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1、1*CDMA系统基站天线基本原理及优化应用CDMA系统基站天线基本原理及优化应用2*内容提要: 基站天线的基本知识 基站天线的分类与选择 基站天线的参数调整CDMA系统基站天线基本原理及优化应用3*天线的基本知识天线的基本知识4*主要知识点v 半波偶极子 v dB, dBi, dBd,dBm, dBc v 天线的方向性 v 天线的波束宽度 v 天线的辐射方向图 v 天线增益 v 驻波比和回波损耗 v 前后比 v 零点填充与上旁瓣抑制 v 天线的极化方式 v 双极化天线特性 v 互调失真 v 机械与电子俯仰角天线的基本知识5*天线的定义v 天线是一种将传输线送来的高频传导电流转变成空间电磁波或反
2、 向过程的装置。v 天线是无源而非有源器件。天线的基本知识6*F0 (MHz) (Meters) (Inches)3010.0393.6803.75147.61601.8773.82801.0742.24600.6525.78000.3814.89600.3112.317000.186.9520000.155.90F0 半波偶极子(half-wave dipole)v 半波偶极子是构成当前基站天线的基本单元7*Aperture of DipolesVertical PatternHorizontal Pattern4 Dipoles Vertically StackedSingle Dipol
3、e半波偶极子排列原则 半波偶极子以一直线排列 最佳间距（非电调天线）约为0.9 长度增加时，增益会随着增加 2 x 长度 增加3dB增益 波束宽度减小时，增益会随着减小 1/2 x 波束宽度 增加3dB增益半波偶极子排列原则天线的基本知识8*理解 “dB” “dBi”“dBd”“dBm”“dBc”“dB”表示两个信号强度间的差值，是放大（增益）或衰减（损耗）相对倍数的分贝表示“dBi” 相对于点源天线的天线增益“dBd” 相对于半波偶极子的天线增益“dBm”以1毫瓦为参考值的dB数1 mWatt=0 dBm 1 Watt=30 dBm 20 Watts=43 dBm“dBc” 相对于载波电平的
4、载波dB值例: -100 dBc = 载波电平以下100 dB 如果载波电平为 100 Watt = 50 dBm 那么-100 dBc = -50 dBm 或 0.00001 mWattNote: The Logarithmic Scale 10x log10 (Power Ratio)天线的基本知识9*天线的方向性v 天线方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。v 对于接收天线，方向性表示天线对不同方向传来的电磁波所具有的接收能力。v 天线的方向性的特性曲线通常用方向图表示。v 方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形，同样说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。天线的
5、基本知识10*波束宽度v 表征天线在指定方向上辐射功率的集中程度。分为3dB波束宽度和10dB波束宽度。v 3dB波束宽度指在天线主瓣的两侧，相对于天线的最大功率值。v 当功率强度下降到-3dB时的两点间的夹角，即半功率角。v 波束宽度根据方向的不同，可分为垂直波束和水平波束。天线的基本知识11*天线辐射方向图水平方向图 决定因素 HPBW（半功率角） F/B ratio（前后比） 旁瓣水平 形式 全向 单方向（定向）垂直方向图 下旁瓣零点填充 上旁瓣抑制天线的基本知识12*天线的增益v 增益是指在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度与参照辐射单元在该方向上 的功率密度
6、之比。v 增益是一个相对的概念，所参照的辐射单元不同，表征天线增益的参数也不同。v 大多数VHF/UHF天线厂商使用半波偶极子做为参照（单位：dBd）v 微波天线厂商常用各向同性源做为参照（单位：dBi)v 天线增益（ dBi ) = 天线增益 （ dBd ）+ 2.150 (dBd) = 2.15 (dBi)Isotropic (dBi) Dipole (dBd) GainIsotropic Pattern3 (dBd) = 5.15 (dBi)Dipole Pattern天线的基本知识13*驻波比VSWR定义如下： 回损定义如下： 传输损耗定义如下： TL= -10 log1-Reflec
7、ted power/Forward power 驻波比VSWR和回波损耗(1)天线的基本知识14*驻波比VSWR 与回损(2)天线的基本知识15*VSWRReturn Loss (dB)Transmission Loss (dB)Power Reflected (%)Power Trans. (%)1.001.101.201.301.401.502.0026.420.817.715.614.09.50.000.010.040.080.120.180.510.00.20.81.72.84.011.1100.099.899.298.397.296.088.9驻波比VSWR 与回损(3)联通天线选型
8、的标准要求VSWR25dB，越高越好v 极化方式v 双极化天线隔离度要求Isolation30dBv 互调产物（单位：dBc或dBm）要求-150dBc（-107dBm)v 电子下倾角 （单位：degree）天线选择的建议(3)主要电气性能指标天线的分类与选择46*v天线尺寸 v天线重量 v天线罩材 v构造特点 v安装附件，配合抱杆、外墙等多种安装方式使用 v安装附件，可供现场调整下倾角使用 v接头的类型和位置 v最大可承载风速天线选择的建议(4)主要机械性能指标天线的分类与选择47*v 盐雾, IEC 68-2-1 v 冰雪, IEC 68-2-1 v 燥热, IEC 68-2-2 v 模拟
