李在勇　雷振

【摘要】? ? 本文主要應(yīng)用龍勃透鏡天線(xiàn)，利用其具有多波束、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)實(shí)施高密度小區(qū)覆蓋方案，提升單個(gè)宏站的容量和用戶(hù)感知，減少新增站址資源，達(dá)到“降本增效”的目的，解決學(xué)校等業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源利用率高，上網(wǎng)速率慢，用戶(hù)感知差，擴(kuò)容困難的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】? ? 龍勃透鏡天線(xiàn)? ? 高容量場(chǎng)景? ? 校園場(chǎng)景? ? 高密度組網(wǎng)

一、概述

隨著國(guó)家“提速降費(fèi)”政策的實(shí)施，電信運(yùn)營(yíng)商不斷的降低移動(dòng)通信流量?jī)r(jià)格，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量業(yè)務(wù)高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)直播、網(wǎng)絡(luò)短視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲等大量數(shù)據(jù)應(yīng)用涌現(xiàn)，LTE網(wǎng)絡(luò)的容量問(wèn)題日益明顯;另一方面5G網(wǎng)絡(luò)尚未普及，5G用戶(hù)終端的占比還比較低，5G網(wǎng)絡(luò)分流量較小。因此解決高校等熱點(diǎn)區(qū)域的LTE網(wǎng)絡(luò)的容量問(wèn)題仍是近期提升用戶(hù)感知的重點(diǎn)。

而從網(wǎng)絡(luò)側(cè)來(lái)看，為提高LTE網(wǎng)絡(luò)容量一般采用室分小區(qū)分裂、宏站增加異頻小區(qū)擴(kuò)容或增加物理站址的方式。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)密度的增加，通過(guò)上述組網(wǎng)方式來(lái)提升容量的瓶頸也越來(lái)越明顯。特別是宏站擴(kuò)容方式面臨著運(yùn)營(yíng)商頻段有限、基站干擾嚴(yán)重、物理站址協(xié)調(diào)困難等問(wèn)題。

隨著龍勃透鏡天線(xiàn)技術(shù)成熟，其具有更適合多波束，輻射單元更少，饋電網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，用電更少，功耗更低，重量更輕等特點(diǎn)。本文基于龍勃透鏡天線(xiàn)多波束的特點(diǎn)，研究高密度小區(qū)覆蓋方案，提升單點(diǎn)宏站的容量和用戶(hù)感知，減少新增站址資源，達(dá)到“降本增效”的目的。

二、龍勃透鏡天線(xiàn)介紹

龍勃透鏡，也叫龍伯透鏡，英文名Luneburg lens。這種透鏡的模型最早由美國(guó)數(shù)學(xué)家魯?shù)婪颉た枴けR納伯格（Rudolf Karl Luneburg）在1944年提出。龍勃透鏡工作原理與光學(xué)透鏡聚焦原理相似，利用多層介質(zhì)球體的折射特性，將單個(gè)天線(xiàn)單元的低增益、寬波束的電磁波信號(hào)匯集成高增益、窄波束的電磁波信號(hào)。不同于普通透鏡寬頻的焦點(diǎn)不在同一物理位置上，龍伯透鏡滿(mǎn)足超寬頻的焦點(diǎn)都在同一個(gè)位置。接收信號(hào)時(shí)，把平面波通過(guò)透鏡層層折射后聚焦為一點(diǎn)，被饋源接收;發(fā)射信號(hào)時(shí)，在透鏡焦點(diǎn)處置一信源發(fā)射電磁波后，通過(guò)透鏡折射后變成平面波。

龍勃透鏡天線(xiàn)采用低介電常數(shù)的輕質(zhì)發(fā)泡材料，在發(fā)泡材料之間填充特殊人工合成材料，使球體的介電常數(shù)由內(nèi)向外漸變，其特點(diǎn)體積小，重量輕，帶寬寬，極化特性好，輻射單元簡(jiǎn)單，損耗小，天線(xiàn)整體效率高，安裝簡(jiǎn)單便捷。與常規(guī)板狀天線(xiàn)比較，總體上來(lái)講，龍勃透鏡天線(xiàn)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小，風(fēng)阻小的特點(diǎn)。

