孫學(xué)耕，鄭新旺

（1.福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院黨政辦，福建永安 366000；2.集美大學(xué)誠(chéng)毅學(xué)院信息工程系，福建廈門 361021）

目前智能天線廣泛地應(yīng)用于各個(gè)方面,被認(rèn)為是未來無線通信領(lǐng)域中最關(guān)鍵的技術(shù)之一[1].當(dāng)前最先進(jìn)的通信技術(shù)5G 網(wǎng)絡(luò)，智能天線作為實(shí)現(xiàn)大量用戶接入的先進(jìn)技術(shù)，可以發(fā)送定向信號(hào)，提高信號(hào)強(qiáng)度，擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍，從而提高系統(tǒng)的整體性能[2].

根據(jù)智能天線原理，天線廣播波束的形狀、能量主要通過天線權(quán)值參數(shù)的幅度值和相位值進(jìn)行控制， 通過改變n（各陣列輸入功率能量）和Φ（初始相位），可控制廣播波束的賦形、波束寬度、最大輻射指向及增益，從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)廣播波束的輻射優(yōu)化[3].但由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員水平參差不齊，部分人員缺乏LTE 智能天線理論知識(shí)和產(chǎn)品使用的相關(guān)培訓(xùn)，而智能天線產(chǎn)品眾多，功能較復(fù)雜，導(dǎo)致智能天線在運(yùn)用上存在錯(cuò)誤使用的情況.

文章通過LTE 單小區(qū)下的4 組智能天線權(quán)值實(shí)驗(yàn)和智能天線廣播波束角的天線方向圖仿真探討相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 智能天線權(quán)值路測(cè)實(shí)驗(yàn)

1.1.1 實(shí)驗(yàn)基本信息

測(cè)試小區(qū)： S-NLH-2（LTE 小區(qū)名），覆蓋對(duì)象主要為籃球場(chǎng)、田徑場(chǎng).

測(cè)試設(shè)備：安裝惠捷朗CDS7.1 軟件的筆記本電腦+華為MiFi5776+GPS.

測(cè)試區(qū)域：測(cè)試主區(qū)域在S-NLH-2 小區(qū)天線的主打方向，測(cè)試邊界為該區(qū)域內(nèi)的校園道路邊界、圍墻、障礙物等.測(cè)試路線由第一次測(cè)試生成，如圖1 所示.后續(xù)三次的測(cè)試路線同圖1.

圖1 測(cè)試路線

測(cè)試權(quán)值：S-NLH-2 小區(qū)的實(shí)際天線為京信公司ODS-090R12NV06，驗(yàn)證該天線兩種廣播波束下的天線權(quán)值和混用通宇公司TYDA-202616D4T6 天線權(quán)值，以及采用D 頻段無損權(quán)值下的覆蓋變化情況.四種路測(cè)實(shí)驗(yàn)天線權(quán)值表見表1.

1.1.2 測(cè)試方法

用CDS7.1 軟件鎖住測(cè)試小區(qū)的頻點(diǎn)和PCI（physical cell identifier，物理小區(qū)標(biāo)識(shí)），確保測(cè)試過程始終占用該小區(qū).根據(jù)設(shè)計(jì)的路線進(jìn)行道路驅(qū)車測(cè)試、操場(chǎng)內(nèi)步行測(cè)試，并盡量保持相同的速度.依次根據(jù)表1 的四種天線權(quán)值表通過測(cè)試小區(qū)的網(wǎng)管輸入天線權(quán)值文件中，并與網(wǎng)管修改人員確認(rèn)測(cè)試小區(qū)正常工作后開始進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試后用CDS 軟件統(tǒng)計(jì)RSRP 采樣點(diǎn)，分析測(cè)試結(jié)果.

表1 四種天線權(quán)值表（D 頻段）

1.2 仿真實(shí)驗(yàn)

目前現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)主要使用的智能天線廣播波束角度有30°、65°、90°三種類型，還有特殊場(chǎng)景使用無損權(quán)值.實(shí)驗(yàn)室仿真的京信天線權(quán)值表和無損權(quán)值（F 頻段）如表2 所示.

