新聞中心

News

天線基礎知識

發布時間: 2017-07-11
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,這時饋線終端沒有功率反射,饋線上沒有駐波,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。匹配的優劣一般用四個參數來衡量即反射系數,行波系數,駐波比和回波損耗,四個參數之間有固定的數值關系,使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中,用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ω。

駐波比:它是行波系數的倒數,其值在1到無窮大之間。駐波比為1,表示完全匹配;駐波比為無窮大表示全反射,完全失配。在移動通信系統中,一般要求駐波比小于1.5,但實際應用中VSWR應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統內干擾加大,影響基站的服務性能。

回波損耗:它是反射系數絕對值的倒數,以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間,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,無窮大表示完全匹配。在移動通信系統中,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,就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時,此電波就稱為垂直極化波;當電場強度方向平行于地面時,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在貼近地面時會在大地表面產生極化電流,極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減,而垂直極化方式則不易產生極化電流,從而避免了能量的大幅衰減,保證了信號的有效傳播。

因此,在移動通信系統中,一般均采用垂直極化的傳播方式。另外,隨著新技術的發展,最近又出現了一種雙極化天線。就其設計思路而言,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-45°兩副極化方向相互正交的天線,并同時工作在收發雙工模式下,大大節省了每個小區的天線數量;同時由于±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
天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力,它是選擇基站天線最重要的參數之一。

一般來說,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。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要,因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍,或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程,增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。另外,表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益,在各方向的輻射是均勻的;dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下,增益越高,電波傳播的距離越遠。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很重要的參數,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方向收發信號能力的一個指標,通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系)。

天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此,在一定范圍內通過對天線垂直度(俯仰角)的調節,可以達到改善小區覆蓋質量的目的,這也是我們在網絡優化中經常采用的一種手段。主要涉及兩個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(H-Plane 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,在扇區交界處的覆蓋越好,但當提高天線傾角時,也越容易發生波束畸變,形成越區覆蓋。角度越小,在扇區交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區交界處的覆蓋,而且相對而言,不容易產生對其他小區的越區覆蓋。在市中心基站由于站距小,天線傾角大,應當采用水平平面的半功率角小的天線,郊區選用水平平面的半功率角大的天線;垂直平面的半功率角(V-Plane 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,偏離主波束方向時信號衰減越快,在越容易通過調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。

1.5 前后比(Front-Back Ratio) 
表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線,天線的后瓣有可能產生越區覆蓋,導致切換關系混亂,產生掉話。一般在25-30dB之間,應優先選用前后比為30的天線。
案例 常見天線參數設置
電性能(Band 1)
技術參數        性能指標
增益Gain        16dBi
頻率范圍Frequency Range        870 --- 960 MHz
雙極化Polarisation Dual        Slant ± 45°
端口隔離度Isolation between ports        330 dB
水平平面-3dB 功率角 
Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth        65°
垂直平面-3dB 功率角
Vertical Plane -3dB Power Beamwidth         8°
水平面-10dB Power Beamwidth
Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth        125°
阻抗Impedance        50 Ohm
回波損耗Return Loss 870-960 MHz        316 dB
前后比Front to Back Ratio        325 dB
端口最大輸入功率Max Input Power per port        150 W
Electrical Downtilt        1 to 10°
Downtilt Setting Accuracy        ± 0.5°
電性能(Band 2)
增益Gain        16dBi
頻率范圍Frequency Range        1710-1880 MHz
雙極化Polarisation Dual        Slant ± 45°
端口隔離度Isolation between ports        330 dB
水平平面-3dB 功率角 
Horizontal Plane -3dB Power Beamwidth        65°
垂直平面-3dB 功率角
Vertical Plane -3dB Power Beamwidth         8°
水平面-10dB Power Beamwidth
Horizontal Plane -10dB Power Beamwidth        120°
阻抗Impedance        50 Ohm
回波損耗Return Loss 870-960 MHz        314 dB
前后比Front to Back Ratio        325 dB
端口最大輸入功率Max Input Power per port        125 W
電調下傾角度Electrical Downtilt        1 to 10°
電調下傾角度精確度Downtilt Setting Accuracy        ± 0.5°
電性能(一般)
連接器類型Connectors Type        7/16 DIN, N optional
機械性能
高度Height        2258 mm
寬度Width        400 mm
深度Depth        139 mm
額定風速度Rated Wind Speed        200 km/hr
Thrust at Wind Speed of 160 km/hr kgf 175
重量(除安裝機架)
Weight(excluding mounting brackets)        TBOutline Drawing No MK105
kg


