网络优化中天线参数优化

1. 网络优化中天线参数优化 姚中兴 教授 西安海天天线科技股份有限公司 2003年6月

2. 目 录 一、无线网络系统的组成 二、无线覆盖与小区划分 三、实现无缝隙覆盖 四、无线覆盖与网络营运性能的关系

3. 一、无线网络系统的组成

4. 第一个界面为基站与用户的界面。该界面通过基站天线实现无线覆盖，完成用户与网络之间的信息交换。第一个界面为基站与用户的界面。该界面通过基站天线实现无线覆盖，完成用户与网络之间的信息交换。 第二个界面是网络容量的规划与设置。 第三个界面为基站与控制系统的各种无线参数的设定。（小区用户登记切换电平设置--------）。 由此可看出整个网络包括三部分。第一部分是无线覆盖，它是构成网络营运的基础。没有好的无线覆盖就不会有好的网络营运性能。

5. 第二部分是频点的规划与设置，它是限定网络的容量。第三部分是各种无线参数的正确设置。因此，网络优化的内容就包括这三部分内容的优化：第二部分是频点的规划与设置，它是限定网络的容量。第三部分是各种无线参数的正确设置。因此，网络优化的内容就包括这三部分内容的优化： 1．无线覆盖，确定网络服务的范围； 2．信道设置，确定网络的容量； 3．控制参数的设置，确定网络的工作性质。 长期以来，各移动通信公司对网络优化工作一直没有停止过。在网络优化方面投入了大量的人力、物力，付出了艰辛的劳动。但是，以前的网优工作

6. 主要注重设备参数等方面，对基站天馈线的优化注重较少，造成网络优化中基础与高层优化脱节，网络的性能并没有得到明显改善。随着移动通信事业的不断发展及用户要求的不断提高，对网络营运质量提出了更高要求。因此，今后网络优化应更有针对性。应该从基础层作起，确保网络设备的正常运行，充分发挥现有网络的资源。由于长期以来其他层次参数的优化工作做的比较完善。因此，今后网 优的重点应转移到基础层既天馈系统优化，并已成当务之急。 • 无 线 • 参数优化 • 频点规划优化 • 天馈系统的优化

7. 上图形象地说明了网络优化的结构。要提高网络的性能，打造一个金牌网络首先要保证基础层的工作正常。我们知道网络优化是在系统正常运行状态下对系统的设备、软、硬件参数的全面调整，但在实际网优工作中往往只注意到设备的软硬件参数优化（既最高层优化）而忽略了优化的最基础的工作。2002年度，我们对移动和联通公司部分省市在网基站进行了全面巡检，发现天馈系统安装不规范，天馈系统故障，天线选型不当造成网络性能不佳的原因占到80%以上。天馈系统的好坏是决定基础天线覆盖好坏的决定因素。也是决定网络性能好坏的基础。上图形象地说明了网络优化的结构。要提高网络的性能，打造一个金牌网络首先要保证基础层的工作正常。我们知道网络优化是在系统正常运行状态下对系统的设备、软、硬件参数的全面调整，但在实际网优工作中往往只注意到设备的软硬件参数优化（既最高层优化）而忽略了优化的最基础的工作。2002年度，我们对移动和联通公司部分省市在网基站进行了全面巡检，发现天馈系统安装不规范，天馈系统故障，天线选型不当造成网络性能不佳的原因占到80%以上。天馈系统的好坏是决定基础天线覆盖好坏的决定因素。也是决定网络性能好坏的基础。 • 无线覆盖的优化主要是解决无线覆盖的范围与覆盖区内无线覆盖质量优化。

8. 二、无线覆盖与小区划分 由VHF、UHF的电波传播特性可知，一个基站仅能在有效的电波覆盖区内为用户服务，这样的覆盖区称为无线小区（基站区），服务区（业务区）是指移动通信网所能提供的正常业务的范围，业务区通常由若干个无线小区组成，无线小区的划分和服务区的组成应按用户区域分布覆盖区形状及业务要求，并根据地形电波传播特点、话务分布、经济指标等方面，综合考虑确定采用什么样区域划分及组成。

9. 由于电波传播的损耗是随着距离的增加而增加，并与地形环境密切相关。另外，手机的功率的有限性决定了移动台与基站之间的距离是有限的，也决定了无线小区的范围的有限性，当然小区范围的大小还与小区内话务量的分布有关。

