天線基本知識(shí)及應(yīng)用

1、中國(guó)電信集團(tuán)公司C網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化培訓(xùn)材料天線基本知識(shí)及應(yīng)用廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2010年5月使用說(shuō)明一、 使用范圍本教材專門為中國(guó)電信集團(tuán)公司C網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員培訓(xùn)而開發(fā)，不作為規(guī)定教材。二、 組成本教材共一冊(cè)，包含的課程如下：² 天線的基礎(chǔ)知識(shí)² 天線的分類與選擇² 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線安裝規(guī)范 ² 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線參數(shù)調(diào)整² 鏈路及空間無(wú)線傳播損耗計(jì)算三、 版本演進(jìn)版本時(shí)間演進(jìn)內(nèi)容第一版2010年5月新編內(nèi)容提要： 移動(dòng)通信系統(tǒng)是有線與無(wú)線的綜合體，它是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在其覆蓋范圍內(nèi)，通過(guò)空中接口（無(wú)線）將移動(dòng)臺(tái)與基站聯(lián)系起來(lái)，并進(jìn)而與移動(dòng)交換機(jī)相聯(lián)系（有線

2、）的復(fù)合體。而在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，空間無(wú)線信號(hào)的發(fā)射和接收都是依靠移動(dòng)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，天線對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，起著一個(gè)舉足輕重的作用，如果天線的選擇（類型、位置）不好，或者天線的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，都會(huì)直接影響整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。尤其在基站數(shù)量多，站距小，載頻數(shù)量多的高話務(wù)量地區(qū)，天線選擇及參數(shù)設(shè)置是否合適，對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，覆蓋率、接通率及全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量都有很大影響。不同的地理環(huán)境，不同服務(wù)要求需要選用不同類型，不同規(guī)格的天線。天線調(diào)整在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中有很大的作用。 為了幫助大家對(duì)天線的知識(shí)有一定的了解以及在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，推出“天線基本知識(shí)及應(yīng)用”技術(shù)講座。目錄第一講

3、 天線的基礎(chǔ)知識(shí)51.2 天線的極化方式51.3 天線的增益61.4 天線的波瓣寬度61.5 前后比(Front-Back Ratio)7第二講 天線的分類與選擇92.1 全向天線92.2 定向天線92.3 機(jī)械天線92.4 電調(diào)天線102.5 雙極化天線11第三講 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線安裝規(guī)范13第四講 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線參數(shù)調(diào)整154.1 天線高度的調(diào)整154.2 天線俯仰角的調(diào)整164.3 天線方位角的調(diào)整174.4 天線位置的優(yōu)化調(diào)整18第五講 鏈路及空間無(wú)線傳播損耗計(jì)算225.1 鏈路預(yù)算225.2 各類損耗的確定255.3 無(wú)線傳播特性275.4 常用的兩種電波傳播模型295.5 參考覆

4、蓋標(biāo)準(zhǔn)32第一講 天線的基礎(chǔ)知識(shí)表征天線性能的主要參數(shù)有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。1.1 天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒(méi)有功率反射，饋線上沒(méi)有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個(gè)參數(shù)來(lái)衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個(gè)參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個(gè)純出于習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動(dòng)通信天線的輸入

5、阻抗為50。駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無(wú)窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無(wú)窮大表示全反射，完全失配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5，但實(shí)際應(yīng)用中VSWR應(yīng)小于1.2。過(guò)大的駐波比會(huì)減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能?；夭〒p耗：它是反射系數(shù)絕對(duì)值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無(wú)窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無(wú)窮大表示完全匹配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。1.2 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時(shí)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度方向。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電

6、波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號(hào)在貼近地面時(shí)會(huì)在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場(chǎng)信號(hào)迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號(hào)的有效傳播。 因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術(shù)的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設(shè)計(jì)思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-

7、45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時(shí)工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個(gè)小區(qū)的天線數(shù)量；同時(shí)由于±45°為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。）1.3 天線的增益天線增益是用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。 一般來(lái)說(shuō)，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要，因?yàn)樗鼪Q定蜂窩邊緣的信號(hào)電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個(gè)

