第四讲 移动通信系统天线参数调整

4.1 天线高度的调整
天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响：
一是天线所发直射波所能达到的最远距离；
二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。

900MHz移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（S）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：


　　S=2R(H+h)

　　其中：R-地球半径，约为6370km；

　　H-基站天线的中心点高度；

　　h-手机或测试仪表的天线高度。

　　由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。

GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m左右为一个站。在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会严重影响我们的网络质量。其影响主要有以下几个方面：

　　a. 话务不均衡。基站天线过高，会造成该基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的话务量很大，而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥应有作用，导致话务不均衡。

　　b. 系统内干扰。基站天线过高，会造成越站无线干扰（主要包括同频干扰及邻频干扰），引起掉话、串话和有较大杂音等现象，从而导致整个无线通信网络的质量下降。 　　

c. 孤岛效应。孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出现"飞地"，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成"飞地"与相邻基站之间没有切换关系，"飞地"因此成为一个孤岛，当手机占用上"飞地"覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。



4.2 天线俯仰角的调整
天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。

　　在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500M左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于500M的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。

一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：

　　θ=arctg(h/R)＋A/2

　　其中：θ--天线的俯仰角

　　h--天线的高度

　　R--小区的覆盖半径

　　A-天线的垂直平面半功率角

上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。

4.3 天线方位角的调整
天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对方位角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。

　　根据理想的蜂窝移动通信模型，一个小区的交界处，这样信号相对互补。与此相对应，在现行的GSM系统（主要指ERICSSON设备）中，定向站一般被分为三个小区，即：

　　A小区：方位角度0度，天线指向正北；

　　B小区：方位角度120度，天线指向东南；

　　C小区：方位角度240度，天线指向西南。

　　在GSM建设及规划中，我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整，这也是天线安装的重要标准之一，如果方位角设置与之存在偏差，则易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符，导致基站的覆盖范围不合理，从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰。

但在实际的GSM网络中，一方面，由于地形的原因，如大楼、高山、水面等，往往引起信号的折射或反射，从而导致实际覆盖与理想模型存在较大的出入，造成一些区域信号较强，一些区域信号较弱，这时我们可根据网络的实际情况，对所地应天线的方位角进行适当的调整，以保证信号较弱区域的信号强度，达到网络优化的目的；另一方面，由于实际存在的人口密度不同，导致各天线所对应小区的话务不均衡，这时我们可通过调整天线的方位角，达到均衡话务量的目的。当然，在一般情况下我们并不赞成对天线的方位角进行调整，因为这样可能会造成一定程度的系统内干扰。但在某些特殊情况下，如当地紧急会议或大型公众活动等，导致某些小区话务量特别集中，这时我们可临时对天线的方位角进行调整，以达到均衡话务，优化网络的目的；另外，针对郊区某些信号盲区或弱区，我们亦可通过调整天线的方位角达到优化网络的目的，这时我们应辅以场强测试车对周围信号进行测试，以保证网络的运行质量。

4.4 天线位置的优化调整
由于后期工程、话务分布以及无线传播环境的变化，在优化中我们曾遇到一些基站很难通过天线方位角或倾角的调整达到改善局部区域覆盖，提高基站利用率。为此就需要进行基站搬迁，换句话说也就是基站重新选点过程。

下文摘录了我们平时做规划时的一些经验。
(1) 基站初始布局
基站布局主要受场强覆盖、话务密度分布和建站条件三方面因素的制约，对于一般大中城市来说，场强覆盖的制约因素已经很小，主要受话务密度分布和建站条件两个因素的制约较大。基站布局的疏密要对应于话务密度分布情况。

但是，目前对大中城市市区还作不到按街区预测话务密度，因此，对市区可按照：
(a) 繁华商业区；
(b) 宾馆、写字楼、娱乐场所集中区；
(c) 经济技术开发区、住宅区；
(d)工业区及文教区；等进行分类。

一般来说：
(a)(b)类地区应设最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站间距在0.6～1.6km；
(c) 类地区也应设较大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站间距取1.6～3km；
(d) 类地区一般可设小规模定向基站，如2/2/2站型，站间距为3～5km；若基站位于城市边缘或近郊区，且站间距在5km以上，可设以全向基站。

上几类地区内都按用户均匀分布要求设站。郊县和主要公路、铁路覆盖一般可设全向或二小区基站，站间距离5km-20km左右。

结合当地地形和城市发展规划进行基站布局：
a. 基站布局要结合城市发展规划，可以适度超前；
b. 有重要用户的地方应有基站覆盖；
c. 市内话务量"热点"地段增设微蜂窝站或增加载频配置；
d. 大型商场宾馆、地铁、地下商场、体育场馆如有必要用微蜂窝或室内分布解决；
e．在基站容量饱和前，可考虑采用GSM900/1800双频解决方案。

(2) 站址选择与勘察
在完成基站初始布局以后，网络规划工程师要与建设单位以及相关工程设计单位一起，根据站点布局图进行站址的选择与勘察。市区站址在初选中应作到房主基本同意用作基站。初选完成之后，由网络规划工程师、工程设计单位与建设单位进行现场查勘，确定站址条件是否满足建站要求，并确定站址方案，最后由建设单位与房主落实站址。选址要求如下：
--- 交通方便、市电可靠、环境安全及占地面积小。
--- 在建网初期设站较少时，选择的站址应保证重要用户和用户密度大的市区有良好的覆盖。
--- 在不影响基站布局的前提下，应尽量选择现有电信枢纽楼、邮电局或微波站作为站址，并利用其机房、电源及铁塔等设施。
--- 避免在大功率无线发射台附近设站，如雷达站、电视台等，如要设站应核实是否存在相互干扰，并采取措施防止相互干扰。
--- 避免在高山上设站。高山站干扰范围大，影响频率复用。在农村高山设站往往对处于小盆地的乡镇覆盖不好。
--- 避免在树林中设站。如要设站，应保持天线高于树顶。
--- 市区基站中，对于蜂窝区(R=1～3km)基站宜选高于建筑物平均高度但低于最高建筑物的楼房作为站址，对于微蜂窝区基站则选低于建筑物平均高度的楼房设站且四周建筑物屏蔽较好。
--- 市区基站应避免天线前方近处有高大楼房而造成障碍或反射后干扰其后方的同频基站。
--- 避免选择今后可能有新建筑物影响覆盖区或同频干扰的站址。
--- 市区两个网络系统的基站尽量共址或靠近选址。
--- 选择机房改造费低、租金少的楼房作为站址。如有可能应选择本部门的局、站机房、办公楼作为站址。