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天线下倾角与方位角

2017/03/21 72
天线下倾角和方位角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。根据理想的蜂窝移动通信模型,一个小区的交界处,这样信号相对互补。与此相对应,在现行的GSM系统(主要指ERICSSON设备)中,定向站一般被分为三个小区,即:
  A小区:方向角度0度,天线指向正北;
  B小区:方向角度120度,天线指向东南;
  C小区:方向角度240度,天线指向西南
  在GSM建设及规划中,我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整,这也是天线安装的重要标准之一,如果方位角设置与之存在偏差,则易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符,导致基站的覆盖范围不合理,从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰
天线的覆盖范围主要取决于天线高度、下倾、天线增益、天线口功率、无线链路等因素。
一般网络规划对市区可按照:
(a) 繁华商业区;
(b) 宾馆、写字楼、娱乐场所集中区;
(c) 经济技术开发区、住宅区;
(d)工业区及文教区;等进行分类。
一般来说:
(a)(b)类地区应设最大配置的定向基站,如8/8/8站型,站间距在0.6~1.6km;
(c) 类地区也应设较大配置的定向基站,如6/6/6站型或4/4/4站型,基站站间距取1.6~3km;
(d) 类地区一般可设小规模定向基站,如2/2/2站型,站间距为3~5km;若基站位于城市边缘或近郊区,且站间距在5km以上,可设以全向基站。
上几类地区内都按用户均匀分布要求设站。郊县和主要公路、铁路覆盖一般可设全向或二小区基站,站间距离5km-20km左右。
覆盖的目的就是为了给客户带来更好无线业务服务,不过还需要注意几个方面:
1、看覆盖环境,不同的地区采用不同下倾方式和天线挂高;
2、看天线类型、参数,是否带电倾角,看天线参数以及其方向图进行评估;
3、实地CQT测试,更加贴近用户的方式。
天线高度的调整
天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说,我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响:
一是天线所发直射波所能达到的最远距离;
二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。
900MHz移动通信是近地表面视线通信,天线所发直射波所能达到的最远距离(S)直接与收发信天线的高度有关,具体关系式可简化如下:
  S=2R(H+h)
  其中:R-地球半径,约为6370km;
  H-基站天线的中心点高度;
  h-手机或测试仪表的天线高度。
  由此可见,基站无线信号所能达到的最远距离(即基站的覆盖范围)是由天线高度决定的。
GSM网络在建设初期,站点较少,为了保证覆盖,基站天线一般架设得都较高。随着近几年移动通信的迅速发展,基站站点大量增多,在市区已经达到大约500m左右为一个站。
在这种情况下,我们必须减小基站的覆盖范围,降低天线的高度,否则会严重影响我们
的网络质量。其影响主要有以下几个方面:
  a. 话务不均衡。基站天线过高,会造成该基站的覆盖范围过大,从而造成该基站的话务量很大,而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖,话务量较小,不能发挥应有作用,导致话务不均衡。
  b. 系统内干扰。基站天线过高,会造成越站无线干扰(主要包括同频干扰及邻频干扰),引起掉话、串话和有较大杂音等现象,从而导致整个无线通信网络的质量下降。
   c. 孤岛效应。孤岛效应是基站覆盖性问题,当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时,由于水面或山峰的反射,使基站在原覆盖范围不变的基础上,在很远处出现"飞地",而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到,这样就造成"飞地"与相邻基站之间没有切换关系,"飞地"因此成为一个孤岛,当手机占用上"飞地"覆盖区的信号时,很容易因没有切换关系而引起掉话。
  电子下倾角与物理下倾角作用是一样的,就是控制天线主瓣的覆盖范围。电子的优点是下倾后旁瓣不会扩展太多。判断是否需要下倾角主要还是根据预测的主瓣覆盖距离和天线高度进行计算。这种计算是一种繁琐的计算过程,其实目前有很多天线覆盖计算软件,不过原理都是基于下面的思想:
公式 B=arctg(H/R)+A/2,
天线高度H,
所希望得到的覆盖半径R,
天线垂直平面的半功率角A,
B就是天线的倾角。
该算法是以天线垂直波瓣的外边界作为覆盖的,也可以根据主瓣方向作边界,你可以根据三角形公式自行推算
DC= H/tan(a-HPBW/2)
转换过来就是:
a=arctan(H/DC)+HPBW/2;
根据覆盖公式:
