網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線參數(shù)優(yōu)化

1、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線參數(shù)優(yōu)化,姚中興 教授西安海天天線科技股份有限公司2003年6月,目 錄,一、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成二、無線覆蓋與小區(qū)劃分 三、實(shí)現(xiàn)無縫隙覆蓋 四、無線覆蓋與網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)性能的關(guān)系,一、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成,,第一個(gè)界面為基站與用戶的界面。該界面通過基站天線實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，完成用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換。 第二個(gè)界面是網(wǎng)絡(luò)容量的規(guī)劃與設(shè)置。 第三個(gè)界面為基站與控制系統(tǒng)的各種無線參數(shù)的設(shè)定。（小區(qū)用戶登

2、記切換電平設(shè)置--------）。 由此可看出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括三部分。第一部分是無線覆蓋，它是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)的基礎(chǔ)。沒有好的無線覆蓋就不會(huì)有好的網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)性能。,第二部分是頻點(diǎn)的規(guī)劃與設(shè)置，它是限定網(wǎng)絡(luò)的容量。第三部分是各種無線參數(shù)的正確設(shè)置。因此，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的內(nèi)容就包括這三部分內(nèi)容的優(yōu)化： 1．無線覆蓋，確定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的范圍；

3、 2．信道設(shè)置，確定網(wǎng)絡(luò)的容量； 3．控制參數(shù)的設(shè)置，確定網(wǎng)絡(luò)的工作性質(zhì)。 長期以來，各移動(dòng)通信公司對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作一直沒有停止過。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面投入了大量的人力、物力，付出了艱辛的勞動(dòng)。但是，以前的網(wǎng)優(yōu)工作,主要注重設(shè)備參數(shù)等方面，對基站天饋線的優(yōu)化注重較少，造成網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中基礎(chǔ)與高層優(yōu)化脫節(jié)，網(wǎng)絡(luò)的性能并沒有得到明顯改善。隨著移動(dòng)通信事業(yè)的不斷發(fā)展及用戶要求的不斷提高，對網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)質(zhì)量提

4、出了更高要求。因此，今后網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)更有針對性。應(yīng)該從基礎(chǔ)層作起，確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常運(yùn)行，充分發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源。由于長期以來其他層次參數(shù)的優(yōu)化工作做的比較完善。因此，今后網(wǎng) 優(yōu)的重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)層既天饋系統(tǒng)優(yōu)化，并已成當(dāng)務(wù)之急。 無 線

5、 參數(shù)優(yōu)化 頻點(diǎn)規(guī)劃優(yōu)化

6、 天饋系統(tǒng)的優(yōu)化,,,,,,上圖形象地說明了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。要提高網(wǎng)絡(luò)的性能，打造一個(gè)金牌網(wǎng)絡(luò)首先要保證基礎(chǔ)層的工作正常。我們知道網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是在

7、系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下對系統(tǒng)的設(shè)備、軟、硬件參數(shù)的全面調(diào)整，但在實(shí)際網(wǎng)優(yōu)工作中往往只注意到設(shè)備的軟硬件參數(shù)優(yōu)化（既最高層優(yōu)化）而忽略了優(yōu)化的最基礎(chǔ)的工作。2002年度，我們對移動(dòng)和聯(lián)通公司部分省市在網(wǎng)基站進(jìn)行了全面巡檢，發(fā)現(xiàn)天饋系統(tǒng)安裝不規(guī)范，天饋系統(tǒng)故障，天線選型不當(dāng)造成網(wǎng)絡(luò)性能不佳的原因占到80%以上。天饋系統(tǒng)的好壞是決定基礎(chǔ)天線覆蓋好壞的決定因素。也是決定網(wǎng)絡(luò)性能好壞的基礎(chǔ)。 無線覆蓋的優(yōu)化主要是解決無線覆蓋的范圍與覆蓋

