大張角射燈天線在小區(qū)深度覆蓋場景中的應(yīng)用分析

趙佳春

（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

伴隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線基站隨處可見，公眾對基站建設(shè)敏感程度也越來越高，基站選址越來越困難，大中城市居民樓密集的住宅小區(qū)存在大量弱覆蓋區(qū)域，小區(qū)室內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差、弱覆蓋等問題突出。傳統(tǒng)室分天線即使布放到入戶門口，但因北方城市墻體厚、穿透損耗大的原因，室內(nèi)信號(hào)覆蓋達(dá)不到滿意效果。目前的高層樓宇常用傳統(tǒng)射燈天線、AAU、小站等方式進(jìn)行覆蓋，信源使用多，導(dǎo)致投資造價(jià)高、高層導(dǎo)頻污染、越區(qū)覆蓋等問題。大張角射燈天線相比普通射燈天線，垂直半功率角65°，更適合高層住宅小區(qū)垂直方向覆蓋，水平半功率角25°更有利于控制覆蓋范圍，減少信號(hào)泄露，為后續(xù)優(yōu)化工作提供便利。針對高層小區(qū)（樓高、寬度窄）的特點(diǎn)，大張角射燈天線的應(yīng)用能為4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提升提供解決方案。

2 大張角射燈天線參數(shù)

大張角射燈天線和普通射燈天線參數(shù)對比見表1。

表1 大張角射燈天線和普通射燈天線參數(shù)對比[1-2]

大張角射燈天線的特點(diǎn)更適合提升高層住宅小區(qū)的覆蓋效果，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為（圖1）：

圖1 大張角射燈天線相對普通天線覆蓋能力對比示意圖

（1）大張角射燈天線：垂直波瓣角65°，垂直方向覆蓋距離更大，水平波瓣角25°覆蓋面積集中且容易控制。

（2）普通射燈天線：垂直波瓣角30°，一副天線僅能覆蓋約10～15層高樓宇，水平波瓣約65°，室分信號(hào)泄露不易控制。

3 鏈路預(yù)算

根據(jù)COST 231-Hata模型估算住宅小區(qū)場景最大鏈路損耗，模型的適用條件[3]：

使用頻段f：1500～2000MHz；

基站天線有效高度hb為30～200米；

移動(dòng)臺(tái)天線高度hm為1～10米；

通信距離為1～20km；

傳播損耗公式：

其中：d的單位為km，f的單位為MHz；hb、hm為基站、移動(dòng)臺(tái)天線有效高度，單位為米；基站天線有效高度計(jì)算：設(shè)基站天線離地面的高度為hs，基站地面的海拔高度為hg，移動(dòng)臺(tái)天線離地面的高度為hm，移動(dòng)臺(tái)所在位置的地面海拔高度為hmg。則基站天線的有效高度hb=hs+hg-hmg，移動(dòng)臺(tái)天線的有效高度為hm。

a(hm)——移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子

Cm——城市修正因子

鏈路預(yù)算考慮25dB的穿透損耗（1堵墻），住宅小區(qū)采用1800M頻段覆蓋，天線掛高100米，計(jì)算得室外站覆蓋半徑130米。

一副大張角射燈天線理論上可覆蓋高度為30層（100米）左右，設(shè)計(jì)建議覆蓋樓層25～35層為宜，主要增強(qiáng)中上層的場強(qiáng)強(qiáng)度，如樓層過高會(huì)造成入射角過大，而影響覆蓋效果。若覆蓋的樓宇間距為50米左右，則覆蓋的水平寬度約25～30米（圖2，圖3）[4]。

圖2 大張角天線覆蓋能力分析示意圖

圖3 大張角天線覆蓋能力模擬仿真

表3為不同樓宇層數(shù)對應(yīng)的天線覆蓋半徑及極限樓間距。

表3 不同樓宇層數(shù)對應(yīng)的天線覆蓋半徑及極限樓間距

4 大張角射燈天線覆蓋案例

（1）垂直方向

樓間距在40～70米之間的樓宇，采用樓頂抱桿安裝大張角射燈天線對打方式覆蓋；樓間距大于70米或不具備對打條件的樓宇，利用周邊樓面資源安裝天線對打覆蓋，或在小區(qū)內(nèi)部采用燈桿安裝大張角天線向上覆蓋（圖4）。

圖4 高層樓宇小區(qū)覆蓋方案

表2 最大路徑損耗

（2）水平方向

水平方向上，天線布放數(shù)量應(yīng)根據(jù)天線參數(shù)、輸出功率、樓體寬度、樓間距等綜合考慮。

單副天線水平覆蓋寬度=（樓間距/cot下傾角）*tan（水平半功率角/2）*2

樓間距：30～70米；

下傾角：0～45°

水平半功率角：25°

寬度40米（1～2個(gè)單元）的樓宇，樓間距30～50米時(shí)，一般設(shè)置2副天線；樓間距50米以上時(shí)，一般設(shè)置1副天線。

寬度60米（2～3個(gè)單元）的樓宇，樓間距30米時(shí)，一般設(shè)置4副天線；樓間距40米時(shí)，一般設(shè)置3副天線，樓間距50～70米時(shí)，一般設(shè)置2副天線（表4）。

表4 天線覆蓋能力

（3）縱深方向

縱深方向上，對于厚度15～20米的薄板樓，可在一側(cè)安裝天線進(jìn)行覆蓋；對于厚度20米以上的板樓，應(yīng)分別在樓宇前后兩側(cè)安裝天線進(jìn)行覆蓋。

5 大張角射燈天線覆蓋測試

某電信運(yùn)營商改善東鴻藝境小區(qū)三期覆蓋，東鴻藝境小區(qū)三期共8棟33層板式高層，樓間距70米，適合采用大張角射燈天線建設(shè)方案（圖5）。

圖5 大張角天線安裝位置圖

表5 樓內(nèi)走廊測試

圖7 小區(qū)內(nèi)SINR測試圖

根據(jù)圖6、7的測試結(jié)果顯示，RSRP均值-79.51dBm，SINR均值16.45，平均下載速率41.71Mbps，總體達(dá)到覆蓋要求。根據(jù)表6可知，引入大張角射燈天線方案后，平均RSRP比之前提升了約22%，平均SINR提升了超過1倍。

圖6 小區(qū)內(nèi)RSRP測試圖

表6 開通前后測試對比

6 結(jié)語

綜上所述，利用大張角射燈天線適合解決25～35層高層小區(qū)深度覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，提高用戶感知。同時(shí)在方案制定過程中需注意樓頂環(huán)境差異，RRU安裝位置到射燈天線之間的距離存在較大差異，為減少饋線損耗，一般建議RRU通過功分器外接射燈天線不超過兩個(gè)，同一覆蓋區(qū)域需要多個(gè)天線時(shí)，建議通過RRU小區(qū)合并等方式降低內(nèi)部干擾。

高層樓頂對打時(shí)，需要盡可能地將主瓣信號(hào)能量聚集在本小區(qū)內(nèi)，特別是沿街樓宇，減少高層信號(hào)對周邊區(qū)域可能造成的干擾，利用樓宇遮擋控制信號(hào)的覆蓋范圍。