第二講 天線的分類與選擇
移動通信天線的技術發展很快,最初中國主要使用普通的定向和全向型移動天線,后來普遍使用機械天線,現在一些省市的移動網已經開始使用電調天線和雙極化移動天線。由于目前移動通信系統中使用的各種天線的使用頻率,增益和前后比等指標差別不大,都符合網絡指標要求,我們將重點從移動天線下傾角度改變對天線方向圖及無線網絡的影響方面,對上述幾種天線進行分析比較。

2.1 全向天線 
全向天線,即在水平方向圖上表現為360°都均勻輻射,也就是平常所說的無方向性,在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束,一般情況下波瓣寬度越小,增益越大。全向天線在移動通信系統中一般應用與郊縣大區制的站型,覆蓋范圍大。 

2.2 定向天線 
定向天線,在在水平方向圖上表現為一定角度范圍輻射,也就是平常所說的有方向性,在垂直方向圖上表現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。定向天線在移動通信系統中一般應用于城區小區制的站型,覆蓋范圍小,用戶密度大,頻率利用率高。

根據組網的要求建立不同類型的基站,而不同類型的基站可根據需要選擇不同類型的天線。選擇的依據就是上述技術參數。比如全向站就是采用了各個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。一般在市區選擇水平波束寬度B為65°的天線,在郊區可選擇水平波束寬度B為65°、90°或120°的天線(按照站型配置和當地地理環境而定),而在鄉村選擇能夠實現大范圍覆蓋的全向天線則是最為經濟的。
2.3 機械天線 
所謂機械天線,即指使用機械調整下傾角度的移動天線。

機械天線與地面垂直安裝好以后,如果因網絡優化的要求,需要調整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現。在調整過程中,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。

實踐證明:機械天線的最佳下傾角度為1°-5°;當下傾角度在5°-10°變化時,其天線方向圖稍有變形但變化不大;當下傾角度在10°-15°變化時,其天線方向圖變化較大;當機械天線下傾15°后,天線方向圖形狀改變很大,從沒有下傾時的鴨梨形變為紡錘形,這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區內,在相鄰基站扇區內也會收到該基站的信號,從而造成嚴重的系統內干擾。

另外,在日常維護中,如果要調整機械天線下傾角度,整個系統要關機,不能在調整天線傾角的同時進行監測;機械天線調整天線下傾角度非常麻煩,一般需要維護人員爬到天線安放處進行調整;機械天線的下傾角度是通過計算機模擬分析軟件計算的理論值,同實際最佳下傾角度有一定的偏差;機械天線調整傾角的步進度數為1°,三階互調指標為-120dBc。

2.4 電調天線 
所謂電調天線,即指使用電子調整下傾角度的移動天線。

電子下傾的原理是通過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,改變合成分量場強強度,從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小,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,同時又使整個方向性圖在服務小區扇區內減小覆蓋面積但又不產生干擾。實踐證明,電調天線下傾角度在1°-5°變化時,其天線方向圖與機械天線的大致相同;當下傾角度在5°-10°變化時,其天線方向圖較機械天線的稍有改善;當下傾角度在10°-15°變化時,其天線方向圖較機械天線的變化較大;當機械天線下傾15°后,其天線方向圖較機械天線的明顯不同,這時天線方向圖形狀改變不大,主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,整個天線方向圖都在本基站扇區內,增加下傾角度,可以使扇區覆蓋面積縮小,但不產生干擾,這樣的方向圖是我們需要的,因此采用電調天線能夠降低呼損,減小干擾。