10. 业务区与无线小区的结构： 1、带状网：主要应用于覆盖公路、铁路、跨海桥梁、海岸等。

11. 2、蜂窝网：在平面区域内划分小区通常采用蜂窝状结构。 小区的形状可分为正三角形、正四边形、正六边形。

12. 单个区域形状 相邻区域中心距离 单个区域面积 正三角形 R 正四边形 正六边形 ¾√3 R2 √2 R 2R2 √3 R 2.6R2

13. 可看出，正六边形相邻区域中间间距最大，覆盖面积最大。在业务区域面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的形状，因为它所需的基站数最少，最经济，由于它与蜂窝相同，故称蜂窝网。可看出，正六边形相邻区域中间间距最大，覆盖面积最大。在业务区域面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的形状，因为它所需的基站数最少，最经济，由于它与蜂窝相同，故称蜂窝网。

14. 微微 蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝 蜂窝小区根据它的面积大小可分为： 微微 蜂窝 微蜂窝 宏蜂窝

15. 宏蜂窝小区：1公里以上（主要用于郊区、一般市区）宏蜂窝小区：1公里以上（主要用于郊区、一般市区） 保证连续覆盖（满足低容量） 高速移动业务（车载通信） 较适合于低速数据传输 基站功率大

16. 微蜂窝小区：数百米（主要用于繁华市区） 满足大容量 较低移动性业务（步行） 较适合于较高速率数据业务 较多用户的话音业务 基站功率较低

17. 微微蜂窝小区：室内系统 高容量业务 适合于业务密集区 一般用于室内分布系统

18. 对于蜂窝小区的激励通常为中心激励与顶点激励，在每个小区中基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖，这就是中心激励。也可将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三付相同120度上行定向天线实现覆盖，这就是顶点激励。对于蜂窝小区的激励通常为中心激励与顶点激励，在每个小区中基站可设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖，这就是中心激励。也可将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三付相同120度上行定向天线实现覆盖，这就是顶点激励。

19. 区群的组成：相邻小区不能用相同的信道，相同信道的小区之间应有足够的距离进行隔离，避免出现同频干扰，这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区群的小区才能进行信道再用。区群的组成：相邻小区不能用相同的信道，相同信道的小区之间应有足够的距离进行隔离，避免出现同频干扰，这些不同信道的小区组成一个区群，只有不同区群的小区才能进行信道再用。

20. 区群的组成应满足： (1)区群之间可以邻接且无空隙、无重叠的进行覆盖； (2)邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间距离相等。 满足上述条件的区群内的小区数不是任意的，可以证明，区群内的小区数应满足N = i2 + ij +j2，式中ij均为正整数。

21. 0 1 2 3 4 1 1 3 7 13 21 2 4 7 12 19 28 3 9 13 19 27 37 4 16 21 28 37 48 i N j

23. 小区分裂：在整个服务区中，每个区的大小可以是相同的，这适用于用户密度均匀分布的情况，对于用户密度不均匀的情况，在高密度区可使小区面积小一些，在低密度区小区面积大一些，对于已规划好的蜂窝网随着城市建设的发展，原来低密度用户区可能变成高密度用户区，这需要扩充小区容量，其中一个重要方法是使小区面积变小，增加新的基站，这就叫小区分裂。

25. 三、实现无缝隙覆盖 1、一般城市市区的蜂窝网的小范围覆盖。 2、城市郊区、县城、乡镇、风景点、公路、铁路等低话务量地区广度覆盖。 3、城市室内、商场、地铁、地下停车场等深度覆盖。

26. 对于不同业务区采用不同的覆盖要求： (1)公路、铁路、基站 应用环境具有话务量低、用户高速移动的特点，必须重点解决覆盖问题，一般可采用带状覆盖，采用双向小区在穿过乡镇、县城时可采用三扇区体制或全向体制，在覆盖中天线的选择很重要，天线的方向图应和覆盖地区相匹配。

27. (2)途径郊区、村镇的道路覆盖 此时对话务量及覆盖均具一定的需求，可采用01、02、S111、O+S型基站，天线的选择主要考虑覆盖距离，选择不带内置电下倾天线，如基站附近有覆盖要求时，应考虑避免塔下黑，可采用内置电下倾天线或赋形天线。

28. (3)郊区覆盖 若接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密，此时应注意控制覆盖及干扰，若接近农村，则覆盖为主，建议不采用全向站，要采用定向站，可采用65度、90度的定向天线。天线下倾角由垂直波束与主要覆盖区的距离、天线挂高来决定，天线挂高由覆盖区大小及下倾角共同决定。

