4G LTE特型窄波天线在高层场景的深度覆盖研究

朱 斌 王海飞

中邮建技术有限公司

0 引言

随着4G LTE网络用户的发展以及城市现代化发展，用户在网络中的分布趋于立体化。从目前4G LTE网络投诉分布分析，中高层用户网络投诉占较大比重，且难于解决，如图1所示。

图1 某地市用户投诉空间分布图

日常网络优化过程中解决室内用户投诉的方法有限，一是解决周期长；二是容易引入新的问题。以新建室分系统和安装微型直放站为例：

（1）新建室分系统。与室外新建单站相比，室分系统的新建，协调难度大、系统部署复杂、建设周期长、投入成本高，导致短期内无法满足用户亟待解决的网络使用需求。

（2）4G LTE微型直放站安装。通过微型直放站放大信号，对投诉用户居所进行覆盖，临时解决单个用户4G LTE网络使用问题，但微型直放站维修率较高，一旦出现设备故障容易对周边形成干扰，影响其他用户正常使用，加大网络干扰排查的难度。

在高层建筑物中，高层用户业务使用问题主要是覆盖问题，为了解决这一问题，寻找一种针对高层建筑覆盖的特型窄波天线，对其高层覆盖性能进行研究，掌握该类天线的覆盖特性，根据其覆盖特性将研究成果应用到实际网络中，解决中高层网络覆盖问题。

1 研究方法

1.1 研究对象

本次研究以DENGYO天线APU20-171XSNSH为对象，其覆盖特点是水平波瓣与垂直波瓣接近相同、旁瓣以及后瓣较小，覆盖收敛较好，应用场景类型较适合高层楼宇，可有效控制覆盖范围，避免旁瓣信号对周围无线覆盖环境的污染。如图2、图3所示。

图2 天线覆盖方向图

图3 天线电气参数

1.2 研究方法

本次窄波天线覆盖性能研究，将选择天线极限覆盖距离300m左右的场景进行研究，另外再选择符合天线覆盖要求的场景进行研究。通过多场景研究更多地了解该特型天线在不同场景下的覆盖性能。

具体研究方法步骤为：

（1）选取合适的场景进行研究，场景要求为已建LTE站点，传播方向上存在高层建筑；

（2）对现有4G LTE站点天线进行勘察，记录基础工程参数后拆除，安装特型窄波天线，并按照天线挂高、覆盖距离等参数计算天线上抬角，设定天线上抬角；

（3）天线安装设定好方位角，上抬角后，对目标覆盖高层进行CQT测试，研究天线覆盖特性。

2 测试验证

2.1 场景选择

2.1.1 大于300m场景

根据天线覆盖所需条件，进行场景选择。经过筛选，将覆盖场景设定在LTE站点现代之星_50小区，高层建筑覆盖目标为尚城绿园内高层住宅：19、20、21栋。

研究参数设定，如图4所示。

通过现场勘察，将天馈工程参数设定为：方位角195度（小于规定入射45度），上倾角：10度，利用天馈3dB半功率角的下波瓣覆盖。

图4 （大于300m场景）研究参数设定示意图

目标覆盖场景，如图5所示：

图5 （大于300m场景）覆盖目标

2.1.2 大于100m小于200m场景

通过勘察筛选，将大于100m小于200m覆盖场景设定为4G LTE站点市政公司覆盖妇幼保健医院。

研究参数设定，如图6所示。

通过对现场参数计算，在窄波天线平打（机械倾角为0度）时，垂直半功率角将在距离天线156m的楼栋上覆盖54m，此高度已经覆盖目标建筑物1/3，旁瓣可能会对地面以及周围道路产生影响。故利用窄波天线下瓣覆盖较合理，将窄波天线上倾角设定为10度。

图6 （大于100m小于200m场景）研究参数设定示意图

目标覆盖场景，如图7所示：

图7 （大于100m小于200m场景）覆盖目标

2.1.3 综合场景

通过勘察筛选，将嘉德花园作为特型天线覆盖研究对象。区政府LTE站点对嘉德花园楼栋覆盖场景较为全面，既存在大于100m小于200m场景，也存在大于50m小于100m场景。天线覆盖方向正对15栋和19栋，并对两侧楼栋12栋以及18栋进行CQT测试研究。

研究参数设定，如图8所示。

通过对现场参数计算，在窄波天线平打（机械倾角为0度）时，垂直半功率角将在距离天线135m的楼栋上覆盖46m，下半功率波瓣将覆盖23m高度，距离地面只有10m。底层覆盖目前主要利用宏站进行覆盖，为了避免窄波天线在底层以及道路上的覆盖，设定窄波上倾角为10度。