另外,電調天線允許系統在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進行調整,實時監測調整的效果,調整傾角的步進精度也較高(為0.1°),因此可以對網絡實現精細調整;電調天線的三階互調指標為-150dBc,較機械天線相差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,組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發雙工模式下,因此其最突出的優點是節省單個定向基站的天線數量;一般GSM數字移動通信網的定向基站(三扇區)要使用9根天線,每個扇形使用3根天線(空間分集,一發兩收),如果使用雙極化天線,每個扇形只需要1根天線;同時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對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天線的優點,在移動通信網中使用雙極化天線同電調天線一樣,可以降低呼損,減小干擾,提高全網的服務質量。如果使用雙極化天線,由于雙極化天線對架設安裝要求不高,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覆蓋方向固定在鐵柱上即可,從而節省基建投資,同時使基站布局更加合理,基站站址的選定更加容易。
對于天線的選擇,我們應根據自己移動網的覆蓋,話務量,干擾和網絡服務質量等實際情況,選擇適合本地區移動網絡需要的移動天線:
--- 在基站密集的高話務地區,應該盡量采用雙極化天線和電調天線;
--- 在邊、郊等話務量不高,基站不密集地區和只要求覆蓋的地區,可以使用傳統的機械天線。

我國目前的移動通信網在高話務密度區的呼損較高,干擾較大,其中一個重要原因是機械天線下傾角度過大,天線下傾角度過大,天線方向圖嚴重變形。要解決高話務區的容量不足,必須縮短站距,加大天線下傾角度,但是使用機械天線,下傾角度大于5°時,天線方向圖就開始變形,超過10°時,天線方向圖嚴重變形,因此采用機械天線,很難解決用戶高密度區呼損高、干擾大的問題。因此建議在高話務密度區采用電調天線或雙極化天線替換機械天線,替換下來的機械天線可以安裝在農村,郊區等話務密度低的地區。

第三講 移動通信系統天線安裝規范
由于移動通信的迅猛發展,目前全國許多地區存在多網并存的局面,即A、B、G三網并存,其中有些地區的G網還包括GSM9000和GSM1800。為充分利用資源,實現資源共享,我們一般采用天線共塔的形式。這就涉及到天線的正確安裝問題,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來衡量,通常要求隔離度應至少大于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,實踐證明,在天線間距相同時,垂直安裝比水平安裝能獲得更大的隔離度。
  總的來說,天線的安裝應注意以下幾個問題:
  (1)定向天線的塔側安裝:為減少天線鐵塔對天線方向性圖的影響,在安裝時應注意:定向天線的中心至鐵塔的距離為λ/4或3λ/4時,可獲得塔外的最大方向性。
  (2)全向天線的塔側安裝:為減少天線鐵塔對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,天線總應安裝于棱角上,且使天線與鐵塔任一部位的最近距離大于λ。
  (3)多天線共塔:要盡量減少不同網收發信天線之間的耦合作用和相互影響,設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,應優先采用垂直安裝。
  (4)對于傳統的單極化天線(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,這時必須增加基建投資,以擴大安裝天線的平臺,而對于雙極化天線(±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滿足互調對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覆蓋方向固定在鐵柱上即可。

小 結
--- 離開鐵塔平臺距離: >1M
--- 天線間距:
--- 同一小區分集接收天線: >3M
--- 全向天線水平間距: >4M
--- 定向天線水平間距: >2.5M
--- 不同平臺天線垂直間距: >1M
--- 收發天線除說明書特別指明不可倒置安置。
--- 處于避雷針保護范圍內。
--- 天線方位:對于定向天線,第一扇區北偏東60度,第二扇區正南方向,第三扇區北偏西60度。
--- 天線傾角:保證天線實際傾角符合SE設計要求,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 移動通信系統天線參數調整
4.1 天線高度的調整 
天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關。一般來說,我們用儀器測得的信號覆蓋范圍受兩方向因素影響:
一是天線所發直射波所能達到的最遠距離;
二是到達該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。

900MHz移動通信是近地表面視線通信,天線所發直射波所能達到的最遠距離(S)直接與收發信天線的高度有關,具體關系式可簡化如下:
  S=2R(H+h)
  其中:R-地球半徑,約為6370km;
  H-基站天線的中心點高度;
  h-手機或測試儀表的天線高度。
  由此可見,基站無線信號所能達到的最遠距離(即基站的覆蓋范圍)是由天線高度決定的。