下倾角=Atan(天线高度h/覆盖距离)*180/Pi+V-HPBW/2+经验修正值,在乡村修正值为0、市区为1、基站密集区为2
具体说明
天线所发直射波所能达到的最远距离(S)直接与收发信天线的高度有关,具体关系式可简化如下:
  S=2R(H+h)
  其中:R-地球半径,约为6370km;s
  H-基站天线的中心点高度;
  h-手机或测试仪表的天线高度
  由此可见,基站无线信号所能达到的最远距离(即基站的覆盖范围)是由天线高度决定的。
天线下倾角的调整
    天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分,从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小;另外,选择合适的覆盖范围,使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同,同时加强本覆盖区的信号强度。
  在目前的移动通信网络中,由于基站的站点的增多,使得我们在设计市区基站的时候,一般要求其覆盖范围大约为500M左右,而根据移动通信天线的特性,如果不使天线有一定的俯仰角(或俯仰角偏小)的话,则基站的覆盖范围是会远远大于500M的,如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大,从而导致小区与小区之间交叉覆盖,相邻切换关系混乱,系统内频率干扰严重;另一方面,如果天线的俯仰角偏大,则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小,导致小区之间的信号盲区或弱区,同时易导致天线方向图形状的变化(如从鸭梨形变为纺锤形),从而造成严重的系统内干扰。因此,合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。
     一般来说,俯仰角的大小可以由以下公式推算:
  θ=arctg(h/R)+A/2
  其中:θ--天线的俯仰角
  h--天线的高度
  R--小区的覆盖半径
  A-天线的垂直平面半功率角
    上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的,在实际的调整工作中,一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度,使信号更有效地覆盖在本小区之内。
链路损耗计算:
  基站的选址和布局直接影响到整个系统的服务质量情况。因此,根据合适的传播模型及路径损耗,可以计算出基站的覆盖半径
  在过去的基站覆盖半径计算中,典型的传播模型是Hata城市传播模型。Hata模型如(1)式表述:
  Hata城市传输模型:
  L=46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d)+Cm……(1)
  其中,L为最大路径损耗(dB);
  f为载波频率(MHz);
  Hb为天线高度(米);
  d为到基站的距离(千米)。
  中等规模城市或市郊中心,树木的稀疏程度中等时:Cm=0,
  大城市市区中心:Cm=3。1fkjhfK:JFD
针对3G系统,3G组织也特别推荐了一个模型,该传播模型如下:
  3G传输模型:
  L=40(1-0.004Hb)log(d)-18log(Hb)+21log(f)+80 ……(2
  其中,各参数的意义同(1)式
  在WCDMA中,当f=2000MHz时,则上述两式简化为:
  Hata城市传播模型
  L=161.17-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d) ……(3)
  3G传播模型:
  L=149.32-18log(Hb)+40(1-0.004Hb)log(d) ……(4)
    电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位,改变垂直分量和水平分量的幅值大小,改变合成分量场强强度,从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小,保证在改变倾角后天线方向图变化不大,使主瓣方向覆盖距离缩短,同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明,电调天线下倾角度在1°-5°变化时,其天线方向图与机械天线的大致相同;当下倾角度在5°-10°变化时,其天线方向图较机械天线的稍有改善;当下倾角度在10°-15°变化时,其天线方向图较机械天线的变化较大;当机械天线下倾15°后,其天线方向图较机械天线的明显不同,这时天线方向图形状改变不大,主瓣方向覆盖距离明显缩短,整个天线方向图都在本基站扇区内,增加下倾角度,可以使扇区覆盖面积缩小,但不产生干扰,这样的方向图是我们需要的,因此采用电调天线能够降低呼损,减小干扰。
常用的有内置电机和外置电机两种驱动方式。一般有手动和遥控调节。
内置电调,是已经改变了功率分配,出厂前就有几度的下倾。

 

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