如东晓峰模具2扇调成2°+10°后进行测试，模3干扰得到解决。复测结果如下：4、如东太行山路靠近嘉陵江路附近导频污染解决案例SINR覆盖图:RSRP覆盖图：问题分析：从邻区列表可以看出，该区域有5路信号覆盖，且RSRP强度相差在6db以内，存在严重导频污染现象，突出一路强导频就可以很好的解决问题。考虑由如东强生光电3扇为该区域主覆盖。应控制如东掘港南康河1扇和如东恒辉手套1扇在该区域的覆盖。如东掘港南康河1扇距离该区域约600米，查表一，远点应控制330米，通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：如东掘港南康河1扇总下倾角在10度时，600米左右的RSRP可以控制在-85dB以下。如东恒辉手套1扇距离该区域约500米，查表一，远点应控制280米，通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：如东恒辉手套1扇总下倾角在11度时，500米左右的RSRP可以控制在-85dB以下。方案及复测：现将如东掘港南康河1扇调成2°+8°，将如东恒辉手套1扇调成2°+9°。通过射频优化调整，问题区域的导频污染情况得道很好改善，复测结果如下：5、南通人民东路东部路段弱覆盖解决案例SINR覆盖图：RSRP覆盖图：问题分析：在该问题路段由于楼房的阻挡，导致崇川观音山万通城北2扇的信号无法有效覆盖该路段，建议由崇川教堂落地塔2扇覆盖该区域，崇川教堂落地塔2扇下倾角为2°+6°，远点为480米，覆盖距离为700米，现在需要崇川教堂落地塔2扇覆盖到1600米左右，通过查表一可知，远点应在2200米以上。方案及复测：通过凯瑟琳工具，或者由公式θ=90+β/2-180/3.14*ATAN(d/h)可以算出：崇川教堂塔2扇总下倾角在4度时，覆盖距离在2200米左右，现将崇川教堂2扇调成2°+2°后进行测试，弱覆盖得到解决。复测结果如下：六、总结如今郊区和农村有越来越多的LTE站点进行覆盖，但是新开通基站通常设置天线的机械下倾角为2度，电子下倾角为10度，在站间距达到1km或者2km时这样的设置显然不能满足覆盖要求。本文通过路测数据推导出LTE天线下倾角的设置与信号覆盖距离的