8、區(qū)內(nèi)無線覆蓋質(zhì)量優(yōu)化。,二、無線覆蓋與小區(qū)劃分,由VHF、UHF的電波傳播特性可知，一個(gè)基站僅能在有效的電波覆蓋區(qū)內(nèi)為用戶服務(wù)，這樣的覆蓋區(qū)稱為無線小區(qū)（基站區(qū)），服務(wù)區(qū)（業(yè)務(wù)區(qū)）是指移動(dòng)通信網(wǎng)所能提供的正常業(yè)務(wù)的范圍，業(yè)務(wù)區(qū)通常由若干個(gè)無線小區(qū)組成，無線小區(qū)的劃分和服務(wù)區(qū)的組成應(yīng)按用戶區(qū)域分布覆蓋區(qū)形狀及業(yè)務(wù)要求，并根據(jù)地形電波傳播特點(diǎn)、話務(wù)分布、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面，綜合考慮確定采用什么樣區(qū)域劃分及組成。,由于電波傳播的損耗是隨著距離的增

9、加而增加，并與地形環(huán)境密切相關(guān)。另外，手機(jī)的功率的有限性決定了移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離是有限的，也決定了無線小區(qū)的范圍的有限性，當(dāng)然小區(qū)范圍的大小還與小區(qū)內(nèi)話務(wù)量的分布有關(guān)。,業(yè)務(wù)區(qū)與無線小區(qū)的結(jié)構(gòu)： 1、帶狀網(wǎng)：主要應(yīng)用于覆蓋公路、鐵路、跨海橋梁、海岸等。,,,,,,2、蜂窩網(wǎng)：在平面區(qū)域內(nèi)劃分小區(qū)通常采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 小區(qū)的形狀可分為正三角形、正四邊形、正六邊形。,,,,¾√3 R2,,√2 R,,√3 R,,2R

10、2,2.6R2,可看出，正六邊形相鄰區(qū)域中間間距最大，覆蓋面積最大。在業(yè)務(wù)區(qū)域面積一定的情況下，正六邊形小區(qū)的形狀最接近理想的形狀，因?yàn)樗璧幕緮?shù)最少，最經(jīng)濟(jì)，由于它與蜂窩相同，故稱蜂窩網(wǎng)。,蜂窩小區(qū)根據(jù)它的面積大小可分為：,,微微蜂窩,微蜂窩,宏蜂窩,宏蜂窩小區(qū)：1公里以上（主要用于郊區(qū)、一般市區(qū)） 保證連續(xù)覆蓋（滿足低容量） 高速移

11、動(dòng)業(yè)務(wù)（車載通信） 較適合于低速數(shù)據(jù)傳輸 基站功率大,微蜂窩小區(qū)：數(shù)百米（主要用于繁華市區(qū)） 滿足大容量 較低移動(dòng)性業(yè)務(wù)（步行） 較適合于較高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

12、 較多用戶的話音業(yè)務(wù) 基站功率較低,微微蜂窩小區(qū)：室內(nèi)系統(tǒng) 高容量業(yè)務(wù) 適合于業(yè)務(wù)密集區(qū) 一般用于室內(nèi)分布系統(tǒng),對于蜂窩小區(qū)的激勵(lì)通常為中心激勵(lì)與頂點(diǎn)激勵(lì)，在每個(gè)小區(qū)中基站可設(shè)在小區(qū)的中央，用全

13、向天線形成圓形覆蓋，這就是中心激勵(lì)。也可將基站設(shè)計(jì)在每個(gè)小區(qū)六邊形的三個(gè)頂點(diǎn)上，每個(gè)基站采用三付相同120度上行定向天線實(shí)現(xiàn)覆蓋，這就是頂點(diǎn)激勵(lì)。,,區(qū)群的組成：相鄰小區(qū)不能用相同的信道，相同信道的小區(qū)之間應(yīng)有足夠的距離進(jìn)行隔離，避免出現(xiàn)同頻干擾，這些不同信道的小區(qū)組成一個(gè)區(qū)群，只有不同區(qū)群的小區(qū)才能進(jìn)行信道再用。,,區(qū)群的組成應(yīng)滿足： (1)  區(qū)群之間可以鄰接且無空隙、無重疊的進(jìn)行覆蓋；

