黃亮

（中國聯(lián)通長沙分公司，長沙 410000）

1 概述

隨著WCDMA網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展，長期以來高站的過遠(yuǎn)覆蓋問題一直困擾著我們。如何有效改善高站附近的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，切實(shí)提高用戶網(wǎng)絡(luò)感知，已成為分公司亟待解決的問題。為解決這一難題，本文創(chuàng)新性地提出采用大下傾角天線來抑制現(xiàn)網(wǎng)超高基站過遠(yuǎn)覆蓋問題的新思路。

2 小區(qū)過遠(yuǎn)覆蓋原因及影響分析

2.1 基站過遠(yuǎn)覆蓋現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

基站站址間距、地形地物數(shù)據(jù)和基站天線掛高、方向角、傾角、發(fā)射功率等參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中重要的參考因素。由于對(duì)規(guī)劃站點(diǎn)周邊的地理環(huán)境不熟悉，進(jìn)行的一些不合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，如天線選型錯(cuò)誤，很可能會(huì)造成信號(hào)過遠(yuǎn)覆蓋的問題。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，無線環(huán)境越來越復(fù)雜，扇區(qū)間干擾，因過遠(yuǎn)覆蓋導(dǎo)致的導(dǎo)頻污染問題也會(huì)隨之增加。另外在日常優(yōu)化中，天線傾角調(diào)整是較為常用的手段，如果對(duì)天線性能不了解而調(diào)整過度，會(huì)造成天線波瓣變形，導(dǎo)致過遠(yuǎn)覆蓋。同時(shí)，在密集城區(qū)內(nèi)，由于建站條件限制較多，會(huì)出現(xiàn)超高基站和超低基站的情況，導(dǎo)頻信號(hào)越區(qū)覆蓋的情況也隨之出現(xiàn)。

2.2 過遠(yuǎn)覆蓋基站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

對(duì)于基站越區(qū)覆蓋的4個(gè)特性和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，我們進(jìn)行了以下具體分析。

2.2.1 孤島效應(yīng)

基站的越區(qū)覆蓋，會(huì)造成切換錯(cuò)誤，進(jìn)而產(chǎn)生大量的切換失敗，最終由于無法切換導(dǎo)致掉話。例如小區(qū)A越區(qū)覆蓋在小區(qū)B中，而在小區(qū)B的鄰區(qū)列表中未添加小區(qū)A，那么用戶占用小區(qū)A中后，在其移動(dòng)過程中或者小區(qū)A信號(hào)突然變?nèi)鯐r(shí)，因無法切換至信號(hào)良好的小區(qū)B，最終在小區(qū)A不可用時(shí)，將發(fā)生切換失敗直至掉話。

2.2.2 計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)

因市場(chǎng)競(jìng)爭激烈，通信運(yùn)營商制定出了種類繁多的資費(fèi)套餐，小區(qū)基站號(hào)是計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中重要的計(jì)算依據(jù)。比如在某個(gè)校園內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)非校園內(nèi)基站計(jì)費(fèi)內(nèi)的小區(qū)，勢(shì)必會(huì)造成計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤，造成用戶投訴。

2.2.3 基站擁塞

由于基站的越區(qū)覆蓋、覆蓋范圍和區(qū)域較原規(guī)劃區(qū)域要大，那么基站所吸收話務(wù)將比預(yù)計(jì)要高，導(dǎo)致小區(qū)信道擁塞、掉話率升高和切換成功率降低，用戶會(huì)出現(xiàn)接入較慢甚至無法接入，影響用戶正常使用。

2.2.4 前反向鏈路不平衡

越區(qū)覆蓋會(huì)導(dǎo)致基站小區(qū)前反向鏈路不平衡，明顯的感知結(jié)果是終端顯示信號(hào)很強(qiáng)，但是無法正常通話，主叫能正常撥號(hào)，但撥號(hào)后無反應(yīng)，被叫能振鈴，但是無法通話，因此過遠(yuǎn)覆蓋的小區(qū)是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中需要重點(diǎn)解決的問題。

3 小區(qū)過遠(yuǎn)覆蓋的解決方法

（1）功率調(diào)整。此方案是將扇區(qū)導(dǎo)頻功率下調(diào)，達(dá)到控制信號(hào)覆蓋距離的目的，但對(duì)于超高站點(diǎn)，效果并不理想。

（2）下壓天線。通過下壓天線的俯仰角，達(dá)到控制信號(hào)覆蓋距離的目的。普通的機(jī)械天線下傾角下壓不能超過8°，否則天線波束會(huì)嚴(yán)重變形。如果是普通的電調(diào)天線，下壓傾角可以副度更大，但普通電調(diào)天線的電傾一般只能調(diào)整至10°，對(duì)于超高基站仍顯不足，且對(duì)于上旁瓣的抑制效果不理想，會(huì)造成在機(jī)械傾角加電調(diào)傾角的聯(lián)合作用下上旁瓣帶來一些非預(yù)期的覆蓋，特別是超高基站場(chǎng)景，這種由上旁瓣導(dǎo)致的過遠(yuǎn)覆蓋較為明顯。

（3）搬遷基站。通過將整站搬遷至附近其它地點(diǎn)，以達(dá)到降低天線高度的目的。此種方法成本過高，且在城區(qū)站址資源非常緊張，無太多替代站址選擇。

（4）安裝大下傾角天線。大下傾角天線是基于現(xiàn)有電調(diào)天線技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和結(jié)合而成的新產(chǎn)品，其電下傾角可實(shí)現(xiàn)6°～26°大范圍調(diào)整，并且此種天線帶有上旁瓣抑制功能，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)過遠(yuǎn)覆蓋問題的有效解決，是解決城區(qū)超高基站過遠(yuǎn)覆蓋的理想方案。

