智能天线广播波束赋形应用探讨

许永炮

（中国移动通信集团福建有限公司福州分公司，福建 福州 350005）

智能天线广播波束赋形应用探讨

许永炮

（中国移动通信集团福建有限公司福州分公司，福建 福州 350005）

文章提供了调整广播波束赋形宽度的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，既达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能，解决了TD-SCDMA覆盖与自干扰的难点。

智能天线；波束宽度；场景

（一）引言

智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。该技术的运用大大降低了TD-SCDMA系统内部的干扰，提高了系统容量。然而这只适用于用户在通话过程中，智能天线对每个用户的上行信号均采用赋形波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到抑制干扰信号的目的，提高系统性能。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，基站不能知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射。因此优化广播信道及下行导频信道波束，不仅可以减少公共信道的干扰，提升系统性能，还能根据场景之需，因地制宜，达到良好覆盖效果。

（二）广播波束赋形的介绍

天线的垂直波瓣宽度和下倾角决定基站覆盖的距离，而天线的水平波瓣宽度和方位角度决定覆盖的范围。广播波束是在广播时隙形成，实现对整个小区的广播。TD系统中，在帧结构中为广播信道设置了专门的时隙。图1为TD帧结构图。

图1 TD帧结构图

波瓣宽度的大小反映了天线的能量辐射集中程度，波瓣宽度越窄天线主瓣(3dB角内)能量越集中，旁瓣对周边小区干扰也越小。对于广播信道全向赋形，全向天线的水平波瓣宽度均为 360度，定向天线的常见水平波瓣宽度有 30度、65度、90度、120度等多种。

对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可以根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，否则其辐射方向图形是不可能改变或很难调整的。而智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均能通过软件来优化，如图2。所以在TD系统中，广播波束赋形已经成为日常优化的一种参数方法。有了它，网优人员就可能轻松地根据实际环境之需，根据周边站点的间距、疏密程度来调整使用广播信道的波束赋形宽度，达到预期的效果。

图2 软件调整波束宽度

目前 TD系统不仅可以通过软件调整广播信道的波束宽度，还可以通过软件调整波束的水平方向、调整权值等。主要调整思路如表1。

表1 智能天线波束赋形调整

（三）场景应用探讨

1.密集城区场景

（1）场景特点

密集城区建筑物平均高度超过30米，建筑物较为密集，平均楼间距约10～20米；区域内通常存在大量写字楼、商场、店铺等建筑，区域内话务量密集、业务速率要求较高，是数据业务发展的重点区域。密集城区无线信号的传播环境复杂。

（2）优化建议

密集城区的TD-SCDMA网络，无线环境复杂，站点间距小，同时可能存在由于选址问题导致的站点布局不合理，容易产生大量由于阻挡导致的信号弱场或盲区、街道效应、拐角效应、越区覆盖、导频污染、乒乓切换等问题。该场景下广播波束宽度建议调整为65度，波束图参见图3。该波束主瓣能量集中在65度角的范围内，旁瓣干扰相对较小，配合天线的方向、下倾角可以较容易解决由于密集城区站间距相对较小导致的导频污染，可以合理地控制覆盖范围及切换带。

图3 65度天线水平与垂直波瓣图

2.一般城区场景

（1）场景特点

一般城区建筑物平均高度在30米以下，建筑物相对密集，平均楼间距约20米左右，区域内通常存在大量高度起伏不大的楼房、店铺或厂房，区域内话务量相对密集。在普通城区构建的TD-SCDMA网络，由于无线信号的传播环境相对复杂，同样也会遇到和密集城区类似的网络优化问题，如覆盖的弱场盲区、导频污染、同频干扰、街道效应等，这些都是造成网络性能指标差的主要原因。