8、雙向過(guò)程，增加天線的增益能同時(shí)減少雙向系統(tǒng)增益預(yù)算余量。另外，表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。dBi是相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對(duì)于對(duì)稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。1.4 天線的波瓣寬度波瓣寬度是定向天線常用的一個(gè)很重要的參數(shù)，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個(gè)方向收發(fā)信號(hào)能力的一個(gè)指標(biāo)，通常以圖形方式表示為功率強(qiáng)度與夾角的關(guān)系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對(duì)應(yīng)方向上的覆蓋半徑有關(guān)。因此，在一

9、定范圍內(nèi)通過(guò)對(duì)天線垂直度（俯仰角）的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的，這也是我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中經(jīng)常采用的一種手段。主要涉及兩個(gè)方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（HPlane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當(dāng)提高天線傾角時(shí)，也越容易發(fā)生波束畸變,形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動(dòng)程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對(duì)而言，不容易產(chǎn)生對(duì)其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應(yīng)當(dāng)采用水平平面

10、的半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（VPlane Half Power beamwidth）:（48°, 33°,15°,8°）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時(shí)信號(hào)衰減越快，在越容易通過(guò)調(diào)整天線傾角準(zhǔn)確控制覆蓋范圍。1.5 前后比(Front-Back Ratio) 表明了天線對(duì)后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在2530dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為30的天線。第二講 天線的分類與選擇移動(dòng)通信天線的技術(shù)發(fā)展很快，最

11、初中國(guó)主要使用普通的定向和全向型移動(dòng)天線，后來(lái)普遍使用機(jī)械天線，現(xiàn)在一些省市的移動(dòng)網(wǎng)已經(jīng)開始使用電調(diào)天線和雙極化移動(dòng)天線。由于目前移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率，增益和前后比等指標(biāo)差別不大，都符合網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求，我們將重點(diǎn)從移動(dòng)天線下傾角度改變對(duì)天線方向圖及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響方面，對(duì)上述幾種天線進(jìn)行分析比較。2.1 全向天線 全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說(shuō)的無(wú)方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用與郊縣大區(qū)制的站型，覆蓋范圍大。2.2 定向天線 定向天線，在在水平方向圖上表

12、現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說(shuō)的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于城區(qū)小區(qū)制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。根據(jù)組網(wǎng)的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站可根據(jù)需要選擇不同類型的天線。選擇的依據(jù)就是上述技術(shù)參數(shù)。比如全向站就是采用了各個(gè)水平方向增益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市區(qū)選擇水平波束寬度B為65°的天線，在郊區(qū)可選擇水平波束寬度B為65°、90°或120°的天線（按照站型配置和當(dāng)?shù)氐?/p>

13、理環(huán)境而定），而在鄉(xiāng)村選擇能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍覆蓋的全向天線則是最為經(jīng)濟(jì)的。2.3 機(jī)械天線 所謂機(jī)械天線，即指使用機(jī)械調(diào)整下傾角度的移動(dòng)天線。機(jī)械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，需要調(diào)整天線背面支架的位置改變天線的傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)。在調(diào)整過(guò)程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。實(shí)踐證明：機(jī)械天線的最佳下傾角度為1°5°；當(dāng)下傾角度在5°10°變化時(shí)，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時(shí)，其天線方向圖變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15°

14、后，天線方向圖形狀改變很大，從沒(méi)有下傾時(shí)的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時(shí)雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個(gè)天線方向圖不是都在本基站扇區(qū)內(nèi)，在相鄰基站扇區(qū)內(nèi)也會(huì)收到該基站的信號(hào)，從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。另外，在日常維護(hù)中，如果要調(diào)整機(jī)械天線下傾角度，整個(gè)系統(tǒng)要關(guān)機(jī)，不能在調(diào)整天線傾角的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；機(jī)械天線調(diào)整天線下傾角度非常麻煩，一般需要維護(hù)人員爬到天線安放處進(jìn)行調(diào)整；機(jī)械天線的下傾角度是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析軟件計(jì)算的理論值，同實(shí)際最佳下傾角度有一定的偏差；機(jī)械天線調(diào)整傾角的步進(jìn)度數(shù)為1°，三階互調(diào)指標(biāo)為-120dBc。2.4 電調(diào)天線 所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動(dòng)天線。