4 大下傾角天線的技術(shù)特點(diǎn)

4.1 大下傾角技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

（1） 通過對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)線纜的長度及電流的靜態(tài)配置，實(shí)現(xiàn)6°范圍的內(nèi)置下傾角。

（2）通過高精度移相器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10°～26°范圍的可調(diào)下傾角。

4.2 上旁瓣抑制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

4.2.1 上旁瓣的影響

基站天線除了主瓣以外還有旁瓣，也稱副瓣，由于其會(huì)對(duì)覆蓋產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，所以必須通過技術(shù)手段將其抑制。業(yè)內(nèi)對(duì)上旁瓣抑制的標(biāo)準(zhǔn)為小于-16 dB，即以天線最大增益為基準(zhǔn)點(diǎn)（歸一化為0 dB），上旁瓣必須小于最大增益點(diǎn)16 dB以上，越小越好。

4.2.2 上旁瓣抑制理論仿真分析

無賦形的方向圖不利于覆蓋，一般的基站天線都需要對(duì)垂直面方向圖進(jìn)行賦形，通過公式1可以看出想得到高副瓣抑制的方向圖，必須使用不同的單元方向圖或不同的激勵(lì)。如果采用不同的單元方向圖需要開發(fā)不同的振子，而振子的研發(fā)周期太長（一般需要1年以上），故采用不同的振子不現(xiàn)實(shí)。

剩下的選擇就是采用不同的激勵(lì)或者采用不同的邊界條件獲得不同的單元方向圖，進(jìn)而對(duì)方向圖賦形，達(dá)到副瓣抑制的效果。目前設(shè)計(jì)天線通常采用這種方式進(jìn)行對(duì)方向圖賦型，而采用此類方式，一般可以對(duì)上旁瓣抑制達(dá)到約16 dB以上。因此，天線賦形是對(duì)上旁瓣抑制的關(guān)鍵所在，目前增益達(dá)到15 dBi以上的天線均為賦形天線。天線賦形前后，垂直波瓣對(duì)比情況如圖2所示。

圖1 無賦形的垂直面方向圖

圖2 測(cè)試數(shù)據(jù)圖形對(duì)比

圖2為在暗室測(cè)試天線在0°下傾賦形前后的各方向波瓣的變化情況，黑色為賦形前的波瓣情況，藍(lán)色為賦形后的波瓣情況，可以發(fā)現(xiàn)天線賦形后，對(duì)上旁瓣的抑制非常明顯，且并非只針對(duì)第一旁瓣。

5 應(yīng)用與效果

紅星水庫基站是典型的超高站，站高100 m，該站使用的天線為多年前安裝的普通電調(diào)天線，目前下傾已調(diào)至18°，仍存在嚴(yán)重越區(qū)情況，從MR分析，大量用戶在距該小區(qū)2～3 km的區(qū)域內(nèi)，仍使用該扇區(qū)信號(hào)接入。更換大下傾角天線后（天線性能對(duì)比見表1所示），MR分析接入距離明顯下降，見圖3所示，道路實(shí)測(cè)站下覆蓋明顯增強(qiáng)。

圖3為天線換裝前后基于MR的用戶接入分布對(duì)比情況，可以看出天線換裝后，從1 600～6 000 m各區(qū)間的用戶接入數(shù)均有明顯下降。

表1 天線性對(duì)比

在有效覆蓋范圍內(nèi)，大下傾角天線優(yōu)異性能得到完美體現(xiàn)，通過上旁瓣抑制和零點(diǎn)填充，覆蓋距離明現(xiàn)縮短，站下覆蓋強(qiáng)度明顯提升。

6 結(jié)束語

長期以來，高站的過遠(yuǎn)覆蓋問題一直困擾著我們。不可否認(rèn)高站對(duì)于廣覆蓋和密集安置小區(qū)的有效穿透覆蓋效果無可比擬，但同時(shí)所帶來的過遠(yuǎn)覆蓋、干擾等問題讓優(yōu)化人員痛并快樂著。調(diào)參數(shù)、降功率、壓天線一切手段用盡，也無法解決，隨著4G網(wǎng)絡(luò)的到來，更是“談高色變”。通過對(duì)紅星水庫基站3扇區(qū)換裝大下傾角天線，該扇區(qū)過遠(yuǎn)覆蓋情況得到明顯改善，由此案例可以充分證明大下傾角天線是抑制高站過遠(yuǎn)覆蓋問題的利器，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)高站和超高站的救贖，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)優(yōu)化和進(jìn)一步提升無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提供了可靠手段。

圖3 天線換裝前后基于MR的用戶接入分布對(duì)比圖

后續(xù)需關(guān)注兩類問題：

（1）從運(yùn)維成本角度出發(fā)，對(duì)需要換裝天線的基站，應(yīng)充分考慮3G/4G兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的需求。即對(duì)3G/4G均需要換裝大下傾角天線的基站應(yīng)考慮使用饋線端口為4端口的天線。

（2）目前對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)小區(qū)深度覆蓋的要求越來越高，我們可以利用此次機(jī)會(huì)，提出新的需求，要求天線廠商提供在大下傾角功能的基礎(chǔ)上再增加窄波瓣高增益功能的天線。如果能使用此種天線，不但能有效抑制高站信號(hào)覆蓋過遠(yuǎn)的問題，還能加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的穿透能力。另外，相較于單純的大下傾角天線，大下傾角窄波瓣高增益天線能有更強(qiáng)的天線波瓣抑制能力，可謂一舉兩得。