TD—LTE規劃中站高和下傾角的配置算法

姚柒零　隋延峰　馬建輝　李儼　孟夏

【摘 要】中國移動TD-LTE通信網絡目前處于建設初期，此時的網絡規劃、結構及組網架構尤為重要，如何規劃合理的站高、站距及網絡發射功率是設計過程中遇到的重要議題。從網絡初期規劃的角度，結合TD-LTE的網絡特性及現網的測試數據，分析了站高、天線下傾角和站距三者之間的關系，并給出了在TD-LTE規劃階段，合理的配置和評估原則的建議。

【關鍵詞】TD-LTE 站距 站高 下傾角 規劃

中圖分類號：TN806 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-03-0026-04

1 概述

中國移動在2013年進行了大規模的基站建設工作，預計在2014年將再完成20萬個基站。深圳、廣州和杭州三個城市目前均已實現了LTE網絡覆蓋，另外中移動還啟動了香港LTE網絡與內地4G網絡的漫游測試。隨著TD-LTE網絡的大規模部署，運營商首先要面對的就是新網絡的規劃和優化問題，如何使TD-LTE在四網協同中發揮優勢，承載高速的數據業務，就成了當前運營商最關心的話題。

結合TD-SCDMA的網絡建設經驗，理想的站址布局就是基站呈等間距的蜂窩狀分布。在實際網絡的建設中，受各種因素影響，并不是每一個基站都能選到理想的位置，這就造成了基站布局稀疏不均，有的區域兩個基站很近，有的很遠。站距太近的區域，很容易導致兩個小區覆蓋交疊面積過大，甚至越區覆蓋。站距太遠的區域，往往沒有主強信號，覆蓋比較雜亂，甚至小區間重疊覆蓋區域太小，導致弱覆蓋。那么怎樣才是合理的站高、站距和天線下傾角呢？

2 站高、下傾角分析

首先來研究一下小區覆蓋，影響小區覆蓋范圍的因素主要有站高、下傾角及小區發射功率。發射功率一般在參數設置時是一恒定值，主要關注站高和下傾角。單站覆蓋示意圖如圖1所示，其中，h是站高，θ是天線下傾角，d是覆蓋距離。

2.1 站高研究

假定天線下傾角最大、滿功率發射，在此條件下，分析站高和站距的關系，可得到基站高度與站間距關系，如圖2所示：

圖2 基站高度與站間距關系圖

當然不同環境、不同站間距下，滿足覆蓋需求時可容忍的站點高度是不同的。但一般而言，滿足室內要求且連續覆蓋的網絡站間距不會超過700m，即使穿透損耗最嚴重的市區環境，站高也不會超過50m的需求。

從另外一個角度，分析TD-LTE網絡中不同站高條件下信號隨距離衰減的情況。從現網城區的測試情況來看，過低的站點損耗很快，傳播距離不遠，30～50m的站點傳播特性比較接近，而超過50m的站點損耗變小，會覆蓋更遠，具體如圖3所示，因此將高站定義為超過50m的站點。

同時通過測試發現，當站點高度增加一半，帶來信號增益3dB；當站點高度增加一倍，帶來信號增益6dB。可用公式（1）表示：

（1）

2.2 天線下傾角研究

對于TD-LTE網絡，由于使用的是智能天線，天線能量集中在主瓣方向，除考慮加大下傾帶來的增益外，還有一個與站高、距離相關的最小下傾要求。通過圖1可知，天線下傾角的計算公式是：

θ=arctg（h/d）+α/2 （2）

當智能天線的垂直波瓣下傾θ度時，水平面波瓣偏離角度為Φ的地方并不是也跟著下傾θ度，而會變化較慢。即隨著下傾角度逼近開槽口，水平面的波瓣會出現凹陷，增益更小，這對于控制過覆蓋比較有利。天線水平與垂直波瓣圖如圖4所示。

因此下傾調整的合理角度要根據具體的天線型號而定，就是要接近槽口的角度。以常見的半功率角度為15度的規劃天線為例，合適的下傾為13～17度。

當波瓣較寬時，即使調整下傾角如7度（一般通用天線的垂直半功率角的1/2），信號僅比主瓣最強信號降低3dB。但如果更換窄波瓣天線，同樣調整7度，已經衰減12dB了。同時這種天線往往是高增益天線，既能快速達到開槽效應，又能彌補主瓣方向上功率下降過快的影響，對于下傾調整來控制覆蓋的效果就會比較明顯。所以，目前大部分天線都使用窄波瓣天線。

