ＣＤＭＡ網(wǎng)絡(luò)電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)用分析

王祖鵬　唐　剛

【摘要】電調(diào)天線系統(tǒng)可滿足CDMA網(wǎng)絡(luò)3G業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。文章首先介紹了電調(diào)天線的原理與應(yīng)用場景,及其相比于常規(guī)天線的優(yōu)點;接著給出了電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和兩種組網(wǎng)方式,詳述了其應(yīng)用價值;最后分析了電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景。

【關(guān)鍵詞】電調(diào)天線 電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng) CDMA 呼吸效應(yīng) 3G

1 概述

作為空間電磁信號與移動基站收發(fā)信機間的接口,基站天線是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分,直接關(guān)系到移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運營指標(biāo)。基站天線的選擇和設(shè)置成為無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與優(yōu)化的重要手段。

鑒于CDMA網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點,為了給用戶提供清晰流暢的話音和高速可靠的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),運營商要能提供實時優(yōu)化和動態(tài)調(diào)整、以減少多元化業(yè)務(wù)動態(tài)流量造成的呼吸效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),同時要能減少干擾的產(chǎn)生。而在業(yè)務(wù)密集區(qū)域逐步使用具有手動調(diào)節(jié)或遠程控制功能的電調(diào)天線系統(tǒng),可滿足CDMA網(wǎng)絡(luò)3G業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

據(jù)不完全統(tǒng)計,目前在歐美發(fā)達國家的3G移動網(wǎng)絡(luò)中電調(diào)天線的比例大約為60%,而隨著市場需求的增加及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的深入,移動通信運營商對具有數(shù)字遠程控制功能的天饋產(chǎn)品將有更高的要求。

2 電調(diào)天線

所謂電調(diào)天線,即指通過電子手段調(diào)整下傾角度的移動通信系統(tǒng)基站天線。電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位,改變垂直分量和水平分量的幅值大小,從而改變合成分量場強強度,使天線的垂直方向圖呈一定角度的下傾。

目前電調(diào)天線大致可分為手動電調(diào)和遙控電調(diào)兩種類型;而根據(jù)電機所處位置,又可分為電機內(nèi)置與電機外置兩種方式。遙控電調(diào)可分為塔下調(diào)節(jié)和遠程網(wǎng)管調(diào)節(jié)兩種場景。

2.1 實現(xiàn)原理

饋電網(wǎng)絡(luò)將天線振子陣列i(i=1,2,…,M)的所有輻射單元通過移相器順次激勵出相差Φ,可改變各個天線輻射單元饋電相位,各個天線輻射單元合成即實現(xiàn)電調(diào)天線的連續(xù)電下傾。其原理如圖1所示:

圖1 電調(diào)天線的實現(xiàn)原理

對于間隔排列為d的M個單元振子的子陣列i(i=1,2,…,M),當(dāng)相鄰單元的相位呈等相均勻分布時,天線最大波束形成于法向正前方;當(dāng)相鄰單元的相位依次相差Φ時,最大波束形成于θ0空間方向。

相差定義為

Φ=2πdsinθ0/λ

其中:λ為工作波長,d為同一陣列中相鄰單元的水平方向間距,θ0為下傾角。

2.2 應(yīng)用場景

手動電調(diào)天線主要用于補網(wǎng)、擴容等小范圍,比之機械調(diào)整天線下傾角省時省力且準(zhǔn)確安全,可以不斷電操作。

內(nèi)置電調(diào)天線可以在塔下、機房遙控操作,比之手動電調(diào)更省時省力、準(zhǔn)確安全。外置電調(diào)比之內(nèi)置電調(diào)則更機動,電機發(fā)生故障時可方便更換,使用起來更為靈活、可靠。

通過遠程網(wǎng)管調(diào)節(jié)方式可以在網(wǎng)管中心遠程控制幾千基站的電調(diào)天線,使網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效率、質(zhì)量、費用控制達到極致。如將網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)與電下傾角控制相結(jié)合,可為干擾、負載、小區(qū)范圍的控制提供有效的優(yōu)化手段。

2.3 應(yīng)用價值

在實際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化調(diào)整時,相比非電調(diào)常規(guī)天線,電調(diào)天線具有如下優(yōu)點:

