基于現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的天線俯仰角預(yù)規(guī)劃算法研究

摘? 要：文章通過(guò)對(duì)電磁波理論和不同類型天線方向圖進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合移動(dòng)通信網(wǎng)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，相互驗(yàn)證，形成了基站天線俯仰角預(yù)規(guī)劃算法，經(jīng)過(guò)分析調(diào)整的簡(jiǎn)易算法可以較好地完成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期大規(guī)?；咎炀€俯仰角的初步設(shè)定，避免了直接繼承現(xiàn)網(wǎng)工程參數(shù)與新天線不匹配的問(wèn)題，可以為覆蓋仿真工具提供初步的俯仰角設(shè)定值，降低天線調(diào)整工作量，也可以為現(xiàn)場(chǎng)勘察人員提供較為準(zhǔn)確的參考值，以達(dá)到快速、精確完成規(guī)劃設(shè)計(jì)的目的。

關(guān)鍵詞：天線;俯仰角;預(yù)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TN929.5;TN02 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）06-0065-04

Abstract：In this paper，through the comparative analysis of electromagnetic wave theory and different types of antenna pattern，combined with the measured data in the mobile communication network，mutual verification，a simple algorithm of base station antenna pitch angle pre-planning is formed. The simple algorithm after analysis and adjustment can better complete the initial setting of the pitch angle of the large-scale base station antenna in the initial stage of mobile communication network planning，avoid the problem of directly inheriting the existing network engineering parameters and mismatching the new antenna，and can provide the preliminary pitch angle setting value for the coverage simulation tool，reduce the workload of antenna adjustment，and also provide more accurate for the field investigators Reference value，in order to achieve rapid and accurate completion of planning and design purposes.

Keywords：antenna;pitch angle;pre-planning

0? 引? 言

天線俯仰角是工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要參數(shù)，其設(shè)置合理與否會(huì)很大地影響網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平、干擾程度。天線俯仰角的確定涉及到基站密度、天線掛高、天線型號(hào)、基站環(huán)境等多種因素，現(xiàn)場(chǎng)勘查階段準(zhǔn)確設(shè)定的難度比較高。如天線俯仰角設(shè)置不合理，在工程優(yōu)化階段就會(huì)產(chǎn)生大量的天線調(diào)整工作量，影響工程的快速完工。

在4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模建設(shè)完成的前提下，我們有機(jī)會(huì)使用現(xiàn)網(wǎng)的工程參數(shù)作為參考，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際的算法，對(duì)天線俯仰角進(jìn)行預(yù)規(guī)劃。通過(guò)為現(xiàn)場(chǎng)勘查人員提供俯仰角預(yù)規(guī)劃值，使勘查人員只進(jìn)行小幅修正，就能夠較為準(zhǔn)確地設(shè)定天線俯仰角。

本論文通過(guò)在預(yù)規(guī)劃工具的理論算法上增加修正值，盡可能使勘察之前的預(yù)規(guī)劃數(shù)據(jù)接近網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，為勘查人員提供依據(jù)，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率。

1? 天線下俯仰角對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響及預(yù)規(guī)劃方法

1.1? 天線俯仰角對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

天線的俯仰角從功能上可大致分為兩種：機(jī)械傾角、電子傾角。

機(jī)械傾角是通過(guò)調(diào)整天線抱箍上的擺臂裝置，使天線整體傾斜，從而達(dá)到調(diào)整的目的。而電子傾角則是改變振子的激勵(lì)系數(shù)（幅度、相位）實(shí)現(xiàn)波束下傾。

從圖1可以看出，電子下傾由于調(diào)整了各個(gè)振子的激勵(lì)系數(shù)，可以整體改變天線的方向圖，因此覆蓋落地后各個(gè)方向的信號(hào)均會(huì)有所收縮，在水平面上的方向圖變化不大。而機(jī)械傾角由于未調(diào)整天線方向圖特征，調(diào)整后會(huì)導(dǎo)致水平面上的方向圖橫向擴(kuò)展，加大了對(duì)兩側(cè)的干擾。

因此，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，必須統(tǒng)籌考慮上述兩種傾角的組合使用，在控制覆蓋范圍、加強(qiáng)覆蓋目標(biāo)區(qū)域強(qiáng)度的同時(shí)，減少對(duì)周邊基站的干擾。

1.2? 天線俯仰角預(yù)規(guī)劃方法

圖2是天線俯仰角的預(yù)規(guī)劃方法示意圖。該方法通過(guò)基站覆蓋距離、天線掛高、天線垂直半功率角三項(xiàng)參數(shù)，確定了天線俯仰角需要設(shè)定的值。

