一、天線類型選擇
在移動通信網工程設計中,應該根據網路的覆蓋要求、話務量分布、抗干擾要求和網路服務質量等實際情況來合理的選擇基站天線。由於天線類型的選擇與地形、地物,以及話務量分布緊密相關,可以將天線使用環境大致分為五種類型:城區、密集城區、郊區、農村地區、交通幹線等。
1、城區基站天線 城區基站密度較高,單站預期覆蓋範圍較小,選擇基站天線時應考慮以下幾方面:(1)為減少干擾,應選用水平半功率角接近於60度的天線。這樣的天線所構成的輻射方向圖接近於理想的三葉草型蜂窩結構,與現網適配性較好,有助於控制越區切換。如下圖所示。
(2)城區基站一般不要求大範圍覆蓋,而更注重覆蓋的深度。由於中等增益天線的有效垂直波束相比於高增益天線較寬,覆蓋半徑內有效的深度覆蓋範圍較大,可以改善室內覆蓋效果,所以選用中等增益天線較好。
(3)由於城區基站天線安裝空間往往有限,所以選用雙極化天線比較切合實際。
綜上所述,城區基站宜選用水平半功率角為60度左右的中等增益的雙極化天線。例如水平半功率角為65度的15dBi雙極化天線。
2、密集城區基站天線 密集城區基站天線的選擇與一般城區基站類似。但由於密集城區基站站距往往只有400米到600米,在使用水平半功率角為65度的15dBi雙極化天線,且天線有效掛高35米的情況下,天線下傾角可能設定在14.0度到11.5度之間。此時如果單純採用機械下傾的方式,傾角過大將引起水平波束變寬,干擾增大,同時上副瓣也會引入較大幹擾;而採用電子式傾角天線,則可以較好的解決波形畸變的問題,產生的干擾相對較小。所以密集城區基站選用電子式傾角的水平半功率角為60度左右的中等增益雙極化天線較為合適。
3、農村地區基站天線 在農村地區,鑒於話務量較小,預期覆蓋面積較大的特點,選擇基站天線時應考慮以下幾方面:
(1)對於CDMA網路而言,為提高定向基站兩扇區天線服務交疊區間的通信質量(交疊區內有巨觀分集的效果),增大交疊區面積,宜選用水平半功率角較大的天線。例如水平半功率角為90度的天線。
(2)對於GSM網路而言,為提高覆蓋質量,在平原地區使用水平半功率角較大的天線效果較好,但同時會產生切換區域增大的問題;而在山區和丘陵地帶使用水平半功率角較小的天線易於控制覆蓋方向和範圍,效果較好。
(3)為保證覆蓋半徑,應選擇高增益天線。
(4)由於極化分集依賴於移動台周圍反射體和散射體的分布,對於地物分布相對較稀疏的農村地區,極化分集效果不如空間分集。因此在安裝條件具備的情況下,應儘可能使用單極化天線。
(5)如果基站周圍各方向上都沒有明顯阻擋,話務需求較小,預期覆蓋範圍也較小,可以選用全向天線。
綜上所述,CDMA網路農村地區定向基站宜選用水平半功率角較大的高增益單極化天線,例如水平半功率角為90度的17dBi單極化天線;GSM網路農村地區定向基站宜選用水平半功率角適配的高增益單極化天線,例如水平半功率角為90度或65度的17dBi單極化天線。全向基站則可以選用11dBi的全向天線。
4、郊區基站天線 郊區的情況介於城區和農村之間。對於站距較大的基站,可以參照農村基站天線的選用原則;反之則參照城區基站天線的選用原則。
5、交通幹線基站天線 如果覆蓋目標僅為高速公路或鐵路等交通幹線,可以考慮使用8字形天線。8字形天線有如下特點:
(1)8字形天線的輻射方點陣圖與交通幹線需覆蓋區域的形狀匹配較好;
(2)8字形天線實際上是全向天線的變形,因此無需採用功分器;
(3)使用一根天線代替兩扇區天線,成本較低。 如果覆蓋目標為交通幹線及其一側的村鎮,則可採用方向角為210度的天線。這種天線的輻射方位特性使得天線波瓣能夠同時顧及到交通幹線和村鎮,它具有與8字形天線類似的特點。
二、基站天線設定
基站天線設定需要重點考慮下傾角、方向角、天線掛高、天線分集距離和隔離距離等參數。
1、下傾角設定 合理設定天線下傾角不但可以降低同頻干擾的影響,有效控制基站的覆蓋範圍和整網的軟切換比例(對CDMA網路而言),而且可以加強本基站覆蓋區內的信號強度。通常天線下傾角的設定有兩方面側重,即側重於干擾抑制和側重於加強覆蓋。這兩方面側重分別對應不同的下傾角算法。一般而言,對基站分布密集的地區應側重於考慮干擾抑制,而基站分布較稀疏的地區則側重於考慮加強覆蓋。
1.1 考慮干擾抑制時的下傾角 在基站天線半功率角範圍內,天線增益下降緩慢,超過半功率角後,天線增益(尤其是上波瓣)衰減很快。因此從控制干擾的角度考慮,可認為半功率角的延長線到地面的交點(B點)為該基站的實際覆蓋邊緣。在基站周圍環境理想情況下,下傾角可按以下公式計算。 α=actan(H/R)+β/2 公式一 公式一含義如下圖所示。 下傾角計算示意圖1 圖中α為天線的下傾角,H為天線有效高度,β為天線的垂直半功率角。R為該小區最遠的覆蓋距離,即覆蓋長徑R,如下圖所示。 定向基站天線覆蓋長徑示意圖 在理想情況下R=2D/3。實際上天線的輻射方向圖不可能完全適配三葉草型蜂窩結構。水平半功率角為60度左右的天線與之比較接近,而水平半功率角為90度的天線則相差較大。因此對於使用水平半功率角為90度天線的基站,取R=D/2。
1.2 考慮加強覆蓋時的下傾角 在基站分布較稀疏的地區,天線下傾角設定無需考慮垂直半功率角等因素的影響。為保證覆蓋區邊緣有足夠強的信號,可認為天線主瓣方向延長線到地面的交點(B點)為該基站的實際覆蓋邊緣。在基站周圍環境理想情況下,下傾角可按以下公式計算。 α=actan(H/R) 公式二 公式二含義如下圖所示。
1.3 傾角設定的實際套用 由於基站周圍環境十分複雜,天線下傾角設定還必須考慮附近山體、水面和高大玻璃幕牆的反射和阻擋。因此具體基站的下傾角可利用上述方法,同時結合具體環境最終取定。