(1)全天候調(diào)節(jié),省時省力

通過天線遠程網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)遠程遙控調(diào)節(jié),克服了常規(guī)天線需人工上塔調(diào)整費時費力的缺點,不但安全可靠,且可全天候?qū)崿F(xiàn)對天線下傾角的調(diào)節(jié)。

使用電調(diào)天線,可以一次性地解決網(wǎng)絡(luò)運維以及優(yōu)化調(diào)整的難題,最大程度地降低網(wǎng)絡(luò)運維成本,而且可以在最短的時間內(nèi)對調(diào)整效果進行驗證和進一步調(diào)整,還可有效、方便、快捷地解決話務(wù)高峰期隨時間轉(zhuǎn)移的問題(工作區(qū)域和生活區(qū)域的切換、交通樞紐區(qū)域用戶隨時間的變化)。

(2)遠程調(diào)節(jié),開源節(jié)流

常規(guī)的天線在調(diào)整天線下傾角時,需要人工爬塔操作,不管是從人員安全還是網(wǎng)絡(luò)運行安全的角度考慮,均應(yīng)先閉站;但閉站勢必引起運營業(yè)務(wù)收入損失,且天線調(diào)整也需要一定的費用。

采用電調(diào)天線遠程調(diào)整天線下傾角則無須閉站,能夠盡可能減少話務(wù)損失,且節(jié)省了天饋人工調(diào)整費用。

(3)避免畸變,降低干擾

常規(guī)天線在大角度機械下傾時方位覆蓋圖畸變,容易引起覆蓋的鄰區(qū)干擾,導(dǎo)致覆蓋性能變差。

電子下傾和機械下傾帶來的天線方向圖變化的差異隨著下傾角度的增加而逐步增加。實踐證明,電調(diào)天線下傾角度在1°～5°變化時,其天線方向圖與天線機械下傾方式大致相同;當(dāng)下傾角度在5°～10°變化時,其天線方向圖較天線機械下傾方式稍有改善;當(dāng)下傾角度在10°～15°變化時,其天線方向圖較天線機械下傾方式改善較大;當(dāng)電調(diào)天線下傾15°后,其天線方向圖較天線機械下傾方式明顯不同。這時天線方向圖形狀改變不大,主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,整個天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)。增加下傾角度,可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小,但不產(chǎn)生干擾,這樣的方向圖是我們需要的,意即采用電調(diào)天線能夠降低呼損,減小干擾。如圖2所示:

圖2 電子下傾與機械下傾的天線方向圖變化

3 電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前行業(yè)內(nèi)電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)包括:電調(diào)天線中心控制單元CCU和電調(diào)天線網(wǎng)管軟件。控制信息通過網(wǎng)管軟件傳達給CCU,再由CCU通過多芯電纜傳達給室外控制單元RCU,由RCU完成對電調(diào)天線角度的調(diào)整,從而實現(xiàn)通過電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)對區(qū)域所有電調(diào)天線下傾角的控制。如圖3所示:

圖3 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 組網(wǎng)方式

電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)通常采用集中組網(wǎng)和分級組網(wǎng)兩種方式。

圖4 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)集中組網(wǎng)方式

(1)集中組網(wǎng)方式

集中組網(wǎng)方式能滿足運營商對所有在網(wǎng)網(wǎng)元設(shè)備進行集中監(jiān)控的要求,系統(tǒng)具備多種接入方式接入各種網(wǎng)元設(shè)備,如E1線路、短信網(wǎng)關(guān)、無線Modem等。系統(tǒng)除了提供C/S結(jié)構(gòu)的客戶端以供辦公網(wǎng)內(nèi)部使用以外,還可提供web/wap方式供遠程用戶使用。如圖4所示。

(2)分級組網(wǎng)方式

分級組網(wǎng)方式除了具備集中組網(wǎng)方式的功能以外,還能把部署在不同地方的多個網(wǎng)管中心聯(lián)系起來。網(wǎng)管中心既能分別監(jiān)控各自的網(wǎng)元,又能訪問另一個網(wǎng)管中心所監(jiān)控的網(wǎng)元設(shè)備。該方式適合于組建省級網(wǎng)管,如圖5所示:

圖5 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)分級組網(wǎng)方式

3.3 應(yīng)用價值

(1)省時省力省成本

使用電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng),可簡單方便地對電調(diào)天線下傾角進行調(diào)節(jié),無需人工到現(xiàn)場或爬塔操作,節(jié)省天線下傾角調(diào)整的時間及人力成本。