根據(jù)基站所處位置的差別，天線俯仰角計(jì)算的方式也有所區(qū)別。

在城區(qū)區(qū)域，由于基站密度較高，為避免越區(qū)覆蓋、控制干擾，一般采用垂直半功率角上沿對(duì)準(zhǔn)覆蓋區(qū)域邊緣的方式進(jìn)行設(shè)置。而在鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，由于基站間距較大，互干擾情況并不嚴(yán)重，為增強(qiáng)覆蓋，提高小區(qū)邊緣覆蓋能力，一般采用天線正面法線對(duì)準(zhǔn)覆蓋區(qū)域邊緣的方式。

兩種方式的計(jì)算公式如下：

通過(guò)上述方法確定的天線俯仰角，再與現(xiàn)網(wǎng)各基站工參進(jìn)行擬合，從而獲得最終的下傾角預(yù)測(cè)算法。

2? 天線俯仰角設(shè)置算法

本文通過(guò)上述理論算法，獲得了兩個(gè)市州的全網(wǎng)基站下傾角預(yù)測(cè)值，通過(guò)對(duì)比、擬合，最終獲得兩個(gè)市州、不同區(qū)域的預(yù)測(cè)算法。

2.1? 理論預(yù)測(cè)方法與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比

理論預(yù)測(cè)與現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，以直接差值作比較，以確定預(yù)測(cè)與實(shí)際的差距。同時(shí)統(tǒng)計(jì)差值的偏離度分布，為后續(xù)數(shù)據(jù)調(diào)整做好準(zhǔn)備。

兩個(gè)市州分區(qū)域的預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

對(duì)比值如圖3、圖4所示，使用理論預(yù)測(cè)的俯仰角數(shù)值，普遍比現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)值要小一些，且主要分布在-6°～-3°之間。同時(shí)，兩個(gè)市州、不同區(qū)域內(nèi)的偏離值也存在一定的差距。這些均需要通過(guò)參數(shù)擬合的方式，進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整，以保證預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2? 調(diào)整后預(yù)測(cè)值與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)各市州分區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、對(duì)比，最終確認(rèn)修正參數(shù)如表2所示。

通過(guò)增加上述修正值，各市州新的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

通過(guò)圖5、圖6對(duì)比可以看出，增加了修正參數(shù)的預(yù)測(cè)值明顯集中在了±2°之內(nèi)的區(qū)域，相對(duì)理論預(yù)測(cè)有了很大的提升。從表4的數(shù)據(jù)也能看出。

修正后的預(yù)測(cè)值能夠保證大部分區(qū)域的預(yù)測(cè)值有60%以上在±2°之內(nèi)，比較純理論計(jì)算值有30%的提高。

3? 結(jié)? 論

通過(guò)與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使用增加修正參數(shù)的方法，使俯仰角預(yù)測(cè)工具能夠在一定程度上滿足預(yù)規(guī)劃參數(shù)設(shè)定的需要，較好地改善了理論算法與現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化后數(shù)據(jù)的偏差，使預(yù)規(guī)劃工具能夠更好地提高規(guī)劃初期俯仰角預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

但由于現(xiàn)實(shí)無(wú)線傳播環(huán)境的多變性、復(fù)雜性，仍有1/4左右的小區(qū)預(yù)測(cè)值偏差超過(guò)3°。在設(shè)計(jì)階段，還需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查→明確周邊基站信息→確認(rèn)覆蓋目標(biāo)等方式及流程，確定預(yù)測(cè)俯仰角是否滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查工作進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，在市區(qū)、縣城等密集區(qū)域，建議使用仿真軟件進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，確保俯仰角設(shè)置能夠滿足網(wǎng)絡(luò)干擾、越區(qū)覆蓋等方面的要求，在工程建設(shè)之前再次進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

任何工具均只能作為輔助設(shè)計(jì)工具，現(xiàn)場(chǎng)勘查信息的準(zhǔn)確性、詳實(shí)度，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的理解和了解，這些方面所帶來(lái)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，是任何工具都無(wú)法彌補(bǔ)的。同時(shí)，準(zhǔn)確的現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是本預(yù)規(guī)劃工具所不可缺少的基石。

后續(xù)，我們還需要對(duì)工具中的算法進(jìn)行優(yōu)化，在不大幅提高復(fù)雜度和計(jì)算時(shí)間的前提下，盡可能使預(yù)測(cè)值能夠向0°偏離值附近集中，為設(shè)計(jì)勘察工作提供更加準(zhǔn)確的參考值，提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

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作者簡(jiǎn)介：趙棟（1980-），男，漢族，河南洛寧人，移動(dòng)通信規(guī)劃咨詢專家，工程師，工程碩士，主要研究方向：移動(dòng)通信領(lǐng)域5G、4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及新技術(shù)應(yīng)用。