劈裂天線橫置覆蓋高層樓宇的應(yīng)用

劉華賓 宋濤

【摘要】利用定向天線水平半功率角大于垂直半功率角的特點，結(jié)合劈裂天線的特性，理論分析天線橫置覆蓋高層的可行性與注意事項，通過具體站點的實踐測試，驗證劈裂天線橫置覆蓋高層樓宇的應(yīng)用效果，為解決城區(qū)高層樓宇網(wǎng)絡(luò)覆蓋提供又一種有效的建設(shè)方式。

【關(guān)鍵詞】天線橫置;劈裂天線;高層覆蓋

1.引言

現(xiàn)代城市規(guī)劃建設(shè)中，高層建筑如高檔寫字樓、高層賓館、居民樓等越來越多。眾所周知，高層建筑大多存在弱覆蓋、導(dǎo)頻污染等問題，一般通過建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的方式解決，而室分建設(shè)存在談點困難、建設(shè)成本高及覆蓋效果差等問題，結(jié)合現(xiàn)階段極化天線的一些特性，考慮利用室外天線橫置的辦法覆蓋高層。

2.可行性分析

一般情況下，市區(qū)室外覆蓋選取的天線水平半功率角為65°，垂直半功率角為11°，增益為15.5dBi，為了覆蓋效果考慮一般會對其設(shè)置下傾角度，導(dǎo)致其主要覆蓋對象為天線掛高的下方范圍，而城區(qū)天線掛高在35m左右時，高出天線掛高的高層建筑無法覆蓋，即使有信號也是弱信號或者所謂漂移信號，信號的穩(wěn)定性和強度難以保證。為了達到覆蓋整棟高層建筑的目的，考慮將天線橫置，即利用天線水平半功率角遠遠大于垂直半功率角的特點，使天線改變原來水平和垂直輻射方向，增大垂直覆蓋寬度，以達覆蓋整棟高層的目的。

3.天線橫置覆蓋高度

3.1 天線垂直安裝覆蓋高度

正常情況下，天線的垂直半功率角較小，通常在11°左右，要覆蓋較高的樓層時，要求天線到覆蓋目標的距離足夠遠。但覆蓋距離越遠，信號強度越弱，導(dǎo)致覆蓋目標的深度覆蓋不足，且天線均有一定的下傾角，這就給高于天線掛高部分的垂直覆蓋造成一定的困難。

天線垂直安裝覆蓋樓宇高度見圖1。

圖1 天線垂直放置覆蓋效果圖

注：h：天線掛高;D：天線與覆蓋目標的水平距離;H：天線的垂直覆蓋高度;a：垂直半功率角。

可計算出垂直的覆蓋高度：

H=D*tag（a/2）。

3.2 天線水平安裝覆蓋高度

圖2 天線水平放置覆蓋效果圖

注：天線水平放置覆蓋高度的計算與垂直放置時相似，即天線水平放置時把天線的水平半功率角當(dāng)作天線垂直放置時的垂直半功率角，天線的垂直半功率角當(dāng)作天線垂直放置時的水平半功率角。h：天線掛高;D：為天線與覆蓋目標的水平距離;H：為天線的水平覆蓋高度;a：為水平半功率角。

可計算出垂直覆蓋高度：

H=D*tag（a/2）。

正常情況下，天線的水平半功率角較大，有65°、90°等可以選擇，要覆蓋較高的樓層時，覆蓋高度肯定大于垂直放置時的覆蓋高度，這就給高于天線掛高部分的垂直覆蓋帶來很大的方便，即使在距離較近時也可以達到比較理想的覆蓋高度。

表1為天線橫置時計算出的高樓覆蓋寬度和覆蓋高度。

表1 覆蓋寬度（垂直半功率角決定）

A（垂直半功率角-°） D（天線與覆蓋目標距離-m） 2H（覆蓋寬度-m）

11 50 10

11 100 19

11 150 29

11 200 39

11 250 48

11 300 58

表2 覆蓋高度（水平半功率角決定）

A（水平半功率角） D（天線與覆蓋目標距離） 2H（覆蓋高度）

65 50 64

65 100 127

65 150 191

65 200 255

65 250 319

65 300 382

由表2可以看出，天線橫置時，只要保證天線和覆蓋目標的距離達到50m，即可覆蓋64m高的樓宇，相當(dāng)于20層樓高度。

4.劈裂天線在CDMA網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

劈裂天線是在一個天線罩實體中集成兩副雙極化天線方式，并采用波束賦形技術(shù)制作而成的，相比于普通天線，劈裂天線增益下降更快，劈裂天線內(nèi)兩個扇區(qū)間的重疊區(qū)域更小，更有利于減少軟切換和更軟切換，結(jié)合BTS的小區(qū)分裂技術(shù)，劈裂天線能提高系統(tǒng)的通信質(zhì)量并提供更大的網(wǎng)絡(luò)容量。

根據(jù)劈裂天線的相關(guān)特性及仿真測試，劈裂天線主要用于：

（1）局部高話務(wù)、高負荷、頻率資源緊張區(qū)域

隨著用戶的快速發(fā)展，熱點區(qū)域話務(wù)量不斷提升，很多地區(qū)出現(xiàn)話務(wù)量高負荷狀況，網(wǎng)絡(luò)擴容迫在眉睫。目前中國電信CDMA一共只有7個頻點，隨著話務(wù)的不斷提升，部分區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)頻率資源緊張的局面，采用常規(guī)的增加載波擴容方式已經(jīng)不是最優(yōu)方式，這就需尋找其它網(wǎng)絡(luò)擴容方式來增加網(wǎng)絡(luò)容量。