以摩比天線為例，發現天線下傾和增益并不是線性關系，合適的下傾角應該是7～10度。摩比天線垂直面增益如圖5所示。

摩比天線垂直面角度與增益統計如表1所示。

另外在工程實施時，一定要注意傳統的機械下傾天線，一般超過5度即開始變形，超過10度變形嚴重，受天線支撐臂的限制，不少天線調整到最大也達不到這么大的角度，不同情況天線水平面波瓣圖如圖6所示。因此，規劃時必須選擇電調或者內置電調的天線。

3 規劃中合理的站高、天線下傾角

根據TD-LTE信號的傳播特性和實驗網測試情況，LTE基站站高與天線最小下傾角配置建議如表2所示。

目前在評估規劃站點的站高時，有兩種統計方式：

（1）當站址的實際高度超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，則它對周邊基站的干擾難以控制，不建議在該站址建設LTE基站。

（2）當站址的實際高度未超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，若現網TD/2G小區的下傾小于理想的最小下傾角3度以上，則該站址可以建設LTE基站，但建議新建獨立天線。

4 總結

根據上述站高、天線下傾角和站距間的關系，在規劃TD-LTE站點時，應該：

（1）優先控制站高

根據目標網的方式，確定城市連續覆蓋時的合理站間距離是多少，根據站間距與站高的關系選擇合適的選址高度。控制站高在20（一般為3層樓高）～50m（高站門限）之間，兼顧選址難度和優化門檻。

隨著容量增加，小區逐步分裂，站間距必然越來越小，原來的站址就會顯得過高，此時可以通過先調整下傾、不夠再收縮功率的方式，來彌補站高帶來的負面影響。

（2）合理設置天線下傾

不同型號天線可調整的范圍不同，依具體的天線波瓣圖特性而定，但需滿足兩個要求：

◆保證根據站高、覆蓋半徑、垂直半功率角度與最小傾角滿足θ=arctg（h/d）+α/2；

◆保證在此基礎上每下調1度時波瓣圖特性是增益遞減的。

以窄波瓣天線（垂直半功率角7度）為例，對于城區，經過計算已經需要調整到最大下傾。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團. 中國移動2013年LTE室外宏站規劃審核方法V1.0[Z]. 2013.

[2] 京信通信. LTE天線簡介（移動V2.0版）[Z].

[3] 3GPP TS36.306. Technical Specification Group Radio Access Network Radio Resource Control Protocol specification（Release 10）[S].

[4] 王映民，孫韶輝，等. TD-LTE技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[5] 中國通信企業協會. 2012—2013中國通信業發展分析報告[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.★endprint

【摘 要】中國移動TD-LTE通信網絡目前處于建設初期，此時的網絡規劃、結構及組網架構尤為重要，如何規劃合理的站高、站距及網絡發射功率是設計過程中遇到的重要議題。從網絡初期規劃的角度，結合TD-LTE的網絡特性及現網的測試數據，分析了站高、天線下傾角和站距三者之間的關系，并給出了在TD-LTE規劃階段，合理的配置和評估原則的建議。

【關鍵詞】TD-LTE 站距 站高 下傾角 規劃

中圖分類號：TN806 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-03-0026-04

1 概述

中國移動在2013年進行了大規模的基站建設工作，預計在2014年將再完成20萬個基站。深圳、廣州和杭州三個城市目前均已實現了LTE網絡覆蓋，另外中移動還啟動了香港LTE網絡與內地4G網絡的漫游測試。隨著TD-LTE網絡的大規模部署，運營商首先要面對的就是新網絡的規劃和優化問題，如何使TD-LTE在四網協同中發揮優勢，承載高速的數據業務，就成了當前運營商最關心的話題。