GSM網絡在建設初期,站點較少,為了保證覆蓋,基站天線一般架設得都較高。隨著近幾年移動通信的迅速發展,基站站點大量增多,在市區已經達到大約500m左右為一個站。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,否則會嚴重影響我們的網絡質量。其影響主要有以下幾個方面:
  a. 話務不均衡。基站天線過高,會造成該基站的覆蓋范圍過大,從而造成該基站的話務量很大,而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且被該基站覆蓋,話務量較小,不能發揮應有作用,導致話務不均衡。
  b. 系統內干擾。基站天線過高,會造成越站無線干擾(主要包括同頻干擾及鄰頻干擾),引起掉話、串話和有較大雜音等現象,從而導致整個無線通信網絡的質量下降。   

     c. 孤島效應。孤島效應是基站覆蓋性問題,當基站覆蓋在大型水面或多山地區等特殊地形時,由于水面或山峰的反射,使基站在原覆蓋范圍不變的基礎上,在很遠處出現"飛地",而與之有切換關系的相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到,這樣就造成"飛地"與相鄰基站之間沒有切換關系,"飛地"因此成為一個孤島,當手機占用上"飛地"覆蓋區的信號時,很容易因沒有切換關系而引起掉話。
4.2 天線俯仰角的調整 
    天線俯仰角的調整是網絡優化中的一個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角可以使天線至本小區邊界的射線與天線至受干擾小區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,使基站實際覆蓋范圍與預期的設計范圍相同,同時加強本覆蓋區的信號強度。
  在目前的移動通信網絡中,由于基站的站點的增多,使得我們在設計市區基站的時候,一般要求其覆蓋范圍大約為500M左右,而根據移動通信天線的特性,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遠遠大于500M的,如此則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏大,從而導致小區與小區之間交叉覆蓋,相鄰切換關系混亂,系統內頻率干擾嚴重;另一方面,如果天線的俯仰角偏大,則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏小,導致小區之間的信號盲區或弱區,同時易導致天線方向圖形狀的變化(如從鴨梨形變為紡錘形),從而造成嚴重的系統內干擾。因此,合理設置俯仰角是保證整個移動通信網絡質量的基本保證。

     一般來說,俯仰角的大小可以由以下公式推算:
  θ=arctg(h/R)+A/2
  其中:θ--天線的俯仰角
  h--天線的高度
  R--小區的覆蓋半徑
  A-天線的垂直平面半功率角

    上式是將天線的主瓣方向對準小區邊緣時得出的,在實際的調整工作中,一般在由此得出的俯仰角角度的基礎上再加上1-2度,使信號更有效地覆蓋在本小區之內。

4.3 天線方位角的調整 
        天線方位角的調整對移動通信的網絡質量非常重要。一方面,準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預期的相同,保證整個網絡的運行質量;另一方面,依據話務量或網絡存在的具體情況對方位角進行適當的調整,可以更好地優化現有的移動通信網絡。
  根據理想的蜂窩移動通信模型,一個小區的交界處,這樣信號相對互補。與此相對應,在現行的GSM系統(主要指ERICSSON設備)中,定向站一般被分為三個小區,即:
  A小區:方位角度0度,天線指向正北;
  B小區:方位角度120度,天線指向東南;
  C小區:方位角度240度,天線指向西南。
  在GSM建設及規劃中,我們一般嚴格按照上述的規定對天線的方位角進行安裝及調整,這也是天線安裝的重要標準之一,如果方位角設置與之存在偏差,則易導致基站的實際覆蓋與所設計的不相符,導致基站的覆蓋范圍不合理,從而導致一些意想不到的同頻及鄰頻干擾。

