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1、利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰1/14 利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰实验报告实验报告深圳公司 网络优化中心 王博2010 年 3 月 22 日目录目录利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰实验报告.11 引言.22 波导效应特性以及天线的极化 .33 现网应用.93.1 干扰水平分析：.93.2 业务量分析.103.3 上下行覆盖、质量分析 .113.4 接通率、掉话率分析 .134 总结.14利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰2/14 1 1 引言引言私装直放站引起城中村覆盖 900M 小区强上行干扰，导致有效覆盖减小，造
2、成上行信号质差、用户投诉。直放站产生干扰的原因是空间的白噪声和直放站自身的噪声经过放大后通过上行链路连同手机信号一同到到达基站接收端造成对基站的上行干扰。一般正规直放站厂家在安装直放站时考虑到这个问题，要对直放站上行噪声底部电平进行调整，并且选择适当的施主小区，以减少对基站系统的上行干扰。但私装直放站并不考虑该问题，功率往往调整为最大，因此会对周围基站造成较强的上行干扰。换言之，私装直放站的上行功率有较大冗余。如适当降低私装直放站上行功率将对现网上行干扰问题有一定改善。通过实地调查发现，一般的私装直放站使用的都是定向性较好的八木天线作为私装直放站无线接入耦合方式，且八木天线安装时的极化方式为垂
3、直极化，根据这一特性，我们可以利用波导效应，使基站天线和私装直放站天线传播方向极化正交，从而降低私装直放站引入的上行干扰。而对于普通终端，其天线为全向天线且用户持握方式极少为绝对的垂直，因此对普通终端影响较小。利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰3/14 2 2 波导效应特性以及天线的极化波导效应特性以及天线的极化波导效应在城市环境中较为明显，波长越短的无线电波，当遇到障碍物时，在其表面发生镜面反射的可能也越大，当无线信号在两侧是规则楼房的街道中传播时，主要以反射方式进行，我们称之为“波导效应” 。由于街道两旁有高大的建筑物，结果使得沿传播方向的街道上信号增强，而垂直于传播方向的街道上信号
4、减弱，通常两者信号强度一般相差达 10dB 以上。从波导效应特性我们可以得出一个推论：当发射天线电磁波传播方向和接收天线电磁波传播方向平行时，当发射天线电磁波传播方向和接收天线电磁波传播方向平行时，接收到的信号强度最强；当发射天线电磁波传播方向和接收天线电接收到的信号强度最强；当发射天线电磁波传播方向和接收天线电磁波传播方向垂直时，接收到的信号强度最弱。磁波传播方向垂直时，接收到的信号强度最弱。为了验证这一推论，我们进行了一个实验，以现在移动通信网比较常用的45双极化天线为发射天线，+45为基站信号发射极化方向，以八木天线连接频谱仪作为接收终端，在离发射天线 30 米可视范围下，通过旋转八木天
5、线振子相对于地面的方向，使其处于不同的接收角度，得到不同的接收信号强度，试验连接示意图如下：利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰4/14 图 1 试验连接示意图当旋转八木天线与室外基站天线成 0 度、180 度、360 度时，接收功率为-12.40dBm。见图 2：图 2 八木天线与室外基站天线成 0 度、180 度、360 度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成 45 度、225 度时，接收功率为-9.20dBm。见图 3：利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰5/14 图 3 八木天线与室外基站天线成 45 度、225 度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成 90 度、270
6、 度时，接收功率为-12.97dBm。见图 4：图 4 八木天线与室外基站天线成 90 度、270 度时接收功率当旋转八木天线与室外基站天线成 135 度、315 度时，接收功率为-26.07dBm。见图 5：利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰6/14 图 5 八木天线与室外基站天线成 135 度、315 度时接收功率从实验数据可以得知，当发射天线为+45倾斜极化，八木天线振子相对于地面为 135和 315方向时，频谱仪接收到的信号强度最弱；八木天线振子相对于地面为 45和 225方向时，频谱仪接收到的信号强度最强；且最强和最弱的信号强度相差达且最强和最弱的信号强度相差达 16dB16d
7、B 以上以上。从以上的实验数据可以验证推论的正确性。见下图：图 6 极化方向与接收功率关系图现阶段移动通信网络在密集城区和一般城镇应用环境下，主要采用45双极化天线，双极化天线组合了+45和-45两副极化方利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰7/14 向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量，同时由于45为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。而城中村私装直放站使用的八木天线，主要为垂直极化方式，其天线振子安装时与地面垂直，综上所述，我们可以得出一个结论：如果使城中村基站发射天线极化方向与私装直放站八木天线极化如果使城中村基站发射天线极化方向与私装直放站