15、電子下傾的原理是通過(guò)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(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度同時(shí)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(shí)又使整個(gè)方向性圖在服務(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減小覆蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。實(shí)踐證明，電調(diào)天線下傾角度在1°-5°變化時(shí)，其天線方向圖與機(jī)械天線的大致相同；當(dāng)下傾角度在5°-10°變化時(shí)，其天線方向圖較機(jī)械天線的稍有改善；當(dāng)下傾角度在10°-15°變化時(shí)，其天線方向圖較機(jī)械天線的變化較大；當(dāng)機(jī)械天線下傾15°

16、后，其天線方向圖較機(jī)械天線的明顯不同，這時(shí)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(gè)天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)，增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產(chǎn)生干擾，這樣的方向圖是我們需要的，因此采用電調(diào)天線能夠降低呼損，減小干擾。 另外，電調(diào)天線允許系統(tǒng)在不停機(jī)的情況下對(duì)垂直方向性圖下傾角進(jìn)行調(diào)整，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整的效果，調(diào)整傾角的步進(jìn)精度也較高（為0.1°），因此可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；電調(diào)天線的三階互調(diào)指標(biāo)為-150dBc，較機(jī)械天線相差30dBc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。2.5 雙極化天線 雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，組合了+45°和-45°

17、兩副極化方向相互正交的天線并同時(shí)工作在收發(fā)雙工模式下，因此其最突出的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省單個(gè)定向基站的天線數(shù)量；一般GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)的定向基站（三扇區(qū)）要使用9根天線，每個(gè)扇形使用3根天線（空間分集，一發(fā)兩收），如果使用雙極化天線，每個(gè)扇形只需要1根天線；同時(shí)由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對(duì)天線間隔離度的要求（30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調(diào)天線的優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調(diào)天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。如果使

18、用雙極化天線，由于雙極化天線對(duì)架設(shè)安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節(jié)省基建投資，同時(shí)使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。對(duì)于天線的選擇，我們應(yīng)根據(jù)自己移動(dòng)網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)量，干擾和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等實(shí)際情況，選擇適合本地區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要的移動(dòng)天線：- 在基站密集的高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和電調(diào)天線；- 在邊、郊等話務(wù)量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的地區(qū)，可以使用傳統(tǒng)的機(jī)械天線。我國(guó)目前的移動(dòng)通信網(wǎng)在高話務(wù)密度區(qū)的呼損較高，干擾較大，其中一個(gè)重要原因是機(jī)械天線下傾角度過(guò)大，天線下傾角度過(guò)大，天線方向圖嚴(yán)重

19、變形。要解決高話務(wù)區(qū)的容量不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機(jī)械天線，下傾角度大于5°時(shí)，天線方向圖就開始變形，超過(guò)10°時(shí)，天線方向圖嚴(yán)重變形，因此采用機(jī)械天線，很難解決用戶高密度區(qū)呼損高、干擾大的問(wèn)題。因此建議在高話務(wù)密度區(qū)采用電調(diào)天線或雙極化天線替換機(jī)械天線，替換下來(lái)的機(jī)械天線可以安裝在農(nóng)村，郊區(qū)等話務(wù)密度低的地區(qū)。第三講 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線安裝規(guī)范 由于移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，目前全國(guó)許多地區(qū)存在多網(wǎng)并存的局面，即A、B、G三網(wǎng)并存，其中有些地區(qū)的G網(wǎng)還包括GSM9000和GSM1800。為充分利用資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，我們一般采用天線共塔的形式。這就涉及到天線

20、的正確安裝問(wèn)題，即如何安裝才能盡可能地減少天線之間的相互影響。在工程中我們一般用隔離度指標(biāo)來(lái)衡量，通常要求隔離度應(yīng)至少大于30dB，為滿足該要求，常采用使天線在垂直方向隔開或在水平方向隔開的方法，實(shí)踐證明，在天線間距相同時(shí)，垂直安裝比水平安裝能獲得更大的隔離度。總的來(lái)說(shuō)，天線的安裝應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）定向天線的塔側(cè)安裝：為減少天線鐵塔對(duì)天線方向性圖的影響，在安裝時(shí)應(yīng)注意：定向天線的中心至鐵塔的距離為/4或3/4時(shí)，可獲得塔外的最大方向性。（2）全向天線的塔側(cè)安裝：為減少天線鐵塔對(duì)天線方向性圖的影響，原則上天線鐵塔不能成為天線的反射器。因此在安裝中，天線總應(yīng)安裝于棱角上，且使天線與鐵塔任一

