無線基站天饋系統融合改造方案研究

全貽波

摘 ? 要：隨著移動流量需求的飛速增長，各營運商的LTE（4G）網絡基本完成規模部署，國內和海外一些國家也陸續發放了5G牌照和頻譜，當前2G/3G/4G制式網絡與5G網絡在未來一段時間內必然共存。為了解決現網的容量問題，3G/4G網絡還在引入新頻譜和持續的擴容，使原本復雜的天饋系統變得更加復雜，同時，為了空出安裝空間規劃給5G天線使用，這必然要求對現有天饋系統的進行融合改造。文章主要從天線選型和天饋方案設計這兩點來展開，探討在5G即將陸續部署的大勢下，制定2G/3G/4G網絡下的天饋融合方案。

關鍵詞：天饋設計;天線選型;多頻段;多制式

1 ? ?天饋系統融合改造對多頻天線的需求

1.1 ?天面安裝空間受限

隨著2G/3G/4G各制式網絡共存及新頻譜資源的增加，樓頂和鐵塔站點已經承載的天饋數量越來越多，對于新加天線來說越來越難。在歐洲，有90%的以上的天面只能安裝1～2面天線;在拉美，有80%以上的天面只能安裝1～2面天線。

普通大眾對射頻輻射越來越敏感，對新增的射頻天線抵制心理很強烈，就迫使運營商在某些站點只能使用多頻天線或偽裝天線替換單頻天線來引入新的頻段和制式。

天線安裝空間的限制是多頻天線需求的重要驅動因素。

1.2 ?高階MIMO需求

多輸入多輸出（Multiple-Input and Multiple-Output，MIMO）作為長期演進（Long Term Evolution，LTE）的關鍵特性，在LTE部署時，2×2 MIMO已經成為最基礎的配置。隨著用戶感知需求的提升，4×4 MIMO將逐步成為FDD LTE的標準配置。4×4 MIMO對天線端口的需求會增加一倍。

多頻天線的需求在無線運營商的頻段、制式、天面和高階MIMO的需求等因素的影響下會逐步增加。

預測四頻及以上的天線的需求會占到天線總體需求的50%以上。

2 ? ?天饋系統融合改造方案設計的基本原則

2.1 ?多頻天線選型的基本原則

2.1.1 ?網絡部署整體策略

不同頻段和不同制式的無線系統在無線網絡中，承擔著不同角色，基本上可以分為：基本覆蓋層、基本容量層、熱點容量層。

在天線系統改造過程中，選擇共天線系統的原則如下：

（1）在天面受限的情況下，對于總站點數相近的系統優先共天線，可以保證兩個系統的拓撲結構最接近，共天線的規劃優化難度最小，對現網影響最小。

（2）相鄰頻段的系統，在沒有干擾風險的情況下可以考慮共天線。

2.1.2 ?頻段需求

建議為每個頻段和每個制式安排獨立的天線端口，保持獨立電下傾的能力。建議綜合考慮未來2～3年的新增頻段和系統的要求，預留天線端口。

2.1.3 ?安裝空間

從網絡性能考慮，如果有足夠的安裝空間，建議每個制式和頻段都使用獨立天線，最大程度上給網絡優化提供可能。

如果安裝空間受限，使用多頻天線替換當前天線成為必然。在這種情況下，一般建議保持當前天線數量，通過增加天線的頻段來引入新的系統。

建議使用振子復用系列天線，能夠在保持天線寬度不變的情況下引入更多的頻段。一般情況下，新天線的長度不要超過原有天線。

2.1.4 ?網絡性能

因為不同天線在設計上的差異，帶來波寬、副瓣、增益等指標的細微差異，會影響最終覆蓋強度的分布，所以在做多頻天線改造過程中，需要做性能評估。各個基站設備廠家基本有各自的網絡規劃工具來做性能評估和RF規劃。

