大倾角天线在网络优化中的应用

黄亮

（中国联通长沙分公司，长沙 410000）

1 概述

随着WCDMA网络的深入发展，长期以来高站的过远覆盖问题一直困扰着我们。如何有效改善高站附近的网络质量，切实提高用户网络感知，已成为分公司亟待解决的问题。为解决这一难题，本文创新性地提出采用大下倾角天线来抑制现网超高基站过远覆盖问题的新思路。

2 小区过远覆盖原因及影响分析

2.1 基站过远覆盖现象产生的原因

基站站址间距、地形地物数据和基站天线挂高、方向角、倾角、发射功率等参数是网络规划过程中重要的参考因素。由于对规划站点周边的地理环境不熟悉，进行的一些不合理的规划设计，如天线选型错误，很可能会造成信号过远覆盖的问题。网络规模的不断扩大，无线环境越来越复杂，扇区间干扰，因过远覆盖导致的导频污染问题也会随之增加。另外在日常优化中，天线倾角调整是较为常用的手段，如果对天线性能不了解而调整过度，会造成天线波瓣变形，导致过远覆盖。同时，在密集城区内，由于建站条件限制较多，会出现超高基站和超低基站的情况，导频信号越区覆盖的情况也随之出现。

2.2 过远覆盖基站对网络的影响

对于基站越区覆盖的4个特性和网络现状，我们进行了以下具体分析。

2.2.1 孤岛效应

基站的越区覆盖，会造成切换错误，进而产生大量的切换失败，最终由于无法切换导致掉话。例如小区A越区覆盖在小区B中，而在小区B的邻区列表中未添加小区A，那么用户占用小区A中后，在其移动过程中或者小区A信号突然变弱时，因无法切换至信号良好的小区B，最终在小区A不可用时，将发生切换失败直至掉话。

2.2.2 计费不准

因市场竞争激烈，通信运营商制定出了种类繁多的资费套餐，小区基站号是计费系统中重要的计算依据。比如在某个校园内出现一个非校园内基站计费内的小区，势必会造成计费错误，造成用户投诉。

2.2.3 基站拥塞

由于基站的越区覆盖、覆盖范围和区域较原规划区域要大，那么基站所吸收话务将比预计要高，导致小区信道拥塞、掉话率升高和切换成功率降低，用户会出现接入较慢甚至无法接入，影响用户正常使用。

2.2.4 前反向链路不平衡

越区覆盖会导致基站小区前反向链路不平衡，明显的感知结果是终端显示信号很强，但是无法正常通话，主叫能正常拨号，但拨号后无反应，被叫能振铃，但是无法通话，因此过远覆盖的小区是网络优化工作中需要重点解决的问题。

3 小区过远覆盖的解决方法

（1）功率调整。此方案是将扇区导频功率下调，达到控制信号覆盖距离的目的，但对于超高站点，效果并不理想。

（2）下压天线。通过下压天线的俯仰角，达到控制信号覆盖距离的目的。普通的机械天线下倾角下压不能超过8°，否则天线波束会严重变形。如果是普通的电调天线，下压倾角可以副度更大，但普通电调天线的电倾一般只能调整至10°，对于超高基站仍显不足，且对于上旁瓣的抑制效果不理想，会造成在机械倾角加电调倾角的联合作用下上旁瓣带来一些非预期的覆盖，特别是超高基站场景，这种由上旁瓣导致的过远覆盖较为明显。

（3）搬迁基站。通过将整站搬迁至附近其它地点，以达到降低天线高度的目的。此种方法成本过高，且在城区站址资源非常紧张，无太多替代站址选择。

（4）安装大下倾角天线。大下倾角天线是基于现有电调天线技术进行进一步的优化和结合而成的新产品，其电下倾角可实现6°～26°大范围调整，并且此种天线带有上旁瓣抑制功能，真正实现了对信号过远覆盖问题的有效解决，是解决城区超高基站过远覆盖的理想方案。