結合TD-SCDMA的網絡建設經驗，理想的站址布局就是基站呈等間距的蜂窩狀分布。在實際網絡的建設中，受各種因素影響，并不是每一個基站都能選到理想的位置，這就造成了基站布局稀疏不均，有的區域兩個基站很近，有的很遠。站距太近的區域，很容易導致兩個小區覆蓋交疊面積過大，甚至越區覆蓋。站距太遠的區域，往往沒有主強信號，覆蓋比較雜亂，甚至小區間重疊覆蓋區域太小，導致弱覆蓋。那么怎樣才是合理的站高、站距和天線下傾角呢？

2 站高、下傾角分析

首先來研究一下小區覆蓋，影響小區覆蓋范圍的因素主要有站高、下傾角及小區發射功率。發射功率一般在參數設置時是一恒定值，主要關注站高和下傾角。單站覆蓋示意圖如圖1所示，其中，h是站高，θ是天線下傾角，d是覆蓋距離。

2.1 站高研究

假定天線下傾角最大、滿功率發射，在此條件下，分析站高和站距的關系，可得到基站高度與站間距關系，如圖2所示：

圖2 基站高度與站間距關系圖

當然不同環境、不同站間距下，滿足覆蓋需求時可容忍的站點高度是不同的。但一般而言，滿足室內要求且連續覆蓋的網絡站間距不會超過700m，即使穿透損耗最嚴重的市區環境，站高也不會超過50m的需求。

從另外一個角度，分析TD-LTE網絡中不同站高條件下信號隨距離衰減的情況。從現網城區的測試情況來看，過低的站點損耗很快，傳播距離不遠，30～50m的站點傳播特性比較接近，而超過50m的站點損耗變小，會覆蓋更遠，具體如圖3所示，因此將高站定義為超過50m的站點。

同時通過測試發現，當站點高度增加一半，帶來信號增益3dB；當站點高度增加一倍，帶來信號增益6dB。可用公式（1）表示：

（1）

2.2 天線下傾角研究

對于TD-LTE網絡，由于使用的是智能天線，天線能量集中在主瓣方向，除考慮加大下傾帶來的增益外，還有一個與站高、距離相關的最小下傾要求。通過圖1可知，天線下傾角的計算公式是：

θ=arctg（h/d）+α/2 （2）

當智能天線的垂直波瓣下傾θ度時，水平面波瓣偏離角度為Φ的地方并不是也跟著下傾θ度，而會變化較慢。即隨著下傾角度逼近開槽口，水平面的波瓣會出現凹陷，增益更小，這對于控制過覆蓋比較有利。天線水平與垂直波瓣圖如圖4所示。

因此下傾調整的合理角度要根據具體的天線型號而定，就是要接近槽口的角度。以常見的半功率角度為15度的規劃天線為例，合適的下傾為13～17度。

當波瓣較寬時，即使調整下傾角如7度（一般通用天線的垂直半功率角的1/2），信號僅比主瓣最強信號降低3dB。但如果更換窄波瓣天線，同樣調整7度，已經衰減12dB了。同時這種天線往往是高增益天線，既能快速達到開槽效應，又能彌補主瓣方向上功率下降過快的影響，對于下傾調整來控制覆蓋的效果就會比較明顯。所以，目前大部分天線都使用窄波瓣天線。

以摩比天線為例，發現天線下傾和增益并不是線性關系，合適的下傾角應該是7～10度。摩比天線垂直面增益如圖5所示。

摩比天線垂直面角度與增益統計如表1所示。

另外在工程實施時，一定要注意傳統的機械下傾天線，一般超過5度即開始變形，超過10度變形嚴重，受天線支撐臂的限制，不少天線調整到最大也達不到這么大的角度，不同情況天線水平面波瓣圖如圖6所示。因此，規劃時必須選擇電調或者內置電調的天線。

3 規劃中合理的站高、天線下傾角

根據TD-LTE信號的傳播特性和實驗網測試情況，LTE基站站高與天線最小下傾角配置建議如表2所示。

目前在評估規劃站點的站高時，有兩種統計方式：

（1）當站址的實際高度超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，則它對周邊基站的干擾難以控制，不建議在該站址建設LTE基站。

（2）當站址的實際高度未超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，若現網TD/2G小區的下傾小于理想的最小下傾角3度以上，則該站址可以建設LTE基站，但建議新建獨立天線。

