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對天線下傾角和方位角調整進行網絡優化

2013-03-11 來源:微波射頻網 字號:
天線下傾角和方位角的調整是網絡優化中的一個非常重要的事情。根據理想的蜂窩移動通信模型,一個小區的交界處,這樣信號相對互補。與此相對應,在現行的GSM系統(主要指ERICSSON設備)中,定向站一般被分為三個小區,即:
  A小區:方向角度0度,天線指向正北;
  B小區:方向角度120度,天線指向東南;
  C小區:方向角度240度,天線指向西南
  在GSM建設及規劃中,我們一般嚴格按照上述的規定對天線的方位角進行安裝及調整,這也是天線安裝的重要標準之一,如果方位角設置與之存在偏差,則易導致基站的實際覆蓋與所設計的不相符,導致基站的覆蓋范圍不合理,從而導致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾
天線的覆蓋范圍主要取決于天線高度、下傾、天線增益、天線口功率、無線鏈路等因素。
一般網絡規劃對市區可按照:
(a) 繁華商業區;
(b) 賓館、寫字樓、娛樂場所集中區;
(c) 經濟技術開發區、住宅區;
(d)工業區及文教區;等進行分類。
一般來說:
(a)(b)類地區應設最大配置的定向基站,如8/8/8站型,站間距在0.6~1.6km;
(c) 類地區也應設較大配置的定向基站,如6/6/6站型或4/4/4站型,基站站間距取1.6~3km;
(d) 類地區一般可設小規模定向基站,如2/2/2站型,站間距為3~5km;若基站位于城市邊緣或近郊區,且站間距在5km以上,可設以全向基站。
上幾類地區內都按用戶均勻分布要求設站。郊縣和主要公路、鐵路覆蓋一般可設全向或二小區基站,站間距離5km-20km左右。
覆蓋的目的就是為了給客戶帶來更好無線業務服務,不過還需要注意幾個方面:
1、看覆蓋環境,不同的地區采用不同下傾方式和天線掛高;
2、看天線類型、參數,是否帶電傾角,看天線參數以及其方向圖進行評估;
3、實地CQT測試,更加貼近用戶的方式。
天線高度的調整
天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關。一般來說,我們用儀器測得的信號覆蓋范圍受兩方向因素影響:
一是天線所發直射波所能達到的最遠距離;
二是到達該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。
900MHz移動通信是近地表面視線通信,天線所發直射波所能達到的最遠距離(S)直接與收發信天線的高度有關,具體關系式可簡化如下:
  S=2R(H+h)
  其中:R-地球半徑,約為6370km;
  H-基站天線的中心點高度;
  h-手機或測試儀表的天線高度。
  由此可見,基站無線信號所能達到的最遠距離(即基站的覆蓋范圍)是由天線高度決定的。
GSM網絡在建設初期,站點較少,為了保證覆蓋,基站天線一般架設得都較高。隨著近幾年移動通信的迅速發展,基站站點大量增多,在市區已經達到大約500m左右為一個站。
在這種情況下,我們必須減小基站的覆蓋范圍,降低天線的高度,否則會嚴重影響我們
的網絡質量。其影響主要有以下幾個方面:
  a. 話務不均衡。基站天線過高,會造成該基站的覆蓋范圍過大,從而造成該基站的話務量很大,而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且被該基站覆蓋,話務量較小,不能發揮應有作用,導致話務不均衡。
  b. 系統內干擾。基站天線過高,會造成越站無線干擾(主要包括同頻干擾及鄰頻干擾),引起掉話、串話和有較大雜音等現象,從而導致整個無線通信網絡的質量下降。
   c. 孤島效應。孤島效應是基站覆蓋性問題,當基站覆蓋在大型水面或多山地區等特殊地形時,由于水面或山峰的反射,使基站在原覆蓋范圍不變的基礎上,在很遠處出現"飛地",而與之有切換關系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到,這樣就造成"飛地"與相鄰基站之間沒有切換關系,"飛地"因此成為一個孤島,當手機占用上"飛地"覆蓋區的信號時,很容易因沒有切換關系而引起掉話。
  電子下傾角與物理下傾角作用是一樣的,就是控制天線主瓣的覆蓋范圍。電子的優點是下傾后旁瓣不會擴展太多。判斷是否需要下傾角主要還是根據預測的主瓣覆蓋距離和天線高度進行計算。這種計算是一種繁瑣的計算過程,其實目前有很多天線覆蓋計算軟件,不過原理都是基于下面的思想:
公式 B=arctg(H/R)+A/2,
天線高度H,
所希望得到的覆蓋半徑R,
天線垂直平面的半功率角A,
B就是天線的傾角。
該算法是以天線垂直波瓣的外邊界作為覆蓋的,也可以根據主瓣方向作邊界,你可以根據三角形公式自行推算
DC= H/tan(a-HPBW/2)
轉換過來就是:
a=arctan(H/DC)+HPBW/2;
根據覆蓋公式:
下傾角=Atan(天線高度h/覆蓋距離)*180/Pi+V-HPBW/2+經驗修正值,在鄉村修正值為0、市區為1、基站密集區為2