29. 覆盖区内功率强度预测： 由于覆盖区内地理特征、自然特征差别较大，这些严重影响了覆盖效果，在网络设计阶段，必须对一些典型结构做一些预测。

30. 理论型覆盖预测公式： (1) 自由空间传播（单射线型） Lf = 10 lg PR/PT = 20log (λ/4πd) + GT + GR = -32.44 + GT + GR– 20log F(MHz) – 20log d(Km) 例：室内分布系统中计算吸顶天线输出功率与距离为R处的室内覆盖的场强关系， 设：PR=-72dBm R=18m=0.018km GT=3dBi GR=1.5dBi 天线装在天花板（石膏板）上，损耗5dB，求天线口的功率PT 解：PT=PR+32.44-GT-GR+20logF+20logd =-72dBm+32.44-3-1.5+20log900+20log0.018 =-20dBm 考虑到石膏板的损耗，天线口的实际功率共为PT=-20dBm+5dB=-15dBm

31. 例2：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的关系，例2：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的关系， 可算出：

32. hT hM d (2)平面反射传播（双射线型） Lf =10 lg PR/PT = 20log HT (m) + 20log HR (m) + GT + GR – 40log d(m) 上式中，没有频率出现时认为，hthr＜＜d反射面为理想导 体。

33. 例3：基站天线的高度对接收信号的影响，为讨论方便，例3：基站天线的高度对接收信号的影响，为讨论方便， 我们令GT=GR=1 Lf=10logPR/PT=20logHT+20logHR-40logd(m) 或，写成：PR=PT（HTHM/d2）2 若PT不变，原来接收PR=-110dBm,HT=30m 现在改变PR=-100dBm，求HT′应为多少？ 解： PR′ 10logPR′-10logPR= 20logHT′-20logHT 10= 20logHT′/HT HT′= HT101/2 =3.16HT =94.8m PT(HT′HM/d2)2 HT′2 = = PR PT(HTHM/d2)2 HT2

34. 说明： 1、在上述公式中，增加基站天线的有效高度可 以改善覆盖电平，我们称为基站天线高度增益因子， 从上例可看出，当基站天线有效高度增加近3倍时， 覆盖改善10dB。 2、由上式可以看出，HT′=2HT时， PR′（dB）-PR(dB)=6dB。 3、对HR的作用不服从此规律。

35. Okumura将环境分为三类：开阔地、郊区、城市分别由不同的相关因子来补偿。Okumura将环境分为三类：开阔地、郊区、城市分别由不同的相关因子来补偿。 开阔地：L0 = Lf + K0 K0 = -4.78(logF(MHz))2+18.33logF(MHz)-40.94 郊区：L0 = Lf + Ks Ks = -2(log F(MHz)/28)2 – 5.4 对900MHz：K0 = -28.5dB Ks = -10dB 对1800MHz：K0 = -32dB Ks = -12dB

36. 例：Okumura-HaTa经验公式中可以看出基站天 线有效高度增益因子为13.82logHT(m）显然小于双射 线模。 路损变化与覆盖距离的关系较前面两种模式复 杂，它与基站的有效高度有关，以HT=30米为例可得 如下结果：

37. 目前网络覆盖中存在的问题： 1、网络建设周期短，建设速度快，施工队伍经验不足，管理跟不上，留下许多工程隐患。 2、网络最初规划、设计不完全合理，无线传播中存在许多无法完全确定的因素，这些因素影响着无线覆盖。 3、网络投入营运后： (1)终端用户的变化（地理分布） (2)网络运行环境的变化（城市建设发展） (3)网络结构的变化（覆盖范围，系统容量） (4)新业务的开拓 都需要网络进行调整，这个调整过程也可称为网络优化过程。

38. 四、无线覆盖与网络营运性能的关系 网络营运的性能主要由呼损率、掉话率、切换成功率、干扰来考虑。 呼损率：首先影响呼损的是话务均衡、信道容量，但是话务均衡与覆盖其大小有关，呼损也与覆盖区中信号的电平有关。 掉话率：与小区切换成功率有关，也与覆盖区中信号是否均匀有关，另外与是否存在干扰有关。

39. 切换成功率：与切换系数数量正确与否有关，与小区定义邻区覆盖电平是否合理有关。切换成功率：与切换系数数量正确与否有关，与小区定义邻区覆盖电平是否合理有关。 干扰：干扰主要来自系统外及系统内自干扰，这主要是由于覆盖无线覆盖设置不合适有关。

40. 由此可看出，所有网络营运的指标均与无线覆盖密切相关。可以说，无线覆盖是网络营运的基础，没有好的无线覆盖，就不会有好的网络营运性能。在网络优化中，只有作好了无线覆盖的优化，再做其他信道设置与无线参数的优化，才能达到真正的网络优化效果，才能达到事半功倍的目的。由此可看出，所有网络营运的指标均与无线覆盖密切相关。可以说，无线覆盖是网络营运的基础，没有好的无线覆盖，就不会有好的网络营运性能。在网络优化中，只有作好了无线覆盖的优化，再做其他信道设置与无线参数的优化，才能达到真正的网络优化效果，才能达到事半功倍的目的。

41. 谢谢大家！