4 總結

根據上述站高、天線下傾角和站距間的關系，在規劃TD-LTE站點時，應該：

（1）優先控制站高

根據目標網的方式，確定城市連續覆蓋時的合理站間距離是多少，根據站間距與站高的關系選擇合適的選址高度。控制站高在20（一般為3層樓高）～50m（高站門限）之間，兼顧選址難度和優化門檻。

隨著容量增加，小區逐步分裂，站間距必然越來越小，原來的站址就會顯得過高，此時可以通過先調整下傾、不夠再收縮功率的方式，來彌補站高帶來的負面影響。

（2）合理設置天線下傾

不同型號天線可調整的范圍不同，依具體的天線波瓣圖特性而定，但需滿足兩個要求：

◆保證根據站高、覆蓋半徑、垂直半功率角度與最小傾角滿足θ=arctg（h/d）+α/2；

◆保證在此基礎上每下調1度時波瓣圖特性是增益遞減的。

以窄波瓣天線（垂直半功率角7度）為例，對于城區，經過計算已經需要調整到最大下傾。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團. 中國移動2013年LTE室外宏站規劃審核方法V1.0[Z]. 2013.

[2] 京信通信. LTE天線簡介（移動V2.0版）[Z].

[3] 3GPP TS36.306. Technical Specification Group Radio Access Network Radio Resource Control Protocol specification（Release 10）[S].

[4] 王映民，孫韶輝，等. TD-LTE技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[5] 中國通信企業協會. 2012—2013中國通信業發展分析報告[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.★endprint

【摘 要】中國移動TD-LTE通信網絡目前處于建設初期，此時的網絡規劃、結構及組網架構尤為重要，如何規劃合理的站高、站距及網絡發射功率是設計過程中遇到的重要議題。從網絡初期規劃的角度，結合TD-LTE的網絡特性及現網的測試數據，分析了站高、天線下傾角和站距三者之間的關系，并給出了在TD-LTE規劃階段，合理的配置和評估原則的建議。

【關鍵詞】TD-LTE 站距 站高 下傾角 規劃

中圖分類號：TN806 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-03-0026-04

1 概述

中國移動在2013年進行了大規模的基站建設工作，預計在2014年將再完成20萬個基站。深圳、廣州和杭州三個城市目前均已實現了LTE網絡覆蓋，另外中移動還啟動了香港LTE網絡與內地4G網絡的漫游測試。隨著TD-LTE網絡的大規模部署，運營商首先要面對的就是新網絡的規劃和優化問題，如何使TD-LTE在四網協同中發揮優勢，承載高速的數據業務，就成了當前運營商最關心的話題。

結合TD-SCDMA的網絡建設經驗，理想的站址布局就是基站呈等間距的蜂窩狀分布。在實際網絡的建設中，受各種因素影響，并不是每一個基站都能選到理想的位置，這就造成了基站布局稀疏不均，有的區域兩個基站很近，有的很遠。站距太近的區域，很容易導致兩個小區覆蓋交疊面積過大，甚至越區覆蓋。站距太遠的區域，往往沒有主強信號，覆蓋比較雜亂，甚至小區間重疊覆蓋區域太小，導致弱覆蓋。那么怎樣才是合理的站高、站距和天線下傾角呢？

2 站高、下傾角分析

首先來研究一下小區覆蓋，影響小區覆蓋范圍的因素主要有站高、下傾角及小區發射功率。發射功率一般在參數設置時是一恒定值，主要關注站高和下傾角。單站覆蓋示意圖如圖1所示，其中，h是站高，θ是天線下傾角，d是覆蓋距離。

2.1 站高研究

假定天線下傾角最大、滿功率發射，在此條件下，分析站高和站距的關系，可得到基站高度與站間距關系，如圖2所示：

圖2 基站高度與站間距關系圖

當然不同環境、不同站間距下，滿足覆蓋需求時可容忍的站點高度是不同的。但一般而言，滿足室內要求且連續覆蓋的網絡站間距不會超過700m，即使穿透損耗最嚴重的市區環境，站高也不會超過50m的需求。

從另外一個角度，分析TD-LTE網絡中不同站高條件下信號隨距離衰減的情況。從現網城區的測試情況來看，過低的站點損耗很快，傳播距離不遠，30～50m的站點傳播特性比較接近，而超過50m的站點損耗變小，會覆蓋更遠，具體如圖3所示，因此將高站定義為超過50m的站點。