     但在實際的GSM網絡中,一方面,由于地形的原因,如大樓、高山、水面等,往往引起信號的折射或反射,從而導致實際覆蓋與理想模型存在較大的出入,造成一些區域信號較強,一些區域信號較弱,這時我們可根據網絡的實際情況,對所地應天線的方位角進行適當的調整,以保證信號較弱區域的信號強度,達到網絡優化的目的;另一方面,由于實際存在的人口密度不同,導致各天線所對應小區的話務不均衡,這時我們可通過調整天線的方位角,達到均衡話務量的目的。當然,在一般情況下我們并不贊成對天線的方位角進行調整,因為這樣可能會造成一定程度的系統內干擾。但在某些特殊情況下,如當地緊急會議或大型公眾活動等,導致某些小區話務量特別集中,這時我們可臨時對天線的方位角進行調整,以達到均衡話務,優化網絡的目的;另外,針對郊區某些信號盲區或弱區,我們亦可通過調整天線的方位角達到優化網絡的目的,這時我們應輔以場強測試車對周圍信號進行測試,以保證網絡的運行質量。

4.4 天線位置的優化調整 
    由于后期工程、話務分布以及無線傳播環境的變化,在優化中我們曾遇到一些基站很難通過天線方位角或傾角的調整達到改善局部區域覆蓋,提高基站利用率。為此就需要進行基站搬遷,換句話說也就是基站重新選點過程。

     下文摘錄了我們平時做規劃時的一些經驗。
(1) 基站初始布局 
基站布局主要受場強覆蓋、話務密度分布和建站條件三方面因素的制約,對于一般大中城市來說,場強覆蓋的制約因素已經很小,主要受話務密度分布和建站條件兩個因素的制約較大。基站布局的疏密要對應于話務密度分布情況。

     但是,目前對大中城市市區還作不到按街區預測話務密度,因此,對市區可按照:
     (a) 繁華商業區;
     (b) 賓館、寫字樓、娛樂場所集中區;
     (c) 經濟技術開發區、住宅區;
     (d)工業區及文教區;等進行分類。

     一般來說: 
     (a)(b)類地區應設最大配置的定向基站,如8/8/8站型,站間距在0.6~1.6km;
     (c) 類地區也應設較大配置的定向基站,如6/6/6站型或4/4/4站型,基站站間距取1.6~3km;
     (d) 類地區一般可設小規模定向基站,如2/2/2站型,站間距為3~5km;若基站位于城市邊緣或近郊區,且站間距在5km以上,可設以全向基站。

     上幾類地區內都按用戶均勻分布要求設站。郊縣和主要公路、鐵路覆蓋一般可設全向或二小區基站,站間距離5km-20km左右。

結合當地地形和城市發展規劃進行基站布局:
    a. 基站布局要結合城市發展規劃,可以適度超前;
    b. 有重要用戶的地方應有基站覆蓋;
    c. 市內話務量"熱點"地段增設微蜂窩站或增加載頻配置;
    d. 大型商場賓館、地鐵、地下商場、體育場館如有必要用微蜂窩或室內分布解決;
    e.在基站容量飽和前,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,網絡規劃工程師要與建設單位以及相關工程設計單位一起,根據站點布局圖進行站址的選擇與勘察。市區站址在初選中應作到房主基本同意用作基站。初選完成之后,由網絡規劃工程師、工程設計單位與建設單位進行現場查勘,確定站址條件是否滿足建站要求,并確定站址方案,最后由建設單位與房主落實站址。選址要求如下:
--- 交通方便、市電可靠、環境安全及占地面積小。
--- 在建網初期設站較少時,選擇的站址應保證重要用戶和用戶密度大的市區有良好的覆蓋。
--- 在不影響基站布局的前提下,應盡量選擇現有電信樞紐樓、郵電局或微波站作為站址,并利用其機房、電源及鐵塔等設施。
--- 避免在大功率無線發射臺附近設站,如雷達站、電視臺等,如要設站應核實是否存在相互干擾,并采取措施防止相互干擾。
--- 避免在高山上設站。高山站干擾范圍大,影響頻率復用。在農村高山設站往往對處于小盆地的鄉鎮覆蓋不好。
--- 避免在樹林中設站。如要設站,應保持天線高于樹頂。
--- 市區基站中,對于蜂窩區(R=1~3km)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,對于微蜂窩區基站則選低于建筑物平均高度的樓房設站且四周建筑物屏蔽較好。 
--- 市區基站應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或同頻干擾的站址。
--- 市區兩個網絡系統的基站盡量共址或靠近選址。
--- 選擇機房改造費低、租金少的樓房作為站址。如有可能應選擇本部門的局、站機房、辦公樓作為站址。