目前龍勃透鏡天線(xiàn)有單波束天線(xiàn)、 多波束天線(xiàn)、賦形天線(xiàn)三種。

單波束天線(xiàn)具有增益高，在3.5G頻段可達(dá)25dBi的特點(diǎn)。與板狀天線(xiàn)相比，同等增益的龍勃透鏡天線(xiàn)有效覆蓋距離增加50%以上;同等增益下垂直波寬比板狀天線(xiàn)寬2.5倍以上，有利于強(qiáng)信號(hào)深度覆蓋，特別適用于狹長(zhǎng)的地帶縱深覆蓋，如橋梁，隧道，高鐵等場(chǎng)景。

多波束天線(xiàn)具有端口隔離度高;方向圖邊緣滾降陡，水平旁瓣低，波束間的干擾小;容易實(shí)現(xiàn)立體多波束，所有波束的增益一致，覆蓋更均勻;天線(xiàn)整體損耗小，效率高;水平波束指向在整個(gè)頻段內(nèi)固定不變;每個(gè)單元形成一個(gè)波束，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，天線(xiàn)可靠性高;天線(xiàn)重量輕等特點(diǎn)。特別適合場(chǎng)館、車(chē)站、廣場(chǎng)、高校、應(yīng)急通信車(chē)等場(chǎng)景。

賦形天線(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)景覆蓋的賦形方向圖具有饋電網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單;天線(xiàn)整體損耗小;天線(xiàn)效率高;天線(xiàn)的體積小，重量輕的特點(diǎn)。特別適用于高鐵，高速公路 ，場(chǎng)館等特殊場(chǎng)景覆蓋。

三、龍勃透鏡天線(xiàn)在高容量場(chǎng)景的應(yīng)用驗(yàn)證

3.1應(yīng)用環(huán)境

河南科技職業(yè)大學(xué)占地1200多畝，建筑面積38萬(wàn)多平方米，擁有專(zhuān)任教師800多人，全日制在校生11000余人，校內(nèi)有教學(xué)樓、宿舍樓、食堂、操場(chǎng)等多個(gè)場(chǎng)景，是典型的熱點(diǎn)區(qū)域、高容量場(chǎng)景。校內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式為：以6個(gè)宏站做廣覆蓋、每棟宿舍樓做室內(nèi)分布吸熱的形式部署。目前校內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好，室內(nèi)分布系統(tǒng)以小區(qū)分裂的形式做了擴(kuò)容，網(wǎng)絡(luò)利用率基本正常，用戶(hù)感知良好。部分宏站目前雖已做了帶外擴(kuò)容，但網(wǎng)絡(luò)利用率仍然居高不下，用戶(hù)感知較差，急需改善容量問(wèn)題。

3.2試點(diǎn)龍勃透鏡天線(xiàn)選型

根據(jù)龍勃球天線(xiàn)的參數(shù)特性，本次測(cè)試使用的兩個(gè)龍勃透鏡天線(xiàn)是4波束天線(xiàn)，每個(gè)波束的水平半功率角30度，垂直半功率角30度，分別替換北操場(chǎng)南基站第一扇區(qū)和南操場(chǎng)東基站第三扇區(qū)，進(jìn)行高密度覆蓋。替換后北操場(chǎng)南基站第一扇區(qū)采用4個(gè)波束每個(gè)波束1個(gè)1800MhzRRU，另外第一波束合路一個(gè)2100Mhz RRU的形式，共使用了5個(gè)RRU，總帶寬140M，理論容量是之前1800MhzRRU+2100MhzRRU部署方式的2.8倍;南操場(chǎng)東基站第三扇區(qū)采用4個(gè)波束每個(gè)波束1個(gè)2100MhzRRU的形式，共使用了4個(gè)RRU，總帶寬80M，理論容量是之前單1800MhzRRU部署方式30M帶寬的2.67倍。

3.3應(yīng)用效果評(píng)估

經(jīng)過(guò)龍勃透鏡天線(xiàn)改造，并對(duì)校園的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行了一輪優(yōu)化后，在學(xué)校里進(jìn)行DT掃頻測(cè)試，并對(duì)改造前后的指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析如下。