9、太阳辐射, IEC 68-2-5 v 震动, IEC 68-2-6 v 盐雾, IEC 68-2-11 v 气温变化, IEC 68-2-14 v 雨水, IEC 68-2-18 v 电击, IEC 68-2-27 v 湿热、周期性（潮湿度）, IEC 68-2-30天线选择的建议(5)主要环境性能指标天线的分类与选择48* 天线厂商的质量控制体系和信誉度产品线（生产和产品检测）的质量控制是否符合质量体系要求？产品的售后服务是否符合要求？产品的返修率如何？可以提供怎样的专业服务？天线选择的建议(6)天线的分类与选择49*基站天线的参数调整基站天线的参数调整50*主要知识点v 基站天线高度的调整
10、v 基站天线方位角的调整v 基站天线俯仰角的调整v 通过调整天线俯仰角、方位角优化系统性能的实际案例分析基站天线的参数调整51*v天线高度直接与基站的覆盖范围有关。vCDMA网络在建网初期，站点较少，为保证覆盖，基站天线一般架设得比较高。随着近几年的迅速发展，基 站站点大量增多，在部分地区的密集市区已经达到大约500米左右一个站。在这种情况下，我们必须合理 降低初期过高的天线高度，以免影响网络质量。对于网络可能造成的影响如下：话务不平衡个别基站天线过高，会造成个别基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的话务量过大，而与之相邻 的基站由于覆盖较小且可能被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥应有作用，导致
11、话务量分配不均 衡。系统内干扰基站天线过高，会造成越站无线干扰，引起掉话，从而导致系统质量下降。孤岛效应当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不 变的基础上，在很远处出现“飞地”，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这 样就造成“飞地”与相邻基站之间没有切换关系，“飞地”因此成为一个孤岛，当手机占用上“孤 岛”覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。基站天线高度的调整避免天线过高基站天线的参数调整52*(i) (i) 天线高度在屋顶高度之上天线高度在屋顶高度之上(ii) (ii) 天线高度在屋顶高度之下天线高度在屋顶高度之下更
12、多的衍射效应高延时扩展失真的地面覆盖diffractiondiffraction pointspoints 标准的小区形状 低延时扩展 低路径损耗 可调整的小区范围基站天线高度的调整避免天线高度在建筑物高度以下基站天线的参数调整53*收到信号收到信号 的变化的变化 dBdB信号损耗比较天线高度102050-60-40-40-200天线高度 m屋顶平均高度屋顶平均高度 (15m) (15m)3040-20-600Antenna HeightAntenna Height54*天线方位角的调整 方位角的设置决定了天线主瓣的方向。 天线方向是为了达到特定覆盖目标所确定的。 综合考虑地形地貌情况和话务量
13、分布。Base StationAntenna orientation 确定消除信号: 3.根据 4.a. 所有出现导频单PN的Ec/Io图(检查方位角倾角) b. 问题区域离导频扇区位置及距离(包括是否过覆盖) c. 目前天线是否主瓣方向(必须知道天线的半功率角) d. 主导频的比例 3.为加强导频和消除导频调整天线参数:(需要实地了解覆盖目标及基站周围地貌环境影响确定方案) 调整方位角注意事项: 3.a. 考虑天线调整可能性(有否阻挡) 4.b. 对于调整天线而言, 要知道是否主瓣变旁瓣, 或旁瓣变主瓣 5.c. 参照天线波瓣图, 确认调整前后两方向上有多少db改变 6.d. 考虑原先方向上
14、调走之后是否有新导频能照顾过来, 从而使不至于给原先区域造成影响; 同时考虑新方向对信号是否能较好控制而不至于走得太远而影响变大不受控制 7.调整倾角注意事项 8.a. 考虑有否电倾及最大倾角不能使天线波瓣变形 9.b. 参照天线波瓣图, 确认调整前后有多少db改变(要找准水平方位角方向) 10.c. 检查原先由此导频照顾的区域不受影响 4.路测并做对比 5.对新的路测数据分析, 重复1,2,3,4过程进行第二轮调整射频优化中优化天线参数的案例基站天线的参数调整67*宏峰窝基站耦合出分路的信号供室内覆盖使用目前，这个方案使用于两种类型l 针对密集的高层建筑群，在特定的宏峰窝扇区采用功分器引出专
15、门针对高层覆盖的第二副天线，作为高层区域的主导信号典型案例：上海中远两湾城高层建筑群室内高层覆盖解决方案基站天线的参数调整68*C758C761中远两湾城图上所显示的是至2003年7月时中远两湾城周 边 基站分布情况，两个黄色的圆点为预期加站的 位置。 中远两湾城是大型的住宅楼盘，位于苏州河畔 ，平均楼宇高30层，而且楼宇的间距非常密集 。解决该地区小区内地面和楼宇内覆盖是很大 的挑战。考虑的两个思路： 利用覆盖中远两湾城的C758和C761基站， 通过扇区分裂出一路信号，保留原扇区的天线 覆盖路面，引出的信号通过新增的第二副天线 的上仰解决住宅群的高层覆盖 结合实际情况，合理地优化周边其他基
16、站例(1)基站天线的参数调整69*C761所处的位置，周围均为高层建筑群中远两湾城为连片的板状高层建筑群基站天线的参数调整70*C758和C761基站都采用 了这种方式基站天线的参数调整71*例2问题区域1问题区域 2基站天线的参数调整72*例2（续）调整前问题区域1的越区覆盖基站天线的参数调整问题区域173*例2（续）调整前南郊乡政府第二扇区覆盖图调整前梧娗三第三扇区覆盖图调整前问题区域1的越区覆盖基站天线的参数调整74*调整方案例2（续）Cell nameC站号原方向角新方向角原倾角新倾角电子倾角瓯海德政村1020 瓯海德政村 130160 梧娗三 265356南郊乡政府 160 26 温州里详殿 145 686梧田鱼鳞夹 270 69 基站天线的参数调整75*例2（续）调整后南郊乡政府第二扇区覆盖图调整后梧娗三第三扇区覆盖图调整后问题区域1的越区覆盖明显改善