第五講 鏈路及空間無線傳播損耗計算
5.1 鏈路預算 

上行和下行鏈路都有自己的發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。在上行鏈路,從移動臺到基站的限制因數是基站的接受靈敏度。對下行鏈路來說,從基站到移動臺的主要限制因數是基站的發射功率。通過優化上下行之間的平衡關系,能夠使小區覆蓋半徑內,有較好的通信質量。

一般是通過利用基站資源,改善網絡中每個小區的鏈路平衡(上行或下行),從而使系統工作在最佳狀態。最終也可以促使切換和呼叫建立期間,移動通話性能更好。圖5-01是一基站鏈路損耗計算,可作為參考。

圖5-01 
上下行鏈路平衡的計算。對于實現雙向通信的GSM系統來說,上下行鏈路平衡是十分重要的,是保證在兩個方向上具有同等的話務量和通信質量的主要因素,也關系到小區的實際覆蓋范圍。

下行鏈路(DownLink)是指基站發,移動臺接收的鏈路。
上行鏈路(UpLink)是指移動臺發,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 - LPdown
   式中:
PinMS 為移動臺接收到的功率;
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為基站發射天線的增益;
Cori為基站天線的方向系數;
GaMS為移動臺接收天線的增益;
GdMS為移動臺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;
PoutMS為移動臺的輸出功率;
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;
GaMS為移動臺發射天線的增益;
GdBTS為基站接收天線的分集增益;
Gta為使用塔放的情況下,由此帶來的增益;
LPup為上行路徑損耗。

根據互易定理,即對于任一移動臺位置,上行路損等于下行路損,即:
LPdown = LPup
設系統余量為DL ,移動臺的惡化量儲備為DNMS ,基站的惡化量儲備為DNBTS,移動臺的接收機靈敏度為MSsense,基站的接收機靈敏度為BTSsense, Lother為其它損耗,如建筑物貫穿損耗、車內損耗、人體損耗等。于是,對于覆蓋區內任一點,應滿足:
PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense
PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense
上下行鏈路平衡的目的是調整基站的發射功率,使得覆蓋區邊界上的點(離基站最遠的點)滿足:
PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense
于是,得到了基站的最大發射功率的計算公式:
PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS
5.2 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建筑物的外層結構時所受到的衰減,它等于建筑物外與建筑物內的場強中值之差。

建筑物的貫穿損耗與建筑物的結構、門窗的種類和大小、樓層有很大關系。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900MHz頻段,綜合國外測試結果的數據:
--- 中等城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物,貫穿損耗中值為10dB,標準偏差7.3dB;郊區同類建筑物,貫穿損耗中值為5.8dB,標準偏差8.7dB。

--- 大城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物,貫穿損耗中值為18dB,標準偏差7.7dB;郊區同類建筑物,貫穿損耗中值為13.1dB,標準偏差9.5dB。

--- 大城市市區一金屬殼體結構或特殊金屬框架結構的建筑物,貫穿損耗中值為27dB。
由于我國的城市環境與國外有很大的不同,一般比國外同類名稱要高8---10dB。

對于1800MHz,雖然其波長比900MHz短,貫穿能力更大,但繞射損耗更大。因此,實際上,1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規范3.30中提到,城市環境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB,農村為10dB。一般取比同類地區900MHz的貫穿損耗大5---10dB。

