基于多波束天线的TD-LTE容量覆盖方案分析

孙正辉，孙 露

（1.中国移动江苏公司网络部，南京 210000；2.中国移动徐州分公司工维部，徐州 221000）

1 引言

随着市场的发展，移动4G用户渗透率不断提升，加上响应国家提速降费高流量产品的经营，在高校、大型活动场馆等热点场景可用的站点资源有限，4G网络容量覆盖不能满足用户实际使用的需求，覆盖小区下的用户在特定时间点业务量大幅增加从而导致感知会有一定幅度的下降。

针对这种情况，需要一种能够低成本、易协调、快速实施来解决容量问题方案，进一步提升网络质量及用户感知。在常规手段继续增加容量和覆盖困难的情况下，我们可以尝试用另一种思路来改善解决问题，即从天馈链路着手来考虑，通过使用新型多波束天线多RRU开通解决方案有较大的优势。

本文围绕该方案从从增强容量、覆盖范围、覆盖重叠等阐述该方案及优化要点。

2 一种多波束部署方案

通过使用多波束天线多RRU开通多扇区，天线形成多个指向不同的波束，增益高、波束窄，避免扇区间干扰，实现高效率扩容，降低单扇区负荷，提升用户感知。

本方案已在多个地市移动公司进行了实际应用，在现网中多个站点正常开通；

2.1 多波束天线原理

多波束天线主要由波束形成网络以及天线阵组成，波束形成网络是多波束天线的关键技术，波束形成网络做为天线阵的馈电网络，可以控制天线阵输入端口的相位分布，从而实现不同指向的波束，巴特勒矩阵是一种广泛应用于多波束天线系统的波束形成网络，在理想情况下巴特勒矩阵是无耗网络，由巴特勒矩阵缩形成的每个波束都能获得整个天线提供的增益，并且所形成的多波束是正向的。

对于双波束天线，采用四列阵子，两个输入端口互相隔离，创新技术巴特勒馈电网络端口之间的高隔离性能够将两路输入信号分成90度相位差的四路射频信号，每个波束都利用整个天线针面的有效口径及天线增益形成高增益极窄波束，保证了两个波束互不干扰、减小系统内的互相干扰。

对于五波束天线，从5个不同的巴特勒输入端口输入射频信号，6个输出端口会产生不水平列不同相位差的信号，然后接入到天线阵列中，从而在水平面形成五个不同指向方向的波束，五个波束的垂直波瓣11.5度，精细化的波束控制，实现了网络信号的的立体精确覆盖。多波束天线和普通的高增益天线相比，明显提升了信号强度和宽度，改善信号的覆盖效果。

2.2 双波束天线的应用

双波束天线有Y1和Y2接口可以连接2台RRU，传统天线一般最多开通3个D频段20M小区进行容量承载，而通过采取双波束天线开通后，可以最多选择开通6个D频段20M小区；

图1 双波束天线水平方向图

图2 五波束天线水平方向图

图3 双波束天线容量加厚图

某地高校更换使用双波束天线，原有D1+D2+D3共3个小区，使用双波束天线开通D1+D2和D2+D3共4个小区，日均增加流量76G，增幅23.46%；晚间业务高峰时PRB利用率平均下降34.46%，感知体验速率平均改善23.82Mbps，游戏响应时延由163.23ms下降到了98.69ms。通过前后测试结果对比，双波束天线在覆盖宽度上较普通天线增加30度，等RSRP覆盖距离增加150米，等RSRP覆盖面积增加26.9%；Y1波束和Y2波束在距离基站100米内会有10度左右的重叠覆盖区域，根据中国移动集团MR采集标准重叠覆盖采样点占比0.46%，远低于阈值5%。

双波束天线实际应用于高校、中学等站点资源有限场景开通多小区承载业务效果较好。

2.3 五波束天线的应用

五波束天线有Y1-Y5接口，最多可连接5台RRU开通15个D频段20M小区，较传统天线多12个小区，且不同的小区因波束收缩覆盖范围缩小实现精准覆盖。

图4 五波束天线容量加厚图

在某地演唱会应用使用五波束天线的，原有某扇区D1+D2+D3共3个小区，使用五波束天线开通D1+D2、D2+D3、D1+D3、D1+D2、D2+D3共5组10个小区隔离插花组网。单天线吸收4G用户数增加1708，增幅 233%；10个小区的最大激活用户数为141，峰值上行PRB利用率在30.59%到63.46%之间，现场感知测试上传下载微信视频和照片均无卡顿缓冲现象，有效解决演唱会场景的4G网络上行受限问题。

五波束天线在覆盖宽度上较普通天线增加50度，等RSRP覆盖距离增加200米，等RSRP面积增加42.7%，Y1-Y5波束在距离基站80米内重叠覆盖区域在5度左右，开通的10个小区根据中国移动集团MR采集标准重叠覆盖采样点占比均低于1%。

3 小结

本文通过论述一种多波束天线方案在4G网络中的实际应用解决容量问题，双波束天线方案适用于各种高校、中学等负荷较高且站点资源有限场景；五波束天线适用于演唱会、运动会等大型活动保障的容量和覆盖需求，降低单小区负荷，提升用户上网速率，改善客户感知，增加客户黏性，从而带来业务收入的增加。

[1] 金超，张万才.多波束天线指向的校准[J].无线电通信技术，2003（06）.

[2] 栾帅，张涛，许珺.移动通信系统中多波束天线技术指标定义探讨[J].通讯世界，2015（16）.