同時通過測試發現，當站點高度增加一半，帶來信號增益3dB；當站點高度增加一倍，帶來信號增益6dB。可用公式（1）表示：

（1）

2.2 天線下傾角研究

對于TD-LTE網絡，由于使用的是智能天線，天線能量集中在主瓣方向，除考慮加大下傾帶來的增益外，還有一個與站高、距離相關的最小下傾要求。通過圖1可知，天線下傾角的計算公式是：

θ=arctg（h/d）+α/2 （2）

當智能天線的垂直波瓣下傾θ度時，水平面波瓣偏離角度為Φ的地方并不是也跟著下傾θ度，而會變化較慢。即隨著下傾角度逼近開槽口，水平面的波瓣會出現凹陷，增益更小，這對于控制過覆蓋比較有利。天線水平與垂直波瓣圖如圖4所示。

因此下傾調整的合理角度要根據具體的天線型號而定，就是要接近槽口的角度。以常見的半功率角度為15度的規劃天線為例，合適的下傾為13～17度。

當波瓣較寬時，即使調整下傾角如7度（一般通用天線的垂直半功率角的1/2），信號僅比主瓣最強信號降低3dB。但如果更換窄波瓣天線，同樣調整7度，已經衰減12dB了。同時這種天線往往是高增益天線，既能快速達到開槽效應，又能彌補主瓣方向上功率下降過快的影響，對于下傾調整來控制覆蓋的效果就會比較明顯。所以，目前大部分天線都使用窄波瓣天線。

以摩比天線為例，發現天線下傾和增益并不是線性關系，合適的下傾角應該是7～10度。摩比天線垂直面增益如圖5所示。

摩比天線垂直面角度與增益統計如表1所示。

另外在工程實施時，一定要注意傳統的機械下傾天線，一般超過5度即開始變形，超過10度變形嚴重，受天線支撐臂的限制，不少天線調整到最大也達不到這么大的角度，不同情況天線水平面波瓣圖如圖6所示。因此，規劃時必須選擇電調或者內置電調的天線。

3 規劃中合理的站高、天線下傾角

根據TD-LTE信號的傳播特性和實驗網測試情況，LTE基站站高與天線最小下傾角配置建議如表2所示。

目前在評估規劃站點的站高時，有兩種統計方式：

（1）當站址的實際高度超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，則它對周邊基站的干擾難以控制，不建議在該站址建設LTE基站。

（2）當站址的實際高度未超過理想高度（根據小區站間距查詢表2得到）1.5倍時，若現網TD/2G小區的下傾小于理想的最小下傾角3度以上，則該站址可以建設LTE基站，但建議新建獨立天線。

4 總結

根據上述站高、天線下傾角和站距間的關系，在規劃TD-LTE站點時，應該：

（1）優先控制站高

根據目標網的方式，確定城市連續覆蓋時的合理站間距離是多少，根據站間距與站高的關系選擇合適的選址高度。控制站高在20（一般為3層樓高）～50m（高站門限）之間，兼顧選址難度和優化門檻。

隨著容量增加，小區逐步分裂，站間距必然越來越小，原來的站址就會顯得過高，此時可以通過先調整下傾、不夠再收縮功率的方式，來彌補站高帶來的負面影響。

（2）合理設置天線下傾

不同型號天線可調整的范圍不同，依具體的天線波瓣圖特性而定，但需滿足兩個要求：

◆保證根據站高、覆蓋半徑、垂直半功率角度與最小傾角滿足θ=arctg（h/d）+α/2；

◆保證在此基礎上每下調1度時波瓣圖特性是增益遞減的。

以窄波瓣天線（垂直半功率角7度）為例，對于城區，經過計算已經需要調整到最大下傾。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團. 中國移動2013年LTE室外宏站規劃審核方法V1.0[Z]. 2013.

[2] 京信通信. LTE天線簡介（移動V2.0版）[Z].

[3] 3GPP TS36.306. Technical Specification Group Radio Access Network Radio Resource Control Protocol specification（Release 10）[S].

[4] 王映民，孫韶輝，等. TD-LTE技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[5] 中國通信企業協會. 2012—2013中國通信業發展分析報告[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.★endprint