◆ 人體損耗
對于手持機,當位于使用者的腰部和肩部時,接收的信號場強比天線離開人體幾個波長時將分別降低4---7dB和1---2dB。

一般人體損耗設為3dB。

◆ 車內損耗
金屬結構的汽車帶來的車內損耗不能忽視。尤其在經濟發達的城市,人的一部分時間是在汽車中度過的。
一般車內損耗為8---10dB。

◆ 饋線損耗
在GSM900中經常使用的是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dB。


5.3 無線傳播特性
移動通信的傳播如圖5-02中的曲線所示,總體平均值隨距離減弱,但信號電平經歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點周圍地形地物對信號反射,使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化,若移動臺在沒有任何障礙物的環境下移動,則信號電平只與發射機的距離有關。所以通常某點信號電平是指幾十米范圍內的平均信號電平。這個信號的變化呈正態分布。標準偏差對不同地形地物是不一樣的,通常在6-8dB左右。快衰落是疊加在慢衰落信號上的。這個衰落的速度很快,每秒可達幾十次。除與地形地物有關,還與移動臺的速度和信號的波長有關,并且幅度很大,可幾十個dB,信號的變化呈瑞利分布。快衰落往往會降低話音質量,所以要留快衰落的儲備。         


圖5-02
無線電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡單的一種。自由空間是滿足下述條件的一種理想空間:1. 均勻無損耗的無限大空間,2. 各項同性,3. 電導率為零。應用電磁場理論可以推出,在自由空間傳播條件下,傳輸損耗Ls的表達式為:
Ls=32.45+20lgf+20lgd
自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關。當f 和d擴大一倍時,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dB,如圖5-03所示。

圖5-03
陸地移動信道的主要特征是多徑傳播,實際多徑傳播環境是十分復雜的,在研究傳播問題時往往將其簡化,并且是從最簡單的情況入手。僅考慮從基站至移動臺的直射波以及地面反射波的兩徑模型是最簡單的傳播模型。兩徑模型如圖5-04所示,應用電磁場理論可以推出,傳輸損耗Lp的表達式為:Lp=20lg(d2/(h1*h2))

圖5-04
5.4 常用的兩種電波傳播模型
◆ Okumura電波傳播衰減計算模式
GSM900MHz主要采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計算模式。該模式是以準平坦地形大城市區的中值場強或路徑損耗作為參考,對其他傳播環境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。不同地形上的基本傳輸損耗按下列公式分別預測。

L(市區)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)
L(郊區)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(鄉村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(開闊區)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(林區)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

其中:
f----工作頻率,MHz
h1---基站天線高度,m
h2---移動臺天線高度,m
d----到基站的距離,km
a(h2)---移動臺天線高度增益因子,dB
a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中,小城市)
=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)
s(a)---市區建筑物密度修正因子,dB;
s(a)=30-25lga (5%<a≤50%)
=20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%)
=20 (a≤1%)</a≤5%)
< /a≤50%)
◆ Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計算模式
GSM 1800 MHz主要采用歐洲電信科學技術研究聯合推薦的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"電波傳播衰減計算模式。該模式的特點是:從對眾多城市的電波實測中得出的一種小區域覆蓋范圍內的電波損耗模式。

分視距和非視距兩種情況:
(1) 視距情況
基本傳輸損耗采用下式計算
L=42.6+26lgd+20lgf
(2) 非視距情況
基本傳輸損耗由三項組成:
L=Lo+Lmsd+Lrts
Lo=32.4+20lgd+20lgf
a)Lo代表自由空間損耗 
b)Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗
c)Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。

不管是用哪一種模式來預測無線覆蓋范圍,只是基于理論和測試結果統計的近似計算由于實際地理環境千差萬別,很難用一種數學模型來精確地描述,特別是城區街道中各種密集的、下規則的建筑物反射、繞射及阻擋,給數學模型預測帶來很大困難。因此。有一定精度的預測雖可起到指導網絡基站選點及布點的初步設什,但是通過數學模型預測與實際信號場強值總是存在差別。由于移動環境的復雜性和多變性,要對接受信號中值進行準確計算是相當困難的。無線通信工程上的做法是,在大量場強測試的基礎上,經過對數據的分析與統計處理,找出各種地形地物下的傳播損耗(或接受信號場強)與距離、頻率以及天線高度的關系,給出傳播特性的各種圖表和計算公式,建立傳播預測模型,從而能用較簡單的方法預測接受信號的中值。
5.5 參考覆蓋標準
大城市繁華市區室內覆蓋電平:-70dBm
一般市區室內覆蓋電平:-80 dBm
市區室外覆蓋電平:-90 dBm
鄉村:-94 dBm
 
展開
自拍亚洲欧美无码