4 大下倾角天线的技术特点

4.1 大下倾角技术的实现

（1） 通过对馈电网络线缆的长度及电流的静态配置，实现6°范围的内置下倾角。

（2）通过高精度移相器技术，实现10°～26°范围的可调下倾角。

4.2 上旁瓣抑制技术的实现

4.2.1 上旁瓣的影响

基站天线除了主瓣以外还有旁瓣，也称副瓣，由于其会对覆盖产生严重的干扰，所以必须通过技术手段将其抑制。业内对上旁瓣抑制的标准为小于-16 dB，即以天线最大增益为基准点（归一化为0 dB），上旁瓣必须小于最大增益点16 dB以上，越小越好。

4.2.2 上旁瓣抑制理论仿真分析

无赋形的方向图不利于覆盖，一般的基站天线都需要对垂直面方向图进行赋形，通过公式1可以看出想得到高副瓣抑制的方向图，必须使用不同的单元方向图或不同的激励。如果采用不同的单元方向图需要开发不同的振子，而振子的研发周期太长（一般需要1年以上），故采用不同的振子不现实。

剩下的选择就是采用不同的激励或者采用不同的边界条件获得不同的单元方向图，进而对方向图赋形，达到副瓣抑制的效果。目前设计天线通常采用这种方式进行对方向图赋型，而采用此类方式，一般可以对上旁瓣抑制达到约16 dB以上。因此，天线赋形是对上旁瓣抑制的关键所在，目前增益达到15 dBi以上的天线均为赋形天线。天线赋形前后，垂直波瓣对比情况如图2所示。

图1 无赋形的垂直面方向图

图2 测试数据图形对比

图2为在暗室测试天线在0°下倾赋形前后的各方向波瓣的变化情况，黑色为赋形前的波瓣情况，蓝色为赋形后的波瓣情况，可以发现天线赋形后，对上旁瓣的抑制非常明显，且并非只针对第一旁瓣。

5 应用与效果

红星水库基站是典型的超高站，站高100 m，该站使用的天线为多年前安装的普通电调天线，目前下倾已调至18°，仍存在严重越区情况，从MR分析，大量用户在距该小区2～3 km的区域内，仍使用该扇区信号接入。更换大下倾角天线后（天线性能对比见表1所示），MR分析接入距离明显下降，见图3所示，道路实测站下覆盖明显增强。

图3为天线换装前后基于MR的用户接入分布对比情况，可以看出天线换装后，从1 600～6 000 m各区间的用户接入数均有明显下降。

表1 天线性对比

在有效覆盖范围内，大下倾角天线优异性能得到完美体现，通过上旁瓣抑制和零点填充，覆盖距离明现缩短，站下覆盖强度明显提升。

6 结束语

长期以来，高站的过远覆盖问题一直困扰着我们。不可否认高站对于广覆盖和密集安置小区的有效穿透覆盖效果无可比拟，但同时所带来的过远覆盖、干扰等问题让优化人员痛并快乐着。调参数、降功率、压天线一切手段用尽，也无法解决，随着4G网络的到来，更是“谈高色变”。通过对红星水库基站3扇区换装大下倾角天线，该扇区过远覆盖情况得到明显改善，由此案例可以充分证明大下倾角天线是抑制高站过远覆盖问题的利器，它实现了对高站和超高站的救赎，为实现精准优化和进一步提升无线网络质量，提供了可靠手段。

图3 天线换装前后基于MR的用户接入分布对比图

后续需关注两类问题：

（1）从运维成本角度出发，对需要换装天线的基站，应充分考虑3G/4G两个网络的需求。即对3G/4G均需要换装大下倾角天线的基站应考虑使用馈线端口为4端口的天线。

（2）目前对于网络信号小区深度覆盖的要求越来越高，我们可以利用此次机会，提出新的需求，要求天线厂商提供在大下倾角功能的基础上再增加窄波瓣高增益功能的天线。如果能使用此种天线，不但能有效抑制高站信号覆盖过远的问题，还能加强网络信号的穿透能力。另外，相较于单纯的大下倾角天线，大下倾角窄波瓣高增益天线能有更强的天线波瓣抑制能力，可谓一举两得。