多波束天线介绍

一、 多波束、劈裂天线 3.1. 应用场景 3.1.1. 密集城区场景 密集城区优化问题一直是网络优化难点之一，密集城区建站难，深度覆盖不足，个人用户私装放大器，导致网络上行底噪不断抬升，通话质量不断下降。 密集城区场景主要存在以下特点： ➢ 高话务压力：密集城区存在大量移动用户，话务量高，导致基站配置不断增加，网络干扰剧增 ➢ 深度覆盖不足：密集城区楼房建设密集，对无线信号的传播影响很大 ➢ 基站建设困难成本高：密集城区居民对移动基站比较敏感，建站选址困难。密集城区楼房建设密集，信号传播损耗大，依靠宏站和分布系统覆盖成本高 ➢ 干扰严重：载频多，无线环境复杂，内部干扰严重，而且容易对周边基站造成影响 ➢ 针对不同场景问题应用多波束天线可以有效解决以上问题，以下将结合实际案例介绍多波束天线的应用。通过多波束天线优秀的覆盖特性。在覆盖上做到精细控制，减少过覆盖、多重信号重叠造成的各种优化困难。在容量上，以需求为导向，提升网络容量，解决接入困难的问题。从而提高GSM1800信号在城中村深度覆盖能力，从而实现双频网话务均衡的目标，降低城中村私装直放站对GSM900网络造成的影响，提升用户感知。

3.1.2. 高话务场景 高话务场景是指在某个网络中，用户比较集中、话务水平高于其他区域的场景，例如校园、车站、机场、广场等。在这些场景中，由于用户数量庞大，周围的基站建设也比较集中。无线网络呈现强信号、强干扰、高负荷、高需求的特点。因为用户多而且相对集中，在很小的范围内需要较多的基站覆盖以保证容量，而过多的基站信号重叠会带来了干扰、频繁切换等问题，同时，控制覆盖的困难导致难以投入更多的载波资源，从而限制了网络容量，造成拥塞、接通问题。 高话务场景的优化一直是大中城市网络优化的难点，处于场景中的客户多数是网络敏感客户，对网络的轻微变化感知明显，容易造成网络投诉，这就要求高话务场景的优化要十分谨慎。另外，对高话务场景的优化要考虑到频率、小区容量、基站选址等问题，实施扩容看似简单的手段，在这种场景下受到种种限制而难以实施，或实施后产生很大的负作用。

3.2. 优化目标

3.2.1. 覆盖优化应用 通过更换多波束天线后，总体效果改善明显，达到预期目标，主要体现在： ➢ 信号覆盖得到提升，掉话指标得到改善。 ➢ 更换多波束天线后，上行信号分布相比普通天线有明显改善。 ➢ 覆盖区域信号的增强，大幅减少了上下行弱信号掉话。

天线改造前 天线改造后 3.2.2. 容量优化应用 高话务场景容量提升综合解决方案是以多波束天线应用为基础，结合目前广泛使用的多密度载频，可通过载频智能调度实现载频的自动扩、减容，应对高话务场景的话务突增和容量不足。天线覆盖的学生宿舍及工业区宿舍如下图：

3.2.3. 干扰质差优化应用 由于用户私装放大器，导致网络上行底噪不断抬升，随之而来的质差干扰问题日益严重。通过在揭阳城中村中使用多波束天线将话务吸收降低网中900M话务从而达到降低干扰的目的。天线覆盖区域图如下： 3.2.4. 重叠覆盖优化应用 W1湛新5、W1湛新6、W1湛新7基站属典型的密集城区覆盖区域站点，小区状况： ➢ 话务高度集中，数据流量需求大； ➢ 三个小区覆盖方位相近，重叠覆盖区域大，频率资源利用率低； ➢ 话务不均衡，小区配置高 小区改造前后天馈对比图： 更换前 更换后 覆盖示意图:

更换前 更换后 3.2.5. 高配置站点优化应用 将钟村D2、钟村D5两小区分别由10载波和18载波降低为8载波和10载波。钟村D2、D5小区和新增的钟村D7小区和D9小区共同接入五波束天线对原钟村D2、D5小区覆盖区域进行覆盖。既满足集团“三高”整治，又满足该地区高话务的需求。钟村基站改造如下表： 3.3. 规划原则 3.3.1. 多波束相控原理介绍 波束天线是针对当前GSM网络需求推出的高容量天线产品，即单个天线可以提供相当于传统天线多倍的网络容量，适用于高校校园、广场、火车站、城中村等人口密集的区域。 由于单个天线可以产生三个或五个双极化极窄波束，因此可应用于小区分裂扩容。同时，因为波束间具有足够高的隔离度，所以能够实现精确覆盖和抗干扰。 多波束天线是能够产生多个锐波束的天线，这些锐波束可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。

