劈裂天线横置覆盖高层楼宇的应用

刘华宾 宋涛

【摘要】利用定向天线水平半功率角大于垂直半功率角的特点，结合劈裂天线的特性，理论分析天线横置覆盖高层的可行性与注意事项，通过具体站点的实践测试，验证劈裂天线横置覆盖高层楼宇的应用效果，为解决城区高层楼宇网络覆盖提供又一种有效的建设方式。

【关键词】天线横置;劈裂天线;高层覆盖

1.引言

现代城市规划建设中，高层建筑如高档写字楼、高层宾馆、居民楼等越来越多。众所周知，高层建筑大多存在弱覆盖、导频污染等问题，一般通过建设室内分布系统的方式解决，而室分建设存在谈点困难、建设成本高及覆盖效果差等问题，结合现阶段极化天线的一些特性，考虑利用室外天线横置的办法覆盖高层。

2.可行性分析

一般情况下，市区室外覆盖选取的天线水平半功率角为65°，垂直半功率角为11°，增益为15.5dBi，为了覆盖效果考虑一般会对其设置下倾角度，导致其主要覆盖对象为天线挂高的下方范围，而城区天线挂高在35m左右时，高出天线挂高的高层建筑无法覆盖，即使有信号也是弱信号或者所谓漂移信号，信号的稳定性和强度难以保证。为了达到覆盖整栋高层建筑的目的，考虑将天线横置，即利用天线水平半功率角远远大于垂直半功率角的特点，使天线改变原来水平和垂直辐射方向，增大垂直覆盖宽度，以达覆盖整栋高层的目的。

3.天线横置覆盖高度

3.1 天线垂直安装覆盖高度

正常情况下，天线的垂直半功率角较小，通常在11°左右，要覆盖较高的楼层时，要求天线到覆盖目标的距离足够远。但覆盖距离越远，信号强度越弱，导致覆盖目标的深度覆盖不足，且天线均有一定的下倾角，这就给高于天线挂高部分的垂直覆盖造成一定的困难。

天线垂直安装覆盖楼宇高度见图1。

图1 天线垂直放置覆盖效果图

注：h：天线挂高;D：天线与覆盖目标的水平距离;H：天线的垂直覆盖高度;a：垂直半功率角。

可计算出垂直的覆盖高度：

H=D*tag（a/2）。

3.2 天线水平安装覆盖高度

图2 天线水平放置覆盖效果图

注：天线水平放置覆盖高度的计算与垂直放置时相似，即天线水平放置时把天线的水平半功率角当作天线垂直放置时的垂直半功率角，天线的垂直半功率角当作天线垂直放置时的水平半功率角。h：天线挂高;D：为天线与覆盖目标的水平距离;H：为天线的水平覆盖高度;a：为水平半功率角。

可计算出垂直覆盖高度：

H=D*tag（a/2）。

正常情况下，天线的水平半功率角较大，有65°、90°等可以选择，要覆盖较高的楼层时，覆盖高度肯定大于垂直放置时的覆盖高度，这就给高于天线挂高部分的垂直覆盖带来很大的方便，即使在距离较近时也可以达到比较理想的覆盖高度。

表1为天线横置时计算出的高楼覆盖宽度和覆盖高度。

表1 覆盖宽度（垂直半功率角决定）

A（垂直半功率角-°） D（天线与覆盖目标距离-m） 2H（覆盖宽度-m）

11 50 10

11 100 19

11 150 29

11 200 39

11 250 48

11 300 58

表2 覆盖高度（水平半功率角决定）

A（水平半功率角） D（天线与覆盖目标距离） 2H（覆盖高度）

65 50 64

65 100 127

65 150 191

65 200 255

65 250 319

65 300 382

由表2可以看出，天线横置时，只要保证天线和覆盖目标的距离达到50m，即可覆盖64m高的楼宇，相当于20层楼高度。

4.劈裂天线在CDMA网络中的应用

劈裂天线是在一个天线罩实体中集成两副双极化天线方式，并采用波束赋形技术制作而成的，相比于普通天线，劈裂天线增益下降更快，劈裂天线内两个扇区间的重叠区域更小，更有利于减少软切换和更软切换，结合BTS的小区分裂技术，劈裂天线能提高系统的通信质量并提供更大的网络容量。

根据劈裂天线的相关特性及仿真测试，劈裂天线主要用于：

（1）局部高话务、高负荷、频率资源紧张区域

随着用户的快速发展，热点区域话务量不断提升，很多地区出现话务量高负荷状况，网络扩容迫在眉睫。目前中国电信CDMA一共只有7个频点，随着话务的不断提升，部分区域已经出现频率资源紧张的局面，采用常规的增加载波扩容方式已经不是最优方式，这就需寻找其它网络扩容方式来增加网络容量。