具體說明
天線所發直射波所能達到的最遠距離(S)直接與收發信天線的高度有關,具體關系式可簡化如下:
  S=2R(H+h)
  其中:R-地球半徑,約為6370km;s
  H-基站天線的中心點高度;
  h-手機或測試儀表的天線高度
  由此可見,基站無線信號所能達到的最遠距離(即基站的覆蓋范圍)是由天線高度決定的。
天線下傾角的調整
    天線俯仰角的調整是網絡優化中的一個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角可以使天線至本小區邊界的射線與天線至受干擾小區邊界的射線之間處于天線垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分,從而使受干擾小區的同頻及鄰頻干擾減至最小;另外,選擇合適的覆蓋范圍,使基站實際覆蓋范圍與預期的設計范圍相同,同時加強本覆蓋區的信號強度。
  在目前的移動通信網絡中,由于基站的站點的增多,使得我們在設計市區基站的時候,一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右,而根據移動通信天線的特性,如果不使天線有一定的俯仰角(或俯仰角偏小)的話,則基站的覆蓋范圍是會遠遠大于500M的,如此則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏大,從而導致小區與小區之間交叉覆蓋,相鄰切換關系混亂,系統內頻率干擾嚴重;另一方面,如果天線的俯仰角偏大,則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏小,導致小區之間的信號盲區或弱區,同時易導致天線方向圖形狀的變化(如從鴨梨形變為紡錘形),從而造成嚴重的系統內干擾。因此,合理設置俯仰角是保證整個移動通信網絡質量的基本保證。
     一般來說,俯仰角的大小可以由以下公式推算:
  θ=arctg(h/R)+A/2
  其中:θ--天線的俯仰角
  h--天線的高度
  R--小區的覆蓋半徑
  A-天線的垂直平面半功率角
    上式是將天線的主瓣方向對準小區邊緣時得出的,在實際的調整工作中,一般在由此得出的俯仰角角度的基礎上再加上1-2度,使信號更有效地覆蓋在本小區之內。
鏈路損耗計算:
  基站的選址和布局直接影響到整個系統的服務質量情況。因此,根據合適的傳播模型及路徑損耗,可以計算出基站的覆蓋半徑
  在過去的基站覆蓋半徑計算中,典型的傳播模型是Hata城市傳播模型。Hata模型如(1)式表述:
  Hata城市傳輸模型:
  L=46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d)+Cm……(1)
  其中,L為最大路徑損耗(dB);
  f為載波頻率(MHz);
  Hb為天線高度(米);
  d為到基站的距離(千米)。
  中等規模城市或市郊中心,樹木的稀疏程度中等時:Cm=0,
  大城市市區中心:Cm=3。1fkjhfK:JFD
針對3G系統,3G組織也特別推薦了一個模型,該傳播模型如下:
  3G傳輸模型:
  L=40(1-0.004Hb)log(d)-18log(Hb)+21log(f)+80 ……(2
  其中,各參數的意義同(1)式
  在WCDMA中,當f=2000MHz時,則上述兩式簡化為:
  Hata城市傳播模型
  L=161.17-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d) ……(3)
  3G傳播模型:
  L=149.32-18log(Hb)+40(1-0.004Hb)log(d) ……(4)
    電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位,改變垂直分量和水平分量的幅值大小,改變合成分量場強強度,從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小,保證在改變傾角后天線方向圖變化不大,使主瓣方向覆蓋距離縮短,同時又使整個方向性圖在服務小區扇區內減小覆蓋面積但又不產生干擾。實踐證明,電調天線下傾角度在1°-5°變化時,其天線方向圖與機械天線的大致相同;當下傾角度在5°-10°變化時,其天線方向圖較機械天線的稍有改善;當下傾角度在10°-15°變化時,其天線方向圖較機械天線的變化較大;當機械天線下傾15°后,其天線方向圖較機械天線的明顯不同,這時天線方向圖形狀改變不大,主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,整個天線方向圖都在本基站扇區內,增加下傾角度,可以使扇區覆蓋面積縮小,但不產生干擾,這樣的方向圖是我們需要的,因此采用電調天線能夠降低呼損,減小干擾。
常用的有內置電機和外置電機兩種驅動方式。一般有手動和遙控調節。
內置電調,是已經改變了功率分配,出廠前就有幾度的下傾。
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