基于多波束天線的TD-LTE容量覆蓋方案分析

孫正輝，孫 露

（1.中國移動江蘇公司網絡部，南京 210000；2.中國移動徐州分公司工維部，徐州 221000）

1 引言

隨著市場的發展，移動4G用戶滲透率不斷提升，加上響應國家提速降費高流量產品的經營，在高校、大型活動場館等熱點場景可用的站點資源有限，4G網絡容量覆蓋不能滿足用戶實際使用的需求，覆蓋小區下的用戶在特定時間點業務量大幅增加從而導致感知會有一定幅度的下降。

針對這種情況，需要一種能夠低成本、易協調、快速實施來解決容量問題方案，進一步提升網絡質量及用戶感知。在常規手段繼續增加容量和覆蓋困難的情況下，我們可以嘗試用另一種思路來改善解決問題，即從天饋鏈路著手來考慮，通過使用新型多波束天線多RRU開通解決方案有較大的優勢。

本文圍繞該方案從從增強容量、覆蓋范圍、覆蓋重疊等闡述該方案及優化要點。

2 一種多波束部署方案

通過使用多波束天線多RRU開通多扇區，天線形成多個指向不同的波束，增益高、波束窄，避免扇區間干擾，實現高效率擴容，降低單扇區負荷，提升用戶感知。

本方案已在多個地市移動公司進行了實際應用，在現網中多個站點正常開通；

2.1 多波束天線原理

多波束天線主要由波束形成網絡以及天線陣組成，波束形成網絡是多波束天線的關鍵技術，波束形成網絡做為天線陣的饋電網絡，可以控制天線陣輸入端口的相位分布，從而實現不同指向的波束，巴特勒矩陣是一種廣泛應用于多波束天線系統的波束形成網絡，在理想情況下巴特勒矩陣是無耗網絡，由巴特勒矩陣縮形成的每個波束都能獲得整個天線提供的增益，并且所形成的多波束是正向的。

對于雙波束天線，采用四列陣子，兩個輸入端口互相隔離，創新技術巴特勒饋電網絡端口之間的高隔離性能夠將兩路輸入信號分成90度相位差的四路射頻信號，每個波束都利用整個天線針面的有效口徑及天線增益形成高增益極窄波束，保證了兩個波束互不干擾、減小系統內的互相干擾。

對于五波束天線，從5個不同的巴特勒輸入端口輸入射頻信號，6個輸出端口會產生不水平列不同相位差的信號，然后接入到天線陣列中，從而在水平面形成五個不同指向方向的波束，五個波束的垂直波瓣11.5度，精細化的波束控制，實現了網絡信號的的立體精確覆蓋。多波束天線和普通的高增益天線相比，明顯提升了信號強度和寬度，改善信號的覆蓋效果。

2.2 雙波束天線的應用

雙波束天線有Y1和Y2接口可以連接2臺RRU，傳統天線一般最多開通3個D頻段20M小區進行容量承載，而通過采取雙波束天線開通后，可以最多選擇開通6個D頻段20M小區；

圖1 雙波束天線水平方向圖

圖2 五波束天線水平方向圖

圖3 雙波束天線容量加厚圖

某地高校更換使用雙波束天線，原有D1+D2+D3共3個小區，使用雙波束天線開通D1+D2和D2+D3共4個小區，日均增加流量76G，增幅23.46%；晚間業務高峰時PRB利用率平均下降34.46%，感知體驗速率平均改善23.82Mbps，游戲響應時延由163.23ms下降到了98.69ms。通過前后測試結果對比，雙波束天線在覆蓋寬度上較普通天線增加30度，等RSRP覆蓋距離增加150米，等RSRP覆蓋面積增加26.9%；Y1波束和Y2波束在距離基站100米內會有10度左右的重疊覆蓋區域，根據中國移動集團MR采集標準重疊覆蓋采樣點占比0.46%，遠低于閾值5%。

雙波束天線實際應用于高校、中學等站點資源有限場景開通多小區承載業務效果較好。

2.3 五波束天線的應用

五波束天線有Y1-Y5接口，最多可連接5臺RRU開通15個D頻段20M小區，較傳統天線多12個小區，且不同的小區因波束收縮覆蓋范圍縮小實現精準覆蓋。

圖4 五波束天線容量加厚圖

在某地演唱會應用使用五波束天線的，原有某扇區D1+D2+D3共3個小區，使用五波束天線開通D1+D2、D2+D3、D1+D3、D1+D2、D2+D3共5組10個小區隔離插花組網。單天線吸收4G用戶數增加1708，增幅 233%；10個小區的最大激活用戶數為141，峰值上行PRB利用率在30.59%到63.46%之間，現場感知測試上傳下載微信視頻和照片均無卡頓緩沖現象，有效解決演唱會場景的4G網絡上行受限問題。

五波束天線在覆蓋寬度上較普通天線增加50度，等RSRP覆蓋距離增加200米，等RSRP面積增加42.7%，Y1-Y5波束在距離基站80米內重疊覆蓋區域在5度左右，開通的10個小區根據中國移動集團MR采集標準重疊覆蓋采樣點占比均低于1%。

3 小結

本文通過論述一種多波束天線方案在4G網絡中的實際應用解決容量問題，雙波束天線方案適用于各種高校、中學等負荷較高且站點資源有限場景；五波束天線適用于演唱會、運動會等大型活動保障的容量和覆蓋需求，降低單小區負荷，提升用戶上網速率，改善客戶感知，增加客戶黏性，從而帶來業務收入的增加。

[1] 金超，張萬才.多波束天線指向的校準[J].無線電通信技術，2003（06）.

[2] 欒帥，張濤，許珺.移動通信系統中多波束天線技術指標定義探討[J].通訊世界，2015（16）.