14、 (2)  鄰接之后的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)之間距離相等。 滿足上述條件的區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)不是任意的，可以證明，區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)應(yīng)滿足N = i2 + ij +j2，式中ij均為正整數(shù)。,,,j,N,i,,小區(qū)分裂：在整個(gè)服務(wù)區(qū)中，每個(gè)區(qū)的大小可以是相同的，這適用于用戶密度均勻分布的情況，對于用戶密度不均勻的情況，在高密度區(qū)可使小區(qū)面積小一些，在低密度區(qū)小區(qū)面積大一些，對于已規(guī)劃好的蜂窩網(wǎng)隨著城市建設(shè)

15、的發(fā)展，原來低密度用戶區(qū)可能變成高密度用戶區(qū)，這需要擴(kuò)充小區(qū)容量，其中一個(gè)重要方法是使小區(qū)面積變小，增加新的基站，這就叫小區(qū)分裂。,,,三、實(shí)現(xiàn)無縫隙覆蓋,1、 一般城市市區(qū)的蜂窩網(wǎng)的小范圍覆蓋。 2、城市郊區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、風(fēng)景點(diǎn)、公路、鐵路等低話務(wù)量地區(qū)廣度覆蓋。 3、 城市室內(nèi)、商場、地鐵、地下停車場等深度覆蓋。,對于不同業(yè)務(wù)區(qū)采用不同的覆蓋要求： (1)  公路、鐵路、基站

16、 應(yīng)用環(huán)境具有話務(wù)量低、用戶高速移動(dòng)的特點(diǎn)，必須重點(diǎn)解決覆蓋問題，一般可采用帶狀覆蓋，采用雙向小區(qū)在穿過鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城時(shí)可采用三扇區(qū)體制或全向體制，在覆蓋中天線的選擇很重要，天線的方向圖應(yīng)和覆蓋地區(qū)相匹配。,(2)  途徑郊區(qū)、村鎮(zhèn)的道路覆蓋 此時(shí)對話務(wù)量及覆蓋均具一定的需求，可采用01、02、S111、O+S型基站，天線的選擇主要考慮覆蓋距離，選擇不帶內(nèi)置電下傾天線，如基站附近有覆蓋要求時(shí)，應(yīng)考慮避免塔下黑，可采用內(nèi)

17、置電下傾天線或賦形天線。,(3)   郊區(qū)覆蓋 若接近城區(qū)，基站數(shù)量不少，頻率復(fù)用較為緊密，此時(shí)應(yīng)注意控制覆蓋及干擾，若接近農(nóng)村，則覆蓋為主，建議不采用全向站，要采用定向站，可采用65度、90度的定向天線。天線下傾角由垂直波束與主要覆蓋區(qū)的距離、天線掛高來決定，天線掛高由覆蓋區(qū)大小及下傾角共同決定。,覆蓋區(qū)內(nèi)功率強(qiáng)度預(yù)測： 由于覆蓋區(qū)內(nèi)地理特征、自然特征差別較大，這些嚴(yán)重影響了覆蓋效果，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段

18、，必須對一些典型結(jié)構(gòu)做一些預(yù)測。,理論型覆蓋預(yù)測公式： (1) 自由空間傳播（單射線型） Lf = 10 lg PR/PT = 20log (λ/4πd) + GT + GR = -32.44 + GT + GR – 20log F(MHz) – 20log d(Km) 例：室內(nèi)分布系統(tǒng)中計(jì)算吸頂天線輸出功率與距離為R處的室內(nèi)覆蓋的場強(qiáng)關(guān)系， 設(shè)：PR=-72dBm R=18m=0.018

19、km GT=3dBi GR=1.5dBi 天線裝在天花板（石膏板）上，損耗5dB，求天線口的功率PT 解：PT=PR+32.44-GT-GR+20logF+20logd =-72dBm+32.44-3-1.5+20log900+20log0.018 =-20dBm 考慮到石膏板的損耗，天線口的實(shí)際功率共為PT=-20dBm+5

