大傾角天線在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

黃亮

（中國聯(lián)通長沙分公司，長沙 410000）

1 概述

隨著WCDMA網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展，長期以來高站的過遠覆蓋問題一直困擾著我們。如何有效改善高站附近的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，切實提高用戶網(wǎng)絡(luò)感知，已成為分公司亟待解決的問題。為解決這一難題，本文創(chuàng)新性地提出采用大下傾角天線來抑制現(xiàn)網(wǎng)超高基站過遠覆蓋問題的新思路。

2 小區(qū)過遠覆蓋原因及影響分析

2.1 基站過遠覆蓋現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

基站站址間距、地形地物數(shù)據(jù)和基站天線掛高、方向角、傾角、發(fā)射功率等參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中重要的參考因素。由于對規(guī)劃站點周邊的地理環(huán)境不熟悉，進行的一些不合理的規(guī)劃設(shè)計，如天線選型錯誤，很可能會造成信號過遠覆蓋的問題。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，無線環(huán)境越來越復(fù)雜，扇區(qū)間干擾，因過遠覆蓋導(dǎo)致的導(dǎo)頻污染問題也會隨之增加。另外在日常優(yōu)化中，天線傾角調(diào)整是較為常用的手段，如果對天線性能不了解而調(diào)整過度，會造成天線波瓣變形，導(dǎo)致過遠覆蓋。同時，在密集城區(qū)內(nèi)，由于建站條件限制較多，會出現(xiàn)超高基站和超低基站的情況，導(dǎo)頻信號越區(qū)覆蓋的情況也隨之出現(xiàn)。

2.2 過遠覆蓋基站對網(wǎng)絡(luò)的影響

對于基站越區(qū)覆蓋的4個特性和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，我們進行了以下具體分析。

2.2.1 孤島效應(yīng)

基站的越區(qū)覆蓋，會造成切換錯誤，進而產(chǎn)生大量的切換失敗，最終由于無法切換導(dǎo)致掉話。例如小區(qū)A越區(qū)覆蓋在小區(qū)B中，而在小區(qū)B的鄰區(qū)列表中未添加小區(qū)A，那么用戶占用小區(qū)A中后，在其移動過程中或者小區(qū)A信號突然變?nèi)鯐r，因無法切換至信號良好的小區(qū)B，最終在小區(qū)A不可用時，將發(fā)生切換失敗直至掉話。

2.2.2 計費不準(zhǔn)

因市場競爭激烈，通信運營商制定出了種類繁多的資費套餐，小區(qū)基站號是計費系統(tǒng)中重要的計算依據(jù)。比如在某個校園內(nèi)出現(xiàn)一個非校園內(nèi)基站計費內(nèi)的小區(qū)，勢必會造成計費錯誤，造成用戶投訴。

2.2.3 基站擁塞

由于基站的越區(qū)覆蓋、覆蓋范圍和區(qū)域較原規(guī)劃區(qū)域要大，那么基站所吸收話務(wù)將比預(yù)計要高，導(dǎo)致小區(qū)信道擁塞、掉話率升高和切換成功率降低，用戶會出現(xiàn)接入較慢甚至無法接入，影響用戶正常使用。

2.2.4 前反向鏈路不平衡

越區(qū)覆蓋會導(dǎo)致基站小區(qū)前反向鏈路不平衡，明顯的感知結(jié)果是終端顯示信號很強，但是無法正常通話，主叫能正常撥號，但撥號后無反應(yīng)，被叫能振鈴，但是無法通話，因此過遠覆蓋的小區(qū)是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中需要重點解決的問題。

3 小區(qū)過遠覆蓋的解決方法

（1）功率調(diào)整。此方案是將扇區(qū)導(dǎo)頻功率下調(diào)，達到控制信號覆蓋距離的目的，但對于超高站點，效果并不理想。

（2）下壓天線。通過下壓天線的俯仰角，達到控制信號覆蓋距離的目的。普通的機械天線下傾角下壓不能超過8°，否則天線波束會嚴重變形。如果是普通的電調(diào)天線，下壓傾角可以副度更大，但普通電調(diào)天線的電傾一般只能調(diào)整至10°，對于超高基站仍顯不足，且對于上旁瓣的抑制效果不理想，會造成在機械傾角加電調(diào)傾角的聯(lián)合作用下上旁瓣帶來一些非預(yù)期的覆蓋，特別是超高基站場景，這種由上旁瓣導(dǎo)致的過遠覆蓋較為明顯。

（3）搬遷基站。通過將整站搬遷至附近其它地點，以達到降低天線高度的目的。此種方法成本過高，且在城區(qū)站址資源非常緊張，無太多替代站址選擇。

（4）安裝大下傾角天線。大下傾角天線是基于現(xiàn)有電調(diào)天線技術(shù)進行進一步的優(yōu)化和結(jié)合而成的新產(chǎn)品，其電下傾角可實現(xiàn)6°～26°大范圍調(diào)整，并且此種天線帶有上旁瓣抑制功能，真正實現(xiàn)了對信號過遠覆蓋問題的有效解決，是解決城區(qū)超高基站過遠覆蓋的理想方案。

