董健,李曉明,王超,王榮軍
(中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司河北分公司,石家莊 050011)
隨著TD-LTE建設(shè)的深入開展及城市化進(jìn)程的加快,原有方式解決高層樓宇覆蓋問題效果欠佳,樓宇內(nèi)客廳臥室等部分區(qū)域時常出現(xiàn)用戶體驗較差的情況,帶來網(wǎng)絡(luò)投訴。中國移動設(shè)計院勇于創(chuàng)新,深入研究天線結(jié)構(gòu)及技術(shù)化解網(wǎng)絡(luò)難題,研制出水平覆蓋較寬、垂直覆蓋可調(diào)節(jié)的新型天線,既可達(dá)到室分天線覆蓋效果,又可彌補現(xiàn)有射燈天線易產(chǎn)生外泄的不足。該新型智能天線,也稱為層層通天線,曉明天線,是一種新型八通道智能天線,具有垂直方向賦形能力??梢愿鶕?jù)不同覆蓋需求(各種高層樓宇和重點用戶),配置合理的天線參數(shù),半功率30°~90°可調(diào)節(jié)。前期已在多個省市移動公司進(jìn)行了試點應(yīng)用,實現(xiàn)了6層住宅樓、13層黨政辦公樓、30層居民住宅樓(100 m左右)、35層寫字樓(125 m)等各種高度樓宇的有效覆蓋。
將傳統(tǒng)“地表平面覆蓋”思路轉(zhuǎn)變?yōu)橐詷求w為單位的“三維空間立體覆蓋”思路,每個樓體即為一個小區(qū),稱作樓體小區(qū)。以樓體高度(底層與頂層)和寬度(最左邊與最右邊)作為該樓體小區(qū)的覆蓋邊緣,以該樓體的高度作為垂直面廣播波束預(yù)置條件和掃描區(qū)域,以樓體寬度作為波束水平面寬度要求,并嚴(yán)格控制對外干擾,匹配實際場景需要,實現(xiàn)以最少數(shù)量天線系統(tǒng)實現(xiàn)針對性精確覆蓋,適應(yīng)各種高層建筑覆蓋需求。
振子的諧振方向保持不變,例如保持垂直極化或者雙極化,橫向構(gòu)成多行陣元,而縱向為多列可調(diào)間距的結(jié)構(gòu)。在垂直方向上,針對覆蓋樓體高度配置匹配的廣播波束權(quán)值實現(xiàn)精確覆蓋,和利用互易傳播關(guān)系實現(xiàn)業(yè)務(wù)波束在垂直面不同樓層間跟蹤用戶的通信方式。在水平方向上,可通過改變縱向多列振子間預(yù)置相位和機(jī)械進(jìn)行微調(diào)間距的結(jié)構(gòu)獲得不同的水平面波束寬度,達(dá)到覆蓋樓體寬度的要求。同時,本技術(shù)所研制天線輻射電磁波充分利用樓體小區(qū)中,樓板的縱向空間隔離效應(yīng),提高縱向空間抗干擾能力、復(fù)用效率和系統(tǒng)容量,降低能耗的目的。利用電磁波的隧道傳播效應(yīng)獲得樓層內(nèi)的最大傳播深度。由于主波瓣控制采取精確化方式,結(jié)合在天線設(shè)計中采取了旁瓣抑制的相關(guān)技術(shù),可保障對樓宇外側(cè)的泄漏干擾最小化。
根據(jù)應(yīng)用場景特點,該新型智能天線已有多款,以滿足各種應(yīng)用場景需要。第一種為單4G型號,通過壓縮陣元尺寸,使天線的整體尺寸大大減小,僅是一般天線的1/3大小尺寸,適宜選站,降低安裝難度,提高功效,提高周圍物業(yè)認(rèn)可度。第二種為太陽能板美化型,為采用利用太陽能板外型的美化天線思路。第三種為射燈外罩美化天線,為采用利用射燈外型的美化天線思路。第四種為支持多系統(tǒng)型,該天線集成了2G/4G振子,采用集束電纜,實現(xiàn)了一個天面實現(xiàn)2G/3G/4G多系統(tǒng)的的覆蓋,可節(jié)約天面資源,滿足部分LTE弱覆蓋的區(qū)域?qū)?G的需求也同樣強烈,而單LTE系統(tǒng)無法一次性解決的問題。第五種為全向燈桿型,適用于小區(qū)內(nèi)部。