3.3.1天線(xiàn)改造前后覆蓋對(duì)比

更換龍勃球天線(xiàn)后，通過(guò)DT測(cè)試，北操場(chǎng)南基站周?chē)骄鵕SRP由-78.07DBm提升至-75.04DBm，提升3.03DBm，大于-85DBm采樣點(diǎn)占比由72.7%提升到83.4%，提升10.7%;南操場(chǎng)東基站周?chē)骄鵕SRP由-79.15DBm提升至-75.18DBm，提升3.97DBm，大于-85DBm采樣點(diǎn)占比由74.8%提升到81.6%，提升6.8%。;基站周邊的覆蓋明顯改善。

3.3.2天線(xiàn)改造前后干擾對(duì)比

更換龍勃球天線(xiàn)后，北操場(chǎng)南基站周?chē)骄鵖INR由7.15提升至8.36，提升1.21，SINR大于6采樣點(diǎn)占比由56.4%提升到70.7%，提升14.3%;南操場(chǎng)東基站周?chē)骄鵖INR由7.09提升至8.49，提升1.4，SINR大于，6采樣點(diǎn)占比由51.2%提升到60.3%，提升9.1%。;基站小區(qū)間的干擾情況得到了有效控制。

3.3.3天線(xiàn)改造前后感知對(duì)比

在更換龍勃球天線(xiàn)后，北操場(chǎng)南基站周?chē)俾视?8.83Mbps提升至54.13Mbps，提升15.3Mbps，速率小于5Mbps采樣點(diǎn)占比由15.3%減少到4.5%，降低10.8%;南操場(chǎng)東基站周?chē)骄俾视?0.18Mbps提升至30.57Mbps，提升10.39Mbps，速率小于5Mbps采樣點(diǎn)占比由34.5%減少到16.4%，降低18.1%。。

對(duì)天線(xiàn)改造前投訴過(guò)上網(wǎng)速度慢、玩游戲卡頓的12名校內(nèi)用戶(hù)進(jìn)行回訪(fǎng)，用戶(hù)全部表示滿(mǎn)意。其中10名用戶(hù)表示上網(wǎng)或玩游戲體驗(yàn)正常，2名用戶(hù)表示上網(wǎng)速度有改善。

3.3.4天線(xiàn)改造前后日均流量對(duì)比

通過(guò)查詢(xún)網(wǎng)管指標(biāo)，天線(xiàn)改造為龍勃透鏡天線(xiàn)前北操場(chǎng)南基站和南操場(chǎng)東基站日均總流量397.6GB，改造后提升為日均649.3GB，提升63.3%。

3.3.5天線(xiàn)改造前后PRB資源利用率對(duì)比

天線(xiàn)改造前兩基站的平均PRB資源利用率最大值73.21%，天線(xiàn)改造后兩基站PRB資源利用率變化較平緩，最大值為41.24%，基站資源的整體利用率高的情況得到緩解。同時(shí)由于龍勃透鏡天線(xiàn)的覆蓋性能較好，可以對(duì)室內(nèi)流量進(jìn)行吸收，有效的解決了校園高容量場(chǎng)景的潮汐效應(yīng)問(wèn)題。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)河南科技職業(yè)大學(xué)北操場(chǎng)南和南操場(chǎng)東兩個(gè)基站的高業(yè)務(wù)小區(qū)進(jìn)行普通平板天線(xiàn)替換為4波束龍勃透鏡天線(xiàn)改造后的指標(biāo)對(duì)比，表明在高容量場(chǎng)景龍勃透鏡天線(xiàn)相對(duì)傳統(tǒng)平板天線(xiàn)具有覆蓋效果好、干擾控制容易、容量大、能有效解決容量潮汐效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平和質(zhì)量，改善用戶(hù)體驗(yàn)，降低用戶(hù)投訴。在實(shí)際應(yīng)用中也要注意到目前龍勃透鏡天線(xiàn)的成本較高，需要綜合考慮多種其他容量解決方案。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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