8、八木天线极化方向保持垂直，即极化方向保持正交，那么私装直放站八木天线接方向保持垂直，即极化方向保持正交，那么私装直放站八木天线接收到的信号强度将会大大减弱，从而降低了私装直放站引入的上行收到的信号强度将会大大减弱，从而降低了私装直放站引入的上行干扰。干扰。根据这一结论，我们需要将城中村基站45双极化天线更换为水平极化的单极化天线，这样才能使城中村基站发射天线极化方向与私装直放站八木天线垂直极化方向保持正交。值得注意的是，将双极化天线更换为单极化天线会造成基站上行接收信号的极化分集损失。极化分集主要用于多径反射显著的场景，比如密集城区。由于建筑物的多径反射情况复杂，多径反射信号的极化分量往往也出
9、现扭转和改变，以致合成的极化方向并非是简单的水平或者垂直，而主要是介于水平和垂直之间的方向，所以45双极化天线可获得良好的极化分集效果。虽然将城中村基站45双极化天线更换为水平极化的单极化天线会带来极化分集损失，但是两根单极化天线带来的空间分集效果，除了弥补极化分集损失外，还增加了上行分集增益。极化分集和空间分集增益的比较见下表：利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰8/14 应用环境极化分集增益(dB）空间分集增益(dB）密集城区(室内）3.73.75 5密集城区(室外）4.74.73.33.3一般城镇(室内）43.7一般城镇(室外）5.74.7农村2.75.3图 7 极化分集和空间分集增
10、益比较从上表可以看出，在类似城中村这样的密集城区环境，使用两根水平极化的单极化天线带来的空间分集增益会使室内的用户获得更好的效果，而对于室外则稍有下降。考虑到城中村弱覆盖多发于室内，因此我们认为使用空间分集对城中村覆盖有益使用空间分集对城中村覆盖有益。利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰9/14 3 3 现网应用现网应用通过以上的分析，将城中村基站45双极化天线更换为两根水平极化的单极化天线，将会降低城中村私装直放站对基站的上行干扰，从而释放城中村基站的话务吸收能力，增强城中村基站的有效覆盖。根据这一优化思路，我们选择了现网城中村的一个基站小区进行了天线更换，分析如下：3.1 干扰水平分析
11、：干扰水平分析：图 8 上行干扰改善效果图天线更换前，ICMBAND 均值为 20%，大多数时段为 4-5 级上行干扰；更换天线后，ICMBAND 均值为 50%，大多数时段为 2-3 级上行干扰。更换天线后：ICMBAND 均值为50%，干扰水平改善干扰水平改善 30%更换天线前：ICMBAND 均值为20%，干扰等级较高利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰10/14 结论结论：天线更换后，接收到私装直放站上行信号明显减弱，干扰水平下降明显，达到 30%。3.2 业务量分析业务量分析图 9 小区话务量变化图此小区优化前有 5 级左右的上行干扰，因此为控制其覆盖范围，参数设置为：ACCMI
12、N=90，CRO=5,PT=0,MSRXMIN=90。3 月 12 日进行了天线更换（图上红线） ，更换后未进行任何参数调整，可见话务量保持平稳。3 月 14 日，观察小区干扰降低，将参数恢复为普通设置，参数设置为：ACCMIN=100，CRO=0,PT=0,MSRXMIN=100。调整后可见话务量由 178erl 提升到 200erl 左右。约有 10%的业务量提升。结论：结论：更换天线后，总体话务量平稳并未下降，覆盖范围内未损失用户，物理覆盖能力并为因为更换天线有明显下降。调整参数后，话务量相应提升，结合 ICMBAND 指标可认为有效覆盖提升。利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰11
13、/14 3.3 上下行覆盖、质量分析上下行覆盖、质量分析图 70 MRR 上下行覆盖电平采样点分布变化图而 MRR 上下行覆盖率方面，单纯从“率”的角度上，指标均有一定的下降。但结合上、下行两图变化趋势则有更多发现：下行方面，-65dBm 以上采样点几乎毫无变化，在-65 至-80dBm 区间则有一定程度的下降，而从-80dBm 以下则有较明显增加。根据以往的覆盖经验，-65dBm 以上覆盖区域多为正对无遮挡道路及住宅，此部分未发生采样变化可认为正对无遮挡情况下两种天线下行覆盖能力极为接近。而-65 至-80dBm 区间下降的原因怀疑为因直放站接收施主小区电平强度下降所致，以及水平波折射衰减更
14、严重等原因所致，此原因仍需进一步验证。而低于-80dBm 部分有一定增长，则是上行干扰降低后，有效覆盖提升所致。而上行方面，则与下行有较大的分歧。-85dBm 以上采样点大幅度降低。分析原因应与分集接收方式及私装直放站的影响相关。分集接收方式问题在前文提到（见图 7） ，对于室外（强信号）空间分集接收增益相对极化分集降低 1.4dB。而对于室内（弱信号）空间分集接收增益相对极化分集提升利用波导效应降低城中村私装直放站上行干扰12/14 1.3dB。这将造成上行电平强度的变化。而影响更大的是，大量的私装放大器发射的强信号被有效降低，导致上行强信号采样降低，而在-95 至-85dBm 区间，采样点有大幅度提升。图 11 MRR 上下行质量变化图通过 MRR 上下行质量变化可见，优化后 MRR 上行质量由 82%提升至 90%，提升非常明显。而下行质量则有微弱下降，从 90.5%下降为 89.2%。下行质量的下降一方面是由于损失了强电平所贡献的高质量下行采样。尤其在恢复参数设置后，上下行质量略有下降，原因是由于恢复参数设置后更多的弱电平