21、部位的最近距離大于。（3）多天線共塔：要盡量減少不同網(wǎng)收發(fā)信天線之間的耦合作用和相互影響，設(shè)法增大天線相互之間的隔離度，最好的辦法是增大相互之間的距離。天線共塔時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用垂直安裝。（4）對(duì)于傳統(tǒng)的單極化天線（垂直極化），由于天線之間（RX-TX,TX-TX）的隔離度（30dB）和空間分集技術(shù)的要求，要求天線之間有一定的水平和垂直間隔距離，一般垂直距離約為50cm，水平距離約為4.5m，這時(shí)必須增加基建投資，以擴(kuò)大安裝天線的平臺(tái)，而對(duì)于雙極化天線（±45°極化），由于±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度

22、滿足互調(diào)對(duì)天線間隔離度的要求（30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm，移動(dòng)基站可以不必興建鐵塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應(yīng)覆蓋方向固定在鐵柱上即可。小 結(jié)- 離開鐵塔平臺(tái)距離： >1M- 天線間距：- 同一小區(qū)分集接收天線： >3M- 全向天線水平間距： >4M- 定向天線水平間距： >2.5M- 不同平臺(tái)天線垂直間距： >1M- 收發(fā)天線除說(shuō)明書特別指明不可倒置安置。- 處于避雷針保護(hù)范圍內(nèi)。- 天線方位：對(duì)于定向天線，第一扇區(qū)北偏東60度，第二扇區(qū)正南方向，第三扇區(qū)北偏西60度。- 天線傾角：保證天線實(shí)際傾角符合SE

23、設(shè)計(jì)要求，誤差小于2度。- 天線垂直度：除有天線傾角的基站外，保證天線的垂直度不大于2度。第四講 移動(dòng)通信系統(tǒng)天線參數(shù)調(diào)整 4.1 天線高度的調(diào)整 天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，我們用儀器測(cè)得的信號(hào)覆蓋范圍受兩方向因素影響：一是天線所發(fā)直射波所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離；二是到達(dá)該地點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度足以為儀器所捕捉。900MHz移動(dòng)通信是近地表面視線通信，天線所發(fā)直射波所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離（S）直接與收發(fā)信天線的高度有關(guān)，具體關(guān)系式可簡(jiǎn)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(diǎn)高度；  h-手機(jī)或測(cè)試儀表的天線

24、高度。由此可見(jiàn)，基站無(wú)線信號(hào)所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離（即基站的覆蓋范圍）是由天線高度決定的。GSM網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期，站點(diǎn)較少，為了保證覆蓋，基站天線一般架設(shè)得都較高。隨著近幾年移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，基站站點(diǎn)大量增多，在市區(qū)已經(jīng)達(dá)到大約500m左右為一個(gè)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(huì)嚴(yán)重影響我們的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。其影響主要有以下幾個(gè)方面：a. 話務(wù)不均衡?；咎炀€過(guò)高，會(huì)造成該基站的覆蓋范圍過(guò)大，從而造成該基站的話務(wù)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(wù)量較小，不能發(fā)揮應(yīng)有作用，導(dǎo)致話務(wù)不均衡。b. 系統(tǒng)內(nèi)干擾。基站天線過(guò)高，會(huì)造成越站無(wú)線干擾（主要包括同

25、頻干擾及鄰頻干擾），引起掉話、串話和有較大雜音等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量下降。c. 孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)是基站覆蓋性問(wèn)題，當(dāng)基站覆蓋在大型水面或多山地區(qū)等特殊地形時(shí)，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆蓋范圍不變的基礎(chǔ)上，在很遠(yuǎn)處出現(xiàn)"飛地"，而與之有切換關(guān)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(méi)有切換關(guān)系，"飛地"因此成為一個(gè)孤島，當(dāng)手機(jī)占用上"飛地"覆蓋區(qū)的信號(hào)時(shí)，很容易因沒(méi)有切換關(guān)系而引起掉話。4.2 天線俯仰角的調(diào)整 天線俯仰角的調(diào)整是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一個(gè)非常重要的事情。選