4 大下傾角天線的技術(shù)特點

4.1 大下傾角技術(shù)的實現(xiàn)

（1） 通過對饋電網(wǎng)絡(luò)線纜的長度及電流的靜態(tài)配置，實現(xiàn)6°范圍的內(nèi)置下傾角。

（2）通過高精度移相器技術(shù)，實現(xiàn)10°～26°范圍的可調(diào)下傾角。

4.2 上旁瓣抑制技術(shù)的實現(xiàn)

4.2.1 上旁瓣的影響

基站天線除了主瓣以外還有旁瓣，也稱副瓣，由于其會對覆蓋產(chǎn)生嚴重的干擾，所以必須通過技術(shù)手段將其抑制。業(yè)內(nèi)對上旁瓣抑制的標(biāo)準(zhǔn)為小于-16 dB，即以天線最大增益為基準(zhǔn)點（歸一化為0 dB），上旁瓣必須小于最大增益點16 dB以上，越小越好。

4.2.2 上旁瓣抑制理論仿真分析

無賦形的方向圖不利于覆蓋，一般的基站天線都需要對垂直面方向圖進行賦形，通過公式1可以看出想得到高副瓣抑制的方向圖，必須使用不同的單元方向圖或不同的激勵。如果采用不同的單元方向圖需要開發(fā)不同的振子，而振子的研發(fā)周期太長（一般需要1年以上），故采用不同的振子不現(xiàn)實。

剩下的選擇就是采用不同的激勵或者采用不同的邊界條件獲得不同的單元方向圖，進而對方向圖賦形，達到副瓣抑制的效果。目前設(shè)計天線通常采用這種方式進行對方向圖賦型，而采用此類方式，一般可以對上旁瓣抑制達到約16 dB以上。因此，天線賦形是對上旁瓣抑制的關(guān)鍵所在，目前增益達到15 dBi以上的天線均為賦形天線。天線賦形前后，垂直波瓣對比情況如圖2所示。

圖1 無賦形的垂直面方向圖

圖2 測試數(shù)據(jù)圖形對比

圖2為在暗室測試天線在0°下傾賦形前后的各方向波瓣的變化情況，黑色為賦形前的波瓣情況，藍色為賦形后的波瓣情況，可以發(fā)現(xiàn)天線賦形后，對上旁瓣的抑制非常明顯，且并非只針對第一旁瓣。

5 應(yīng)用與效果

紅星水庫基站是典型的超高站，站高100 m，該站使用的天線為多年前安裝的普通電調(diào)天線，目前下傾已調(diào)至18°，仍存在嚴重越區(qū)情況，從MR分析，大量用戶在距該小區(qū)2～3 km的區(qū)域內(nèi)，仍使用該扇區(qū)信號接入。更換大下傾角天線后（天線性能對比見表1所示），MR分析接入距離明顯下降，見圖3所示，道路實測站下覆蓋明顯增強。

圖3為天線換裝前后基于MR的用戶接入分布對比情況，可以看出天線換裝后，從1 600～6 000 m各區(qū)間的用戶接入數(shù)均有明顯下降。

表1 天線性對比

在有效覆蓋范圍內(nèi)，大下傾角天線優(yōu)異性能得到完美體現(xiàn)，通過上旁瓣抑制和零點填充，覆蓋距離明現(xiàn)縮短，站下覆蓋強度明顯提升。

6 結(jié)束語

長期以來，高站的過遠覆蓋問題一直困擾著我們。不可否認高站對于廣覆蓋和密集安置小區(qū)的有效穿透覆蓋效果無可比擬，但同時所帶來的過遠覆蓋、干擾等問題讓優(yōu)化人員痛并快樂著。調(diào)參數(shù)、降功率、壓天線一切手段用盡，也無法解決，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的到來，更是“談高色變”。通過對紅星水庫基站3扇區(qū)換裝大下傾角天線，該扇區(qū)過遠覆蓋情況得到明顯改善，由此案例可以充分證明大下傾角天線是抑制高站過遠覆蓋問題的利器，它實現(xiàn)了對高站和超高站的救贖，為實現(xiàn)精準(zhǔn)優(yōu)化和進一步提升無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提供了可靠手段。

圖3 天線換裝前后基于MR的用戶接入分布對比圖

后續(xù)需關(guān)注兩類問題：

（1）從運維成本角度出發(fā)，對需要換裝天線的基站，應(yīng)充分考慮3G/4G兩個網(wǎng)絡(luò)的需求。即對3G/4G均需要換裝大下傾角天線的基站應(yīng)考慮使用饋線端口為4端口的天線。

（2）目前對于網(wǎng)絡(luò)信號小區(qū)深度覆蓋的要求越來越高，我們可以利用此次機會，提出新的需求，要求天線廠商提供在大下傾角功能的基礎(chǔ)上再增加窄波瓣高增益功能的天線。如果能使用此種天線，不但能有效抑制高站信號覆蓋過遠的問題，還能加強網(wǎng)絡(luò)信號的穿透能力。另外，相較于單純的大下傾角天線，大下傾角窄波瓣高增益天線能有更強的天線波瓣抑制能力，可謂一舉兩得。