（2）天面空间不理想的小区分裂

站点资源及天面资源是各运营商网络基站中最宝贵的资源，由于城市的不断发展及居民对电磁环境认识日益提高，城区特别是居民区、CBD商业街区的基站建设难度不断加大。采取普通天线进行小区分裂改造（一般是3付天线变成6付天线）的方式提高网络容量难度很大，劈裂天线可降低对天面环境的要求，使小区分裂难度大大降低。

5.忻州师院高层宿舍采取天线横置覆盖案例

忻州师院位于山西省忻州市忻府区，目前院本部的在校全日制普通本专科生8300余人、成人教育本专科生近2000人，教职工近1100人，师生规模已超万人。在校大学生一直是通信消费的主力军，随着学校电信用户的逐渐增多，以及E机通的成功推广，该校校园内电信用户已达近万人。随着用户数的猛增，原本位于校内2#公寓的通信基站已超负荷运行，尤其在高峰时段，主教学楼及宿舍区已出现严重拥塞。

通过网络测试，A宿舍楼和B宿舍楼由于层数较高（25F），导频污染比较严重，而综合教学楼由于宿舍楼遮挡严重，楼内已处于弱覆盖区域，为了切实保障校园的通信稳定和畅通，在化学生物楼和图书馆各新增一副劈裂天线并横置，对B宿舍楼和A宿舍楼进行覆盖，在综合教学楼的辅楼新增一副普通定向天线并横置以覆盖综合教学楼。具体建设方案：

A宿舍楼：1BBU+2RRU（室外交流）+1副劈裂天线（抱杆横置安装）;

B宿舍楼：1BBU+2RRU（室外交流）+1副劈裂天线（抱杆横置安装）;

综合教学楼：1BBU+1RRU（室外交流）+1副普通定向天线（抱杆横置安装）。

图3 忻州师院覆盖示意图

图4 忻州师院综合教学楼天线横置覆盖示意图

图5 忻州师院宿舍楼A和B劈裂天线横置覆盖示意图

通过后期网络测试，采取天线横置的覆盖楼宇网络质量良好，且有效分担了原2#公寓楼顶基站的话务负荷，网络拥塞明显下降，大大降低了由于网络拥塞带来的用户投诉，避免了学生用户的流失。

6.天线横置注意事项

利用定向板状天线的水平波瓣特性，用天线横置的方法覆盖高层楼宇，各运营商在现网中已有少量应用，根据天线的波形特征，结合工程实际建设，考虑天线横置需注意以下事宜：

（1）防水

天线由垂直放置改为水平放置，由下出线改为侧出线，这将对天馈及接口的防水工程质量提出更高要求。接口建议应用“L”型接头，旨在提升天馈系统的防水性能。但由于相邻阵元间只有75mm的间距，所以防水胶带的施工不是很方便。

（2）固定

天线改为水平放置后，相（下转第106页）（上接第102页）应的背板紧固件需重新定制，角度调节卡也要重新配置。另外相对于普通安装方式，天线横置使水平面积增大，水平的风阻变大，这就对天线的方位固定提出了更高的要求，是否需要两个抱杆固定？或者设计“T”型抱杆？都需要实际测试决定。

（3）零点填充及附瓣抑制

传统的天线应用中，为了避免塔下黑且保证覆盖连续，常常要求天线垂直方向图具有零点填充功能。而天线横置以后，原来垂直面的下附瓣及零点填充作用在很大程度上可能会带来相反的效果（越区等等）。当然，原有天线的上附瓣抑制作用还是应该保留。此处在实际应用中可以考虑在天线侧后部架设反射板，但是最好在天线的设计过程中就将垂直下附瓣的增益尽可能降低且半功率角减小（目前是7度左右），反射板的应用应慎重，因为可能会引起波瓣的畸变，需实际测试决定。

参考文献

[1]黄嘉铭，张绍景.劈裂天线在CDMA无线网络建设中的应用[J].广东通信技术，2010，12.

[2]关于天线水平波瓣垂直覆盖高层楼宇的问题[Z].上海贝尔，2010，10.

[3]TD-SCDMA室外智能天线横置覆盖高层建筑[Z].天津移动计划部TD项目组，2011.

作者简介：

刘华宾，2006年毕业于南京邮电大学，通信工程学士，主要从事CDMA工程设计工作。

宋涛，2010年毕业于太原理工大学，电路与系统硕士，主要从事CDMA工程设计工作。