（2）天面空間不理想的小區(qū)分裂

站點資源及天面資源是各運營商網(wǎng)絡(luò)基站中最寶貴的資源，由于城市的不斷發(fā)展及居民對電磁環(huán)境認識日益提高，城區(qū)特別是居民區(qū)、CBD商業(yè)街區(qū)的基站建設(shè)難度不斷加大。采取普通天線進行小區(qū)分裂改造（一般是3付天線變成6付天線）的方式提高網(wǎng)絡(luò)容量難度很大，劈裂天線可降低對天面環(huán)境的要求，使小區(qū)分裂難度大大降低。

5.忻州師院高層宿舍采取天線橫置覆蓋案例

忻州師院位于山西省忻州市忻府區(qū)，目前院本部的在校全日制普通本專科生8300余人、成人教育本專科生近2000人，教職工近1100人，師生規(guī)模已超萬人。在校大學(xué)生一直是通信消費的主力軍，隨著學(xué)校電信用戶的逐漸增多，以及E機通的成功推廣，該校校園內(nèi)電信用戶已達近萬人。隨著用戶數(shù)的猛增，原本位于校內(nèi)2#公寓的通信基站已超負荷運行，尤其在高峰時段，主教學(xué)樓及宿舍區(qū)已出現(xiàn)嚴重擁塞。

通過網(wǎng)絡(luò)測試，A宿舍樓和B宿舍樓由于層數(shù)較高（25F），導(dǎo)頻污染比較嚴重，而綜合教學(xué)樓由于宿舍樓遮擋嚴重，樓內(nèi)已處于弱覆蓋區(qū)域，為了切實保障校園的通信穩(wěn)定和暢通，在化學(xué)生物樓和圖書館各新增一副劈裂天線并橫置，對B宿舍樓和A宿舍樓進行覆蓋，在綜合教學(xué)樓的輔樓新增一副普通定向天線并橫置以覆蓋綜合教學(xué)樓。具體建設(shè)方案：

A宿舍樓：1BBU+2RRU（室外交流）+1副劈裂天線（抱桿橫置安裝）;

B宿舍樓：1BBU+2RRU（室外交流）+1副劈裂天線（抱桿橫置安裝）;

綜合教學(xué)樓：1BBU+1RRU（室外交流）+1副普通定向天線（抱桿橫置安裝）。

圖3 忻州師院覆蓋示意圖

圖4 忻州師院綜合教學(xué)樓天線橫置覆蓋示意圖

圖5 忻州師院宿舍樓A和B劈裂天線橫置覆蓋示意圖

通過后期網(wǎng)絡(luò)測試，采取天線橫置的覆蓋樓宇網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量良好，且有效分擔(dān)了原2#公寓樓頂基站的話務(wù)負荷，網(wǎng)絡(luò)擁塞明顯下降，大大降低了由于網(wǎng)絡(luò)擁塞帶來的用戶投訴，避免了學(xué)生用戶的流失。

6.天線橫置注意事項

利用定向板狀天線的水平波瓣特性，用天線橫置的方法覆蓋高層樓宇，各運營商在現(xiàn)網(wǎng)中已有少量應(yīng)用，根據(jù)天線的波形特征，結(jié)合工程實際建設(shè)，考慮天線橫置需注意以下事宜：

（1）防水

天線由垂直放置改為水平放置，由下出線改為側(cè)出線，這將對天饋及接口的防水工程質(zhì)量提出更高要求。接口建議應(yīng)用“L”型接頭，旨在提升天饋系統(tǒng)的防水性能。但由于相鄰陣元間只有75mm的間距，所以防水膠帶的施工不是很方便。

（2）固定

天線改為水平放置后，相（下轉(zhuǎn)第106頁）（上接第102頁）應(yīng)的背板緊固件需重新定制，角度調(diào)節(jié)卡也要重新配置。另外相對于普通安裝方式，天線橫置使水平面積增大，水平的風(fēng)阻變大，這就對天線的方位固定提出了更高的要求，是否需要兩個抱桿固定？或者設(shè)計“T”型抱桿？都需要實際測試決定。

（3）零點填充及附瓣抑制

傳統(tǒng)的天線應(yīng)用中，為了避免塔下黑且保證覆蓋連續(xù)，常常要求天線垂直方向圖具有零點填充功能。而天線橫置以后，原來垂直面的下附瓣及零點填充作用在很大程度上可能會帶來相反的效果（越區(qū)等等）。當(dāng)然，原有天線的上附瓣抑制作用還是應(yīng)該保留。此處在實際應(yīng)用中可以考慮在天線側(cè)后部架設(shè)反射板，但是最好在天線的設(shè)計過程中就將垂直下附瓣的增益盡可能降低且半功率角減小（目前是7度左右），反射板的應(yīng)用應(yīng)慎重，因為可能會引起波瓣的畸變，需實際測試決定。

參考文獻

[1]黃嘉銘，張紹景.劈裂天線在CDMA無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用[J].廣東通信技術(shù)，2010，12.

[2]關(guān)于天線水平波瓣垂直覆蓋高層樓宇的問題[Z].上海貝爾，2010，10.

[3]TD-SCDMA室外智能天線橫置覆蓋高層建筑[Z].天津移動計劃部TD項目組，2011.

作者簡介：

劉華賓，2006年畢業(yè)于南京郵電大學(xué)，通信工程學(xué)士，主要從事CDMA工程設(shè)計工作。

宋濤，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，電路與系統(tǒng)碩士，主要從事CDMA工程設(shè)計工作。