26、擇合適的俯仰角可以使天線至本小區(qū)邊界的射線與天線至受干擾小區(qū)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(qū)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(shí)際覆蓋范圍與預(yù)期的設(shè)計(jì)范圍相同，同時(shí)加強(qiáng)本覆蓋區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度。在目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，由于基站的站點(diǎn)的增多，使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)市區(qū)基站的時(shí)候，一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右，而根據(jù)移動(dòng)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(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于500M的，如此則會(huì)造成基站實(shí)際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏大，從而導(dǎo)致小區(qū)與小區(qū)之間交叉覆蓋，相鄰切換關(guān)系混亂，系統(tǒng)內(nèi)頻率干擾嚴(yán)重；另一

27、方面，如果天線的俯仰角偏大，則會(huì)造成基站實(shí)際覆蓋范圍比預(yù)期范圍偏小，導(dǎo)致小區(qū)之間的信號(hào)盲區(qū)或弱區(qū)，同時(shí)易導(dǎo)致天線方向圖形狀的變化（如從鴨梨形變?yōu)榧忓N形），從而造成嚴(yán)重的系統(tǒng)內(nèi)干擾。因此，合理設(shè)置俯仰角是保證整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基本保證。一般來(lái)說(shuō)，俯仰角的大小可以由以下公式推算：=arctg(h/R)A/2其中：-天線的俯仰角  h-天線的高度  R-小區(qū)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?qū)?zhǔn)小區(qū)邊緣時(shí)得出的，在實(shí)際的調(diào)整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基礎(chǔ)上再加上1-2度，使信號(hào)更有效地覆蓋在本小區(qū)之

28、內(nèi)。4.3 天線方位角的調(diào)整 天線方位角的調(diào)整對(duì)移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常重要。一方面，準(zhǔn)確的方位角能保證基站的實(shí)際覆蓋與所預(yù)期的相同，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量；另一方面，依據(jù)話務(wù)量或網(wǎng)絡(luò)存在的具體情況對(duì)方位角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以更好地優(yōu)化現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)理想的蜂窩移動(dòng)通信模型，一個(gè)小區(qū)的交界處，這樣信號(hào)相對(duì)互補(bǔ)。與此相對(duì)應(yīng)，在現(xiàn)行的GSM系統(tǒng)（主要指ERICSSON設(shè)備）中，定向站一般被分為三個(gè)小區(qū)，即：A小區(qū)：方位角度0度，天線指向正北；B小區(qū)：方位角度120度，天線指向東南；C小區(qū)：方位角度240度，天線指向西南。在GSM建設(shè)及規(guī)劃中，我們一般嚴(yán)格按照上述的規(guī)定對(duì)天線的方位角進(jìn)行安裝及

29、調(diào)整，這也是天線安裝的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，如果方位角設(shè)置與之存在偏差，則易導(dǎo)致基站的實(shí)際覆蓋與所設(shè)計(jì)的不相符，導(dǎo)致基站的覆蓋范圍不合理，從而導(dǎo)致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾。但在實(shí)際的GSM網(wǎng)絡(luò)中，一方面，由于地形的原因，如大樓、高山、水面等，往往引起信號(hào)的折射或反射，從而導(dǎo)致實(shí)際覆蓋與理想模型存在較大的出入，造成一些區(qū)域信號(hào)較強(qiáng)，一些區(qū)域信號(hào)較弱，這時(shí)我們可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，對(duì)所地應(yīng)天線的方位角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證信號(hào)較弱區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的；另一方面，由于實(shí)際存在的人口密度不同，導(dǎo)致各天線所對(duì)應(yīng)小區(qū)的話務(wù)不均衡，這時(shí)我們可通過(guò)調(diào)整天線的方位角，達(dá)到均衡話務(wù)量的目的。當(dāng)然，在一般

30、情況下我們并不贊成對(duì)天線的方位角進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)檫@樣可能會(huì)造成一定程度的系統(tǒng)內(nèi)干擾。但在某些特殊情況下，如當(dāng)?shù)鼐o急會(huì)議或大型公眾活動(dòng)等，導(dǎo)致某些小區(qū)話務(wù)量特別集中，這時(shí)我們可臨時(shí)對(duì)天線的方位角進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到均衡話務(wù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的；另外，針對(duì)郊區(qū)某些信號(hào)盲區(qū)或弱區(qū)，我們亦可通過(guò)調(diào)整天線的方位角達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的，這時(shí)我們應(yīng)輔以場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試車對(duì)周圍信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，以保證網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。4.4 天線位置的優(yōu)化調(diào)整 由于后期工程、話務(wù)分布以及無(wú)線傳播環(huán)境的變化，在優(yōu)化中我們?cè)龅揭恍┗竞茈y通過(guò)天線方位角或傾角的調(diào)整達(dá)到改善局部區(qū)域覆蓋，提高基站利用率。為此就需要進(jìn)行基站搬遷，換句話說(shuō)也就是基站重新選點(diǎn)過(guò)