图一：多波束天线示意图 图二：多波束相控天线阵列—五波束 3.3.2. 多波束天线性能参数

天线类型 两波束 三波束 五波束 频率范围 824-960MHz,1710 - 2170 MHz 1710 - 2170 MHz 水平波瓣 3 x 37° 3 x 22° 5 x 13° 垂直波瓣 14° 12° 12° 增益 16.5dbi、19.5dbi 19 dBi 23dbi 极化方式 ± 45°双极化 回波损耗 > 15 dB 电下倾角 0-15°连续独立可调 6°固定 6°固定 上旁瓣抑制 18db 16dB 16dB 前后比 > 30 dB > 30 dB > 30 dB 端口隔离度——极化 > 25 dB > 25 dB > 25 dB 端口隔离度——波束 > 18 dB > 16 dB > 16 dB 功率容量 每端口500W 每端口300W 每端口300W 三阶互调 <-107 dBm(2 x43dBm) 天线尺寸 1480x508x120mm 798x436x124mm 862x836x117mm 天线重量 20kg 12kg 23kg 3.3.3. 多波束天线技术规格 天线水平方向图 3.3.4. 多波束天线技术优势 从每个端口馈入的信号通过一定的幅度相位关系分配到每个振子，在特定的方向上产生形成一系列对应的波束。每个波束都利用整个天线阵面的有效口径及天线增益形成高增益极窄波束； 创新技术巴特勒馈电网络端口之间的高隔离特性，降低蜂窝小区内同信道干扰(Butler Function)。

普通高增益天线通过压缩垂直波瓣的宽度（一般4至5度），以此来提高天线增益； 由于垂直波瓣过窄，只能依靠零点填充来提升覆盖范围内的信号强度，一般只能保证大于-22dB（定义主瓣信号强度为0dB），即波瓣下方的电平强度跟主瓣对比会下降22dB-25dB，信号强度远远满足不了覆盖需求； 五波束天线的垂直波瓣11.5度，同时在水平面上辐射出5个超高增益（22-23dBi）的窄波束信号（水平波束约为11度）。精细化的波束控制，实现了网络信号的立体精确覆盖； 自主研发生产的多波束天线整体设计科学，创新度高，增益高达23dbi，覆盖性能更优；多波束天线跟普通高增益天线对比，明显提升了信号强度，改善信号的覆盖效果； 波束间隔离度高（10dbi），三阶互调性能优秀（< -150 dBc），具备良好的抗干扰性； 简单通过硬件扩容，可轻松实现小区分裂，单根天线提供相当于传统天线多倍的网络容量； 适用范围广，适合城中村、车站、广场等各种高话务密度不同场景使用；

3.3.5. 多波束天线安装事项 多波束天线在高话务场景的典型应用是采用分布式基站BBU+RRU+多波束天线，例如五波束天线的典型应用示意如下：

在基站侧，用5 套多密度的RRU 与五波束天线连接，最大可实现对同一场景提供5*12=60 个载频的覆盖。对于现网已经采用RRU 设备的基站，只需更换天线即可实现。例如配置为4*11*11的基站利用三波束天线改造为12*11*12基站，改造示意图如下：

天线安装图如下： 3.4. 应用案例 3.4.1. 高话务场景解决方案 ➢ 目的 高话务场景容量提升综合解决方案包括多波束天线的应用和载频智能调度系统,对现网主要的改造在于多波束天线。 本次实验将对实验小区更换一面三波束天线，观察更换后原小区覆盖区域的整体业务量、拥塞及相关测试指标的变化，评估多波束天线对覆盖的改善情况。 对于载频智能调度系统的应用暂不实验。 ➢ 使用小区介绍 本次实验选定东城水厂D3 小区，同站各小区的基础信息如下表：

东城水厂D3 小区覆盖方向主要为东莞理工学院学生宿舍、运动场以及工业区等，现场勘察覆盖范围内的主要业务场景分布如下： 图二：东城水厂D3 小区覆盖场景示意图 从现场勘察的情况来看，这些场景与我们预期的情况相同。 ➢ 天线更换方案 对东城水厂D3 小区实施天线更换，原小区12 载波分裂为3 个小区，配置为6/6/8。分裂方案如下：

➢ 测试情况 现场DT 测试主要是为了验证多波束天线不同波束（小区）之间的信号重叠情况，通过观察在主服务小区覆盖范围内，同一个多波束天线发射的相邻小区信号强度、切换情况来验证波束之间是否会产生干扰。 （1）天线更换前的测试覆盖情况 在实施天线更换前，东城水厂D3 小区主要覆盖理工学校宿舍区及邻近的工业区员工宿舍。 在小区覆盖范围内，东城水厂D3 信号强度达到-73dB 左右，同站GSM900 小区信号虽强，但并不影响业务吸收。如下图所示为在理工学校宿舍区围墙外测试情况：

(2) 天线更换后的小区覆盖 原东城水厂D3 小区分裂为东城水厂D3、D4、D5 三个小区，在原覆盖范围内进行DT复测后，三个小区的覆盖范围示意如下： 东城水厂D5小区方向角为340 度，正向覆盖区域为上图中右上角位置。在测试过程中发现，D5小区正向有高楼玻璃外墙，造成信号反射，使D3小区的覆盖范围内接收到较强的D5小区信号。D3小区方向角为300度，应覆盖上图中左下角、左上角位置。 ➢ 东城水厂D3小区 东城水厂D3 小区正向覆盖范围内，测试观察D4\D5小区的电平情况如下：

东城水厂D4、D5的信号电平都远远低于主覆盖小区东城水厂D3小区，隔离度十分理想。到达小区边界时，信号正常向D4小区切换。 ➢ 东城水厂D4小区 东城水厂D4小区覆盖范围内测试情况如下：