新型天線其垂直方向半功率角可配置成30°~90°。通過天線模型生成對應(yīng)的方向圖,或者通過微波暗室測試結(jié)果方向圖,可供不同場景選擇需要,選擇合適的權(quán)值時,結(jié)合勘察情況給出初始配置權(quán)值,并結(jié)合現(xiàn)場測試情況,進(jìn)行調(diào)整。假定50 m的樓間距,采用90°權(quán)值,向上的覆蓋高層能力為H=50×tan(90/2)=50 m,若天線掛高在樓宇中間位置,其可以覆蓋100 m高度的樓宇。可以看出,此天線在垂直方向上具有很強的覆蓋能力。同時,此天線廣播波束水平面波束寬度20°~30°,可滿足一般樓體水平覆蓋要求。針對不同的高層樓宇,規(guī)劃和設(shè)計合理的廣播波束賦形可以充分發(fā)揮智能天線的優(yōu)勢。
依托上述的新型天線,形成了一種室外覆蓋室內(nèi)的低成本、低工程量、易協(xié)調(diào)的覆蓋方法,提供一種網(wǎng)優(yōu)服務(wù)產(chǎn)品,圖1給出了技術(shù)方案示意圖。該項目的推廣不僅改善了網(wǎng)絡(luò)覆蓋,同時也在加深各地市TD-LTE網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員對智能天線權(quán)值的理解,提升運營商網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、優(yōu)化水平與能力。
圖1 技術(shù)方案示意圖
典型場景1:32層樓宇,附近底商安裝單4G型層層通實現(xiàn)“低打高”的覆蓋形式,如圖2所示。
典型場景2:32層樓宇,樓頂安裝射燈型層層通實現(xiàn)“高打低”的覆蓋形式,如圖3所示。
典型場景3:高山景區(qū)或滑雪場等有需求場景,可安裝層層通實現(xiàn)“低打高”的覆蓋形式。
圖2 某樓宇應(yīng)用效果(左圖:樓宇外觀;右圖:31層入戶RSRP)
圖3 某樓宇應(yīng)用效果(左圖:樓宇外觀;右圖:8層入戶RSRP)
該新型天線曾參展中國移動全球合作伙伴大會,并入選中國移動2017年4G無線網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見,并在遼寧、河北、內(nèi)蒙古、寧夏、青海、甘肅、云南、新疆、山西、貴州、山東、天津、湖北、福建等省市得到了現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。
多地測試結(jié)果中,整樓公共區(qū)域(如樓道、電梯前等公共區(qū)域),RSRP通常可提升15.1 dB,SINR提升13.3 dB,平均RSRP可達(dá)-94.7 dBm,SINR可達(dá)9.4 dB,速率平均提升30.3 Mbit/s,提升效果顯著。LTE室分覆蓋目標(biāo)為室內(nèi)分布的覆蓋區(qū)域內(nèi)滿足RSRP>-105 dBm的概率大于95%,SINR>6 dB的概率大于95%。由于上述測試結(jié)果為公共區(qū)域,RSRP與上述標(biāo)準(zhǔn)相差一面墻或門的衰減(10-15 dB),可以推斷本方案滿足無線寬帶的接入設(shè)計要求。
針對當(dāng)前高層建筑室內(nèi)TD-LTE深度覆蓋不足的問題,本文研制出新型天線,并結(jié)合廣播波束賦形技術(shù),實現(xiàn)了各種高度的高層樓宇、山區(qū)道路等區(qū)域的有效覆蓋。結(jié)果表明該方案可作為高層樓宇和重點用戶深度覆蓋的一種技術(shù)手段,具有成本低、建設(shè)周期短,兼容性好等特點。
[1] 李曉明,董健, 等. 一種適合高層建筑密集區(qū)域覆蓋的智能天線[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2012(5).
[2] 董健,李曉明, 等,一種低成本易協(xié)調(diào)LTE高層住宅覆蓋解決方案[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2015(12).
[3] 董健,李曉明, 等. 一種樓宇高度自適應(yīng)的TD-LTE深度覆蓋解決方案[J]. 移動通信,2016(7).