31、程。 下文摘錄了我們平時(shí)做規(guī)劃時(shí)的一些經(jīng)驗(yàn)。(1) 基站初始布局 基站布局主要受場(chǎng)強(qiáng)覆蓋、話務(wù)密度分布和建站條件三方面因素的制約，對(duì)于一般大中城市來(lái)說(shuō)，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的制約因素已經(jīng)很小，主要受話務(wù)密度分布和建站條件兩個(gè)因素的制約較大。基站布局的疏密要對(duì)應(yīng)于話務(wù)密度分布情況。但是，目前對(duì)大中城市市區(qū)還作不到按街區(qū)預(yù)測(cè)話務(wù)密度，因此，對(duì)市區(qū)可按照：(a) 繁華商業(yè)區(qū)；(b) 賓館、寫字樓、娛樂(lè)場(chǎng)所集中區(qū)；(c) 經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、住宅區(qū)；(d)工業(yè)區(qū)及文教區(qū)；等進(jìn)行分類。一般來(lái)說(shuō)： (a)(b)類地區(qū)應(yīng)設(shè)最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站間距在0.61.6km；(c) 類地區(qū)也應(yīng)設(shè)較大配置的定向基站

32、，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站間距取1.63km；(d) 類地區(qū)一般可設(shè)小規(guī)模定向基站，如2/2/2站型，站間距為35km；若基站位于城市邊緣或近郊區(qū)，且站間距在5km以上，可設(shè)以全向基站。上幾類地區(qū)內(nèi)都按用戶均勻分布要求設(shè)站。郊縣和主要公路、鐵路覆蓋一般可設(shè)全向或二小區(qū)基站，站間距離5km-20km左右。結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦魏统鞘邪l(fā)展規(guī)劃進(jìn)行基站布局：a. 基站布局要結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，可以適度超前；b. 有重要用戶的地方應(yīng)有基站覆蓋；c. 市內(nèi)話務(wù)量"熱點(diǎn)"地段增設(shè)微蜂窩站或增加載頻配置；d. 大型商場(chǎng)賓館、地鐵、地下商場(chǎng)、體育場(chǎng)館如有必要用微蜂窩或室內(nèi)分布解決；e在

33、基站容量飽和前，可考慮采用GSM900/1800雙頻解決方案。(2) 站址選擇與勘察在完成基站初始布局以后，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師要與建設(shè)單位以及相關(guān)工程設(shè)計(jì)單位一起，根據(jù)站點(diǎn)布局圖進(jìn)行站址的選擇與勘察。市區(qū)站址在初選中應(yīng)作到房主基本同意用作基站。初選完成之后，由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師、工程設(shè)計(jì)單位與建設(shè)單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘，確定站址條件是否滿足建站要求，并確定站址方案，最后由建設(shè)單位與房主落實(shí)站址。選址要求如下：- 交通方便、市電可靠、環(huán)境安全及占地面積小。- 在建網(wǎng)初期設(shè)站較少時(shí)，選擇的站址應(yīng)保證重要用戶和用戶密度大的市區(qū)有良好的覆蓋。- 在不影響基站布局的前提下，應(yīng)盡量選擇現(xiàn)有電信樞紐樓、郵電局或微波站作為

34、站址，并利用其機(jī)房、電源及鐵塔等設(shè)施。- 避免在大功率無(wú)線發(fā)射臺(tái)附近設(shè)站，如雷達(dá)站、電視臺(tái)等，如要設(shè)站應(yīng)核實(shí)是否存在相互干擾，并采取措施防止相互干擾。- 避免在高山上設(shè)站。高山站干擾范圍大，影響頻率復(fù)用。在農(nóng)村高山設(shè)站往往對(duì)處于小盆地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋不好。- 避免在樹林中設(shè)站。如要設(shè)站，應(yīng)保持天線高于樹頂。- 市區(qū)基站中，對(duì)于蜂窩區(qū)(R=13km)基站宜選高于建筑物平均高度但低于最高建筑物的樓房作為站址，對(duì)于微蜂窩區(qū)基站則選低于建筑物平均高度的樓房設(shè)站且四周建筑物屏蔽較好。 - 市區(qū)基站應(yīng)避免天線前方近處有高大樓房而造成障礙或反射后干擾其后方的同頻基站。- 避免選擇今后可能有新建筑物影響覆蓋區(qū)或同頻