（2）优化建议

一般城区的场景特点和网络问题与密集城区类似，优化思路也基本一致，广播波束宽度建议调整为65度为宜，主要是为了减少导频污染，覆盖距离可以通过下倾角来控制。

3.郊区场景

（1）场景特点

建筑物平均高度10～15米，建筑物较为稀疏，平均楼距约30～50米；区域内通常存在大量居民住宅小区、工厂、商铺等建筑；区域内话务量较低，可提供低速率数据业务，对覆盖需求较为迫切。

（2）优化建议

郊区构建的TD-SCDMA网络，由于站间距相对较大，弱覆盖问题相对比较多，个别地方也会存在导频污染、远端DwPCH对UpPCH的干扰、越区覆盖等网络优化问题。

图4 120度天线水平与垂直波瓣图

该场景下广播波束宽度建议调整为 120度，波束图参见图4。郊区场景站间距较大，住宅区分散，话务量较小，站点稀疏，该场景对覆盖的需求较高。比较65度波瓣，120度波瓣的特点在于覆盖较广、距离较短，在较广阔的范围内提供均匀的能量。配合方向、下倾角、功率的调整能够较好地解决郊区环境下的广度覆盖需求。

4.城乡结合部场景

（1）场景特点

城乡结合部筑物平均高度在20米以下，建筑物密集，平均楼间距约2米；区域内为出租房，话务量密集又相对较高。这种区域即要投入站点来加强覆盖，吸收潜在话务，又要最大程度减少站间的相互干扰。该场景是目前网络覆盖中使用宏基站最难处理的一种环境。

（2）优化建议

受城乡结合部特点影响，这种区域内覆盖与设备的投入成本成正比关系。在这种情况下，若考虑到成本因素，可以尝试将广播波束宽度调整为90度，波束图如图5。90度波瓣的覆盖范围介于65度与120度之间，旁瓣的干扰也介于65度与120度之间，所以使用90度波瓣可以在牺牲一部分干扰的情况下增加基站覆盖范围。

图5 90度天线水平与垂直波瓣图

5.高速公路（跨海大桥）场景

（1）场景特点

高速公路或跨海大桥这种带状环境，传播环境一般较理想，区域内话务稀疏，建站的目的主要是为了解决宏蜂窝公路广覆盖，覆盖目的性明确。

（2）优化建议

该场景下广播波束宽度建议调整为30度。该类型的波束宽度能将天线发射能量全部集中在一个较窄的波束带内，有效地增加主瓣覆盖的距离，同时由于旁瓣能量的减弱，旁瓣干扰抑制相对好于其它几种情况。

该波束正好符合高速公路及跨海大桥场景所需，尖锐的波束既可增加本站的覆盖距离，又可以降低信号对周边站点干扰，尤其在覆盖桥面时，可以较好控制波束的朝向，降低因海面镜面效应带来的相互干扰。

（四）广播波束赋形应用效果

以某市网络为例，采用细分方式，将TD覆盖区域细致划分成以上 5种类型，并根据类型需求，配合天线工程参数相应调整了 P-CCPCH广播波束赋形宽度。调整之后 P-CCPCH C/I效果明显。

图6 调整前的P-CCPCH C/I

图6 为调整之前某市的P-CCPCH C/I分布图，受建网之初保覆盖的影响，调整之前大部分区域采用120度宽度波瓣。图中显示，某市的东北角、东南角、以及西北角的城乡结合部都存在C/I较差的情况。

图7 调整后的P-CCPCH C/I

图7 为调整之后某市的P-CCPCH C/I分布图。在修正波瓣宽度后，大部分区域的C/I取得明显的改善。P-CCPCH C/I从调整前的97%左右提升到98.2%。

（五）总结

TD组网过程中最大的问题是信号覆盖与自干扰。P-CCPCH是小区广播信道，决定小区的覆盖范围，然而系统中受干扰最为严重的时隙正是P-CCPCH所位于的TS0与下行导频时隙。保证覆盖又减少 P-CCPCH干扰的办法很多，文章提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，既达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。

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1008-1151(2011)02-0016-02

2010-12-09

许永炮（1973－），男，福建罗源人，中国移动通信集团福建有限公司福州分公司工商管理硕士研究生。