表2 京信天線權(quán)值表

2 結(jié)果與分析

2.1 四種天線權(quán)值路測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試經(jīng)CDS7.1 軟件按移動(dòng)日常測(cè)試規(guī)范導(dǎo)出數(shù)據(jù)后，以京信65°測(cè)試后的RSRP 采樣點(diǎn)為參照對(duì)象，另外3 種天線權(quán)值與各RSRP區(qū)間進(jìn)行采樣點(diǎn)對(duì)比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表3.

從表3 可見，采用與天線類型一致的京信65°的廣播波束權(quán)值RSRP 采樣點(diǎn)最多（6570），最少的是通宇65°（5471）.從RSRP 的采樣點(diǎn)分布也可以看出不同的天線權(quán)值對(duì)LTE 的覆蓋造成較大影響，與原天線類型（京信65°）的采樣點(diǎn)相比，其它天線權(quán)值在各區(qū)間段的采樣點(diǎn)變化較為明顯.根據(jù)中國(guó)移動(dòng)LTE 測(cè)試規(guī)范， RSRP＞-85dBm 屬于“極好點(diǎn)”的覆蓋范圍，在該區(qū)域的范圍內(nèi)LTE 終端具有良好的SINR和下行速率、上行速率.從RSRP＞-85dBm 的占比分析可知：無損權(quán)值最高（82.58%），其RSRP 區(qū)間[-70,-40]的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)增加了469個(gè)，對(duì)覆蓋的提升顯著；通宇65°天線權(quán)值在RSRP 區(qū)間＞-85dBm 的采樣點(diǎn)較京信65°減少了867 個(gè)；京信30°權(quán)值在[-70,-40]的采樣點(diǎn)增加38 個(gè)，在[-85,-70]區(qū)間的采樣點(diǎn)卻減少了274 個(gè)，說明部分區(qū)域覆蓋略有增強(qiáng)，部分區(qū)域覆蓋有所減弱.

表3 4 種天線權(quán)值RSRP 采樣點(diǎn)區(qū)間對(duì)比

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，混用不同的天線權(quán)值，會(huì)產(chǎn)生RSRP 覆蓋各區(qū)間的較大波動(dòng)，而這一波動(dòng)使覆蓋區(qū)域脫離了原有的覆蓋規(guī)劃目標(biāo)，可能導(dǎo)致LTE指標(biāo)劣化，影響用戶的感知度.此外，在一些特殊場(chǎng)景可以利用天線權(quán)值的變化特點(diǎn)，如在一些無法通過提升功率加強(qiáng)覆蓋的區(qū)域，采用無損權(quán)值進(jìn)行試用，但應(yīng)該對(duì)修改后的覆蓋區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試，避免引發(fā)新的覆蓋問題.

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

智能天線的權(quán)值調(diào)整會(huì)給覆蓋帶來不同的影響，為了能直觀感知天線的覆蓋區(qū)域情況，本文借助河北移動(dòng)與天線廠商京信通信公司合作研發(fā)的智能天線廣播波束賦形軟件進(jìn)行仿真.該軟件先后經(jīng)過可行性論證、微波暗室測(cè)試、外場(chǎng)測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化的過程，是移動(dòng)通信領(lǐng)域進(jìn)行天線權(quán)值核查、權(quán)值優(yōu)化的重要工具.

2.2.1 主要廣播波束角仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

目前現(xiàn)網(wǎng)主要使用的廣播波束角度有30°、65°、90°三種類型.通過表3 的天線權(quán)值，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2 至圖4.