35、干擾的站址。- 市區(qū)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基站盡量共址或靠近選址。 - 選擇機(jī)房改造費(fèi)低、租金少的樓房作為站址。如有可能應(yīng)選擇本部門的局、站機(jī)房、辦公樓作為站址。第五講 鏈路及空間無(wú)線傳播損耗計(jì)算5.1 鏈路預(yù)算 上行和下行鏈路都有自己的發(fā)射功率損耗和路徑衰落。在蜂窩通信中，為了確定有效覆蓋范圍，必須確定最大路徑衰落、或其他限制因數(shù)。在上行鏈路，從移動(dòng)臺(tái)到基站的限制因數(shù)是基站的接受靈敏度。對(duì)下行鏈路來(lái)說(shuō)，從基站到移動(dòng)臺(tái)的主要限制因數(shù)是基站的發(fā)射功率。通過(guò)優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使小區(qū)覆蓋半徑內(nèi)，有較好的通信質(zhì)量。一般是通過(guò)利用基站資源，改善網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)小區(qū)的鏈路平衡（上行或下行），從而使系統(tǒng)工作在

36、最佳狀態(tài)。最終也可以促使切換和呼叫建立期間，移動(dòng)通話性能更好。圖5-01是一基站鏈路損耗計(jì)算，可作為參考。圖5-01上下行鏈路平衡的計(jì)算。對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙向通信的GSM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，上下行鏈路平衡是十分重要的，是保證在兩個(gè)方向上具有同等的話務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素，也關(guān)系到小區(qū)的實(shí)際覆蓋范圍。下行鏈路（DownLink）是指基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)接收的鏈路。上行鏈路（UpLink）是指移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站接收的鏈路。上下行鏈路平衡的算法如下：下行鏈路（用dB值表示）：PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS

37、- LPdown式中：PinMS 為移動(dòng)臺(tái)接收到的功率；PoutBTS為BTS的輸出功率；LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；GaBTS為基站發(fā)射天線的增益；Cori為基站天線的方向系數(shù)；GaMS為移動(dòng)臺(tái)接收天線的增益；GdMS為移動(dòng)臺(tái)接收天線的分集增益；LslantBTS為雙極化天線的極化損耗；LPdown為下行路徑損耗；上行鏈路（用dB值表示）：PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +Gta式中：PinBTS為基站接收到的功率；Po

38、utMS為移動(dòng)臺(tái)的輸出功率；LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；GaBTS為基站接收天線的增益；Cori 為基站天線的方向系數(shù)；GaMS為移動(dòng)臺(tái)發(fā)射天線的增益；GdBTS為基站接收天線的分集增益；Gta為使用塔放的情況下，由此帶來(lái)的增益；LPup為上行路徑損耗。根據(jù)互易定理，即對(duì)于任一移動(dòng)臺(tái)位置，上行路損等于下行路損，即：LPdown = LPup設(shè)系統(tǒng)余量為DL ，移動(dòng)臺(tái)的惡化量?jī)?chǔ)備為DNMS ，基站的惡化量?jī)?chǔ)備為DNBTS，移動(dòng)臺(tái)的接收機(jī)靈敏度為MSsense，基站的接收機(jī)靈敏度為BTSsense， Lother為其它損耗，如建筑物貫

39、穿損耗、車內(nèi)損耗、人體損耗等。于是，對(duì)于覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)，應(yīng)滿足：PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsensePinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense上下行鏈路平衡的目的是調(diào)整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區(qū)邊界上的點(diǎn)（離基站最遠(yuǎn)的點(diǎn)）滿足：PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense于是，得到了基站的最大發(fā)射功率的計(jì)算公式：PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DN