20、dB=-15dBm,例2：在單射線模條件下，路損變化對覆蓋距離的關(guān)系， 可算出：,(2)  平面反射傳播（雙射線型）Lf =10 lg PR/PT = 20log HT (m) + 20log HR (m) + GT + GR – 40log d(m)上式中，沒有頻率出現(xiàn)時(shí)認(rèn)為，hthr＜＜d反射面為理想導(dǎo)體。,例3：基站天線的高度對接收信號(hào)的影響，為討論方便， 我們令GT=GR=1 Lf=1

21、0logPR/PT=20logHT+20logHR-40logd(m) 或，寫成：PR=PT（HTHM/d2）2 若PT不變，原來接收PR=-110dBm,HT=30m 現(xiàn)在改變PR=-100dBm，求HT′應(yīng)為多少？ 解： PR′ 10logPR′-10logPR= 20logHT′-20logHT 10= 20logHT′/HT HT′= HT101/2 =3.1

22、6HT =94.8m,,PT(HTHM/d2)2,,PR,=,PT(HT′HM/d2)2,=,,HT′2,HT2,說明： 1、在上述公式中，增加基站天線的有效高度可以改善覆蓋電平，我們稱為基站天線高度增益因子，從上例可看出，當(dāng)基站天線有效高度增加近3倍時(shí)，覆蓋改善10dB。 2、由上式可以看出，HT′=2HT時(shí)， PR′（dB）-PR(dB)=6dB。 3、對HR的作用不服從此規(guī)律。,Okum

23、ura將環(huán)境分為三類：開闊地、郊區(qū)、城市分別由不同的相關(guān)因子來補(bǔ)償。開闊地：L0 = Lf + K0 K0 = -4.78(logF(MHz))2+18.33logF(MHz)-40.94郊區(qū)：L0 = Lf + KsKs = -2(log F(MHz)/28)2 – 5.4對900MHz：K0 = -28.5dB Ks = -10dB對1800MHz：K0 = -32dB Ks = -12dB,例

24、：Okumura-HaTa經(jīng)驗(yàn)公式中可以看出基站天線有效高度增益因子為13.82logHT(m）顯然小于雙射線模。 路損變化與覆蓋距離的關(guān)系較前面兩種模式復(fù)雜，它與基站的有效高度有關(guān)，以HT=30米為例可得如下結(jié)果：,目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋中存在的問題： 1、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期短，建設(shè)速度快，施工隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)不足，管理跟不上，留下許多工程隱患。 2、網(wǎng)絡(luò)最初規(guī)劃、設(shè)計(jì)不完全合理，無線傳播中存在許多無法完全確定的因素，這些因素

25、影響著無線覆蓋。 3、網(wǎng)絡(luò)投入營運(yùn)后： (1)   終端用戶的變化（地理分布） (2)   網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境的變化（城市建設(shè)發(fā)展） (3)   網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化（覆蓋范圍，系統(tǒng)容量） (4)   新業(yè)務(wù)的開拓 都需要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)調(diào)整過程也可稱為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程。,四、

26、無線覆蓋與網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)性能的關(guān)系,網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)的性能主要由呼損率、掉話率、切換成功率、干擾來考慮。 呼損率：首先影響呼損的是話務(wù)均衡、信道容量，但是話務(wù)均衡與覆蓋其大小有關(guān)，呼損也與覆蓋區(qū)中信號(hào)的電平有關(guān)。 掉話率：與小區(qū)切換成功率有關(guān)，也與覆蓋區(qū)中信號(hào)是否均勻有關(guān)，另外與是否存在干擾有關(guān)。,切換成功率：與切換系數(shù)數(shù)量正確與否有關(guān)，與小區(qū)定義鄰區(qū)覆蓋電平是否合理有關(guān)。 干擾：干擾主要來自系統(tǒng)外及系統(tǒng)內(nèi)自干擾，這主要是由于覆蓋無線