圖2 30°廣播波束仿真圖

圖4 90°廣播波束仿真圖

圖3 65°廣播波束仿真圖

圖5 無損權(quán)值廣播波束仿真圖

從圖2 至圖4 實(shí)驗(yàn)室仿真結(jié)果可以看出，30°廣播波束權(quán)值設(shè)置具有主瓣窄、天線增益最高的特點(diǎn)，可以適用于高速路、高鐵線路以及一些局部深度覆蓋不足的特殊場(chǎng)景；65°廣播波束的寬度中等，增益也較強(qiáng)，適用于密集城區(qū)、一般城區(qū)的場(chǎng)景，既滿足城區(qū)站點(diǎn)密集、話務(wù)密集的需要，也兼顧深度覆蓋的需求，是當(dāng)前城區(qū)覆蓋的主要廣播波束角度；90°的廣播波束較寬，主瓣的增益也較好，可以用于廣域覆蓋的區(qū)域，比如郊區(qū)、農(nóng)村場(chǎng)景等.

目前主城區(qū)TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)普遍采用的是65°的廣播波束，若存在覆蓋問題路段，可以結(jié)合存在覆蓋問題的區(qū)域，綜合分析周邊小區(qū)智能天線波束設(shè)置，參考軟件仿真的賦形方向圖2 至圖4，通過改變廠家提供的廣播波束的角度權(quán)值達(dá)到增強(qiáng)或減弱小區(qū)覆蓋強(qiáng)度的目的，但在優(yōu)化中，需做好復(fù)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)控，避免產(chǎn)生新的網(wǎng)絡(luò)問題.

2.2.2 無損權(quán)值仿真結(jié)果

根據(jù)智能天線幅度權(quán)值的不同，可以分為有損權(quán)值和無損權(quán)值兩種模式.LTE 現(xiàn)網(wǎng)智能天線權(quán)值配置通常采用天線廠家建議權(quán)值配置，權(quán)值幅度值多采用有損配置方式（部分端口幅度激勵(lì)不為 1）.有損配置方式會(huì)引起波束權(quán)值損耗，使得實(shí)際天線廣播波束增益降低 2.5～4.0 dB，導(dǎo)致小區(qū)覆蓋范圍的減少[4].若利用天線的無損權(quán)值模式，可以獲得智能天線廣播波束增益的提升.根據(jù)中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)TDLTE 智能天線指導(dǎo)手冊(cè)，如F 頻段65°雙極化天線權(quán)值設(shè)置：幅度設(shè)置值[1,1,1,1]，相位[-75,-9,-9,-75]，與表3 中65°的權(quán)值設(shè)置的仿真結(jié)果在3 dB 半波功率角位置的增益提高了2.7 dB，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果見圖5.

仿真結(jié)果適用于對(duì)常規(guī)的功率調(diào)整和天線調(diào)整進(jìn)行覆蓋優(yōu)化，如果仍無法滿足覆蓋需求時(shí)，那么可以采用本實(shí)驗(yàn)無損權(quán)值的設(shè)置進(jìn)行增強(qiáng)覆蓋（但在使用時(shí)應(yīng)注意無損權(quán)值的工作頻段）.

3 結(jié)論

通過智能天線的廣播波束權(quán)值實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了不同的權(quán)值對(duì)RSRP 采樣點(diǎn)區(qū)間的變化情況.這表明在工程實(shí)際中，錯(cuò)誤地使用權(quán)值會(huì)給LTE 覆蓋帶來不明的影響.同時(shí)進(jìn)行了LTE智能天線主要廣播波束角度與特殊廣播波束權(quán)值的天線方向仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明通過權(quán)值改變，可以滿足不同適用場(chǎng)景.

由于實(shí)驗(yàn)是在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行的，測(cè)試終端鎖定測(cè)試小區(qū)時(shí)，周圍小區(qū)信號(hào)的干擾因素對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)造成一定的影響.后續(xù)需進(jìn)一步研究：關(guān)閉干擾測(cè)試小區(qū)的扇區(qū)后開展測(cè)試，以及增加測(cè)試區(qū)域的定點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證天線權(quán)值變化對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響.