40、BTS5.2 各類損耗的確定 建筑物的貫穿損耗建筑物的貫穿損耗是指電波通過(guò)建筑物的外層結(jié)構(gòu)時(shí)所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)中值之差。建筑物的貫穿損耗與建筑物的結(jié)構(gòu)、門窗的種類和大小、樓層有很大關(guān)系。貫穿損耗隨樓層高度的變化，一般為-2dB/層，因此，一般都考慮一層（底層）的貫穿損耗。下面是一組針對(duì)900MHz頻段，綜合國(guó)外測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)：- 中等城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.3dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差8.7dB。- 大城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.7dB； 郊區(qū)同類建筑

41、物，貫穿損耗中值為13.1dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差9.5dB。- 大城市市區(qū)一金屬殼體結(jié)構(gòu)或特殊金屬框架結(jié)構(gòu)的建筑物，貫穿損耗中值為27dB。由于我國(guó)的城市環(huán)境與國(guó)外有很大的不同，一般比國(guó)外同類名稱要高8-10dB。對(duì)于1800MHz，雖然其波長(zhǎng)比900MHz短，貫穿能力更大，但繞射損耗更大。因此，實(shí)際上，1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規(guī)范3.30中提到，城市環(huán)境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB，農(nóng)村為10dB。一般取比同類地區(qū)900MHz的貫穿損耗大5-10dB。 人體損耗對(duì)于手持機(jī)，當(dāng)位于使用者的腰部和肩部時(shí)，接收的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比天線離開人體幾個(gè)波長(zhǎng)時(shí)將分別降低4-7d

42、B和1-2dB。一般人體損耗設(shè)為3dB。 車內(nèi)損耗金屬結(jié)構(gòu)的汽車帶來(lái)的車內(nèi)損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，人的一部分時(shí)間是在汽車中度過(guò)的。一般車內(nèi)損耗為8-10dB。 饋線損耗在GSM900中經(jīng)常使用的是7/8的饋線，在1000MHz的情況下，每100米的損耗是4.3dB；在2000MHz的情況下，每100米的損耗則為6.46dB，多了2.16個(gè)dB。5.3 無(wú)線傳播特性 移動(dòng)通信的傳播如圖5-02中的曲線所示，總體平均值隨距離減弱，但信號(hào)電平經(jīng)歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點(diǎn)周圍地形地物對(duì)信號(hào)反射，使得信號(hào)電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若移動(dòng)臺(tái)在沒(méi)有任何障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則信號(hào)電

43、平只與發(fā)射機(jī)的距離有關(guān)。所以通常某點(diǎn)信號(hào)電平是指幾十米范圍內(nèi)的平均信號(hào)電平。這個(gè)信號(hào)的變化呈正態(tài)分布。標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)不同地形地物是不一樣的，通常在68dB左右?？焖ヂ涫钳B加在慢衰落信號(hào)上的。這個(gè)衰落的速度很快，每秒可達(dá)幾十次。除與地形地物有關(guān)，還與移動(dòng)臺(tái)的速度和信號(hào)的波長(zhǎng)有關(guān)，并且幅度很大，可幾十個(gè)dB，信號(hào)的變化呈瑞利分布?？焖ヂ渫鶗?huì)降低話音質(zhì)量，所以要留快衰落的儲(chǔ)備。圖5-02無(wú)線電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡(jiǎn)單的一種。自由空間是滿足下述條件的一種理想空間：1. 均勻無(wú)損耗的無(wú)限大空間，2. 各項(xiàng)同性，3. 電導(dǎo)率為零。應(yīng)用電磁場(chǎng)理論可以推出，在自由空間傳播條件下，傳輸損耗Ls的表達(dá)式為：Ls32.45+20lgf+20lgd自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關(guān)。當(dāng)f 和d擴(kuò)大一倍時(shí)，Ls均增加6dB，由此我們可知GSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900基站大6個(gè)dB，如圖5-03所示。圖5-03陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播，實(shí)際多徑傳播環(huán)境是十分復(fù)雜的，在研究傳播問(wèn)題時(shí)往往將其簡(jiǎn)化，并且是從最簡(jiǎn)單的情況入手。僅考慮從基站至移動(dòng)臺(tái)的直射波以及地面反射波的兩徑模型是最簡(jiǎn)單的傳播模型。兩徑模型如圖5-04所示，應(yīng)用電磁場(chǎng)理論可以推出，傳輸損耗Lp的表達(dá)式為：Lp=20lg(d2/(h1*h2