图8 （综合场景）研究参数设定示意图

目标覆盖场景，如图9所示：

图9 （综合场景）覆盖目标

2.2 测试结果

2.2.1 尚城绿园（大于300m场景）测试结果

各楼栋占用特型天线小区（PCI：280）RSRP（单位：dBm）分布统计如表1所示。

（数据搜集说明：天馈调整后，测试主要在住户门外、走道等公共区域进行1分钟以上的遍历测试，获取覆盖场强，后台分析软件进行统计平均。下同。）

表1 特型天线扇区在各楼层覆盖统计表（大于300m场景）

21F -102 -87 -86 -92 -106 20F -96 -108 -97 -96 -92 19F -107 -90 -84 -87 -111 18F -95 -109 -96 -97 -94 17F -105 -84 -88 -95 -108 16F -90 -95 -100 -108 -98 15F -105 -87 -92 -93 -106 14F -91 -102 -108 -100 13F -112 -86 -95 -94 -107 12F -91 -88 -109 -109 11F -109 -89 -103 -110 10F -99 -102 -112 -107 9F -110 -90 -102 -107 8F -98 -106 -115 -122 7F -100 -98 6F -92 -92 -123 5F -107 4F -103 3F 2F -105 1F

从整体测试RSRP分布分析：

（1）主要覆盖目标楼宇19～21栋，利用特型天线下半波瓣覆盖，覆盖能力收敛于6楼；

（2）旁瓣在较近的16栋收敛效果较差；在距离较远的18栋旁瓣收敛较好；

（3）通过场强分析，该场景下，垂直方向：特型天线覆盖高度为152m；水平方向：特型天线覆盖长度为160m。

2.2.2 妇幼保健医院（大于100m小于200m场景）测试结果

各楼层占用特型天线小区（PCI：75）RSRP（单位：dBm）分布统计如表2所示。

表2 特型天线扇区在各楼层覆盖统计表（大于100m小于200m场景）

8F -89 -83 -89 -85 7F -86 -80 -84 -87 6F 手术、实验室不允许测试5F 4F -86 手术、实验室不允许测试3F -110 -107 -117 2F 1F

通过对妇幼保健医院住院部测试数据分析：

（1）特型天线在测试楼栋内覆盖能力主要分布在4楼以上（4～18楼）；

（2）在中距离（100m～200m）场景下，特型天线在目标建筑物内整体覆盖良好，垂直覆盖距离上收敛于4楼。

2.2.3 嘉德花园（综合场景）测试结果

各楼栋占用特型天线小区（PCI：291）RSRP（单位：dBm）分布统计如表3所示。

表3 特型天线扇区在各楼层覆盖统计表（综合场景）

16F -95 -99 -99 15F -92 -88 -93 14F -91 -95 -93 13F -90 -93 -90 12F -96 -99 -94 11F -94 -93 10F -105 -90 -93 9F -92 -96 -99 8F -101 -91 7F -98 6F -96 -109 -96 5F -98 -99 -95 4F -93 -108 -99 3F -110 2F -107 -110 -113 1F

通过对嘉德花园综合场景测试研究如下：

（1）特型天线下调整后覆盖较普通天线覆盖强；

（2）主测试楼栋15栋、19栋楼层基本都占用特型天线信号；两侧楼栋中距离较近的12栋70%的楼层占用特型天线信号，较远的18栋基本无占用；

（3）通过场强分析，该场景下，垂直方向：特型天线覆盖高度为120m+（估算）；水平方向：特型天线覆盖长度为160m。

2.3 结论

通过对特型天线的场景分类研究对比，特型天线由于其较好的收敛性，不易产生覆盖泄露，能够对高层小区形成有效覆盖，解决中高层用户覆盖问题。其建设周期短于室分建设周期，建设成本低于室分建设成本。

3 经验总结

3.1 传统天线与特型天线对比

以嘉德花园为例将特型天线与普通天线进行覆盖对比，统计表如表4所示。

表4 特型天线与普通天线在各楼层覆盖统计对比表（综合场景）（普通天线与特型天线工程参数一致，天线主打方向：15栋、19栋）

从上表可以看出，特型窄波天线能够有效解决中、高层覆盖问题：

（1）普通天线的旁瓣覆盖宽度大于特型窄波天线。

（2）在垂直覆盖方向上的RSRP分布，特型天线覆盖强度强于普通天线。

3.2 整体使用结论

3类场景的特型天线CQT测试分析结论如下：

（1）通过对主覆盖楼栋以及辅覆盖楼栋测试，特型天线在垂直平面以及水平面覆盖距离基本一致；

（2）通过对这3类场景分析研究，该天线覆盖较适合小于200m以下场景；

（3）特型天线在下瓣上某个点会存在突变过程，下波瓣边缘收敛性较好；

（4）该类型天线可用在室内分布系统无法建设时的补充方案，保证用户深度覆盖需求。

4 结束语

综上所述，高层建筑深度覆盖方案模型，可利用已建LTE站点天面，更换特型窄波天线，将LTE扇区进行分裂，一个扇区负责目标楼栋的底层覆盖以及周边道路覆盖，一个扇区负责中高层楼栋的深度覆盖，可同时解决垂直维度以及水平维度覆盖。