2.1.5 ?系統干擾

在多頻的天饋方案中，干擾風險需要提前識別。當前常見干擾主要分為系統間的雜散、阻塞和互調干擾。

2.1.6 ?總體營運成本

多頻天饋方案的總體營運成本主要包含以下3種：

（1）天線系統，天線產品成本、租賃費用、安裝費用。

（2）饋線系統，饋線合路器產品成本、租賃費用、安裝費用。

（3）專業服務，聯合規劃費用、優化和咨詢費用。

從天線系統來考慮，一般情況下，常用的四頻以上天線的綜合成本（產品成本+安裝+租賃）最優;所有頻段獨立天線的方案成本最高。

從饋線系統來考慮，視頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）靠近天線安裝，省去饋線和合路的費用，成本最低。對于基站主設備不能靠近天線安裝的場景，常用的合路場景，可以省去一半以上的饋線和安裝成本，推薦使用。

2.2 ?天饋系統干擾分析的原則

2.2.1 ?阻塞和雜散干擾分析方法和規避措施

在兩個頻段相隔較近的系統中，在基站側，系統A的下行頻段距離系統B的上行頻段很近，由于系統A發射機的雜散性能或者系統B接收機的抗阻塞性能不能滿足兩個系統需要的隔離度需求，會影響系統B的接收性能。一般多頻天線的兩個頻段之間的隔離度能夠達到30 dB，當兩個系統所需要的最小隔離度需要30 dB以上時，需要采取規避措施。

2.2.2 ?互調干擾分析方法和規避措施

多系統的互調干擾場景主要體現在如下兩個場景：

（1）同系統的載波擴展范圍太大，兩個載波之間產生的互調產物落入該頻段的接收頻段。

（2）不同頻段的系統通過合路器合路共享饋線時，不同頻段之間的互調產物落入到參與合路的系統的接收頻段內。

互調干擾的強度跟系統的產品信息營銷管理PIM指標直接相關。一般來說，單個RF器件的PIM指標是明確的，但是多個RF器件組成的系統，PIM指標跟很多因素相關，例如工程質量、安裝場景的電磁環境等，非常難定量評估，所以在互調干擾分析的時候一般使用較為保守的經驗值來分析，例如一般饋線合路場景的系統PIM3指標大致在130 dBc，PIM5的指標大致在150 dBc。

2.2.3 ?不同系統間的干擾

系統間的干擾主要是有限的頻譜資源被逐步占滿，相近或相鄰頻段被不同移動通信系統使用的場景越來越多，系統間的干擾也就隨之而來。

在天饋系統設計過程中，可以根據下面的表格來識別系統間的干擾風險，選擇正確的濾波器來規避系統間的干擾風險。

2.3 ?天饋改造方案性能分析原則

天饋改造中，性能分析主要是為了保障改造前后的網絡性能。

在多頻替換單頻的過程中，多系統的方位角和天線高度會被統一，這樣最終的方位角和天線高度需要根據各個系統的部署策略找到最優的平衡。

由于改造前后天線在波瓣上（波寬、副瓣、前后比等）的細微差異，改造前后的天線在覆蓋性能上會出現差異，即使是兩款等規格的天線，這個差異也會客觀存在，所以在替換前后需要做細微的優化來保障替換前后的網絡性能，主要手段是優化各個頻段的下傾角和方位角。

3 ? ?天饋系統融合改造案例分析

PIM問題導致合路方案變更：在某個天饋網絡設計中，其網絡GSM，UMTS，LTE各制式共站部署，其中，GSM1900是由兩段頻譜組成，分別支持25個載波和7個載波。UMTS1900一共有連續的18.4 M，計劃配置成2個4.2 M和2個5 M。所以對于每個扇區，G1900和U1900的配置都是S4/4/4，L700和L-AWS的配置都是S1/1/1。基于站點塔上的安裝空間有限及成本考慮，所以對這些站點選用了某款三頻天線，其能夠同時支持690-960和1710-2690兩個頻段;合路器選用能支持1 900 M頻段和1710-1755//2110-2155頻段的輸入。具體方案如圖1所示。

4 ? ?結語

天饋系統融合改造是一個相對復雜的工作，對設計人員的要求比較高，需要對無線移動網絡和天饋系統有充分的了解，并需要在不同的項目中積累并總結經驗。