假設(shè)運營商在某一級城市建設(shè)了2000個3G基站,其中四分之一處于話務(wù)量會突變的市區(qū)環(huán)境,需要每天進行天線下傾角的調(diào)整。一個工程人員一天可調(diào)整4個基站的天線輻射角度,則每天需120多個工程人員同時工作。而使用電調(diào)天線網(wǎng)管系統(tǒng)后,每天僅需1～2名工程人員在機房設(shè)置數(shù)據(jù),對約500個基站進行不閉站的動態(tài)調(diào)整。按照目前每副天線網(wǎng)優(yōu)調(diào)整費用150元/次,每次天饋調(diào)整需對同一天線調(diào)整3次左右,合計每副天線450元;1個站點的3個扇區(qū)的雙極化天線就為1350元,已相當(dāng)于一副電調(diào)天線的價格?？梢娡ㄟ^使用電調(diào)天線網(wǎng)管系統(tǒng)能有效降低天饋線調(diào)整的成本。

(2)有效緩解呼吸效應(yīng)

電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)能夠?qū)μ炀€電下傾角實現(xiàn)實時動態(tài)的調(diào)整,優(yōu)化各扇區(qū)的覆蓋區(qū)域,有效地緩解CDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的呼吸效應(yīng);還可有效減少覆蓋交疊區(qū)的軟切換概率,節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。

圖6電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)能有效緩解呼吸效應(yīng)

(3)全天候服務(wù)

當(dāng)需要對天線進行下傾角調(diào)整時,恰遇雷雨天氣或道路不通等情況,將無法按時實現(xiàn)對天線傾角的調(diào)節(jié)。而使用電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)可簡單有效地解決此類問題,實現(xiàn)全天候服務(wù)。

(4)隨需調(diào)節(jié)

在城鎮(zhèn)繁華區(qū)域,某些場景特別是密集市區(qū)的話務(wù)量變化復(fù)雜,比如白天和夜晚的話務(wù)量分布不均,或平時和節(jié)假日的話務(wù)量分布模型迥異。通過電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng),可根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)話務(wù)量的變化方便地隨需調(diào)節(jié)。

4 電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)用分析

電調(diào)天線由于其在提高系統(tǒng)容量和抗干擾方面的不可替代的作用,以及在網(wǎng)絡(luò)動態(tài)調(diào)整方面的便捷和人力成本上的節(jié)省,使得國外在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上大量采用電調(diào)天線。據(jù)悉,歐美發(fā)達國家新建網(wǎng)絡(luò)基本上以電調(diào)天線為主,且基本配置電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng),實現(xiàn)對整個區(qū)域電調(diào)天線下傾角的遠程調(diào)控。目前通信業(yè)發(fā)展迅猛的印度,電調(diào)天線的使用量接近50%。另外,沃達豐、AT&T等國際著名運營商,其新建網(wǎng)絡(luò)也基本采用電調(diào)天線并配有集中網(wǎng)管系統(tǒng)。

在國內(nèi),移動通信網(wǎng)絡(luò)較發(fā)達國家發(fā)展慢,早期網(wǎng)絡(luò)以解決覆蓋為主,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的調(diào)整相對較少。因此,早期主要采用非電調(diào)天線,只有極個別發(fā)達城市使用少量的電調(diào)天線。但隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化工作的深入,電調(diào)天線方便快捷的電下傾角調(diào)節(jié)功能,越來越受到運營商的青睞,使用量也逐年上升。近年來國內(nèi)運營商的電調(diào)天線使用比例大致如圖7所示(不完全統(tǒng)計):

圖7 過去4年國內(nèi)電調(diào)天線使用比率

隨著國內(nèi)3G業(yè)務(wù)的推出,無線綜合業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的覆蓋需求越來越趨于動態(tài)化,這進一步促進了電調(diào)天線的應(yīng)用。目前,國內(nèi)運營商電調(diào)天線使用比例逐步增長;相信隨著3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入,電調(diào)天線的使用量將逐漸增大。雖然國內(nèi)對于電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)只有個別區(qū)域做了試點,還沒有實質(zhì)性的規(guī)模應(yīng)用;但隨著電調(diào)天線使用量的增大,為適應(yīng)網(wǎng)優(yōu)工作對大量核心密集區(qū)域電調(diào)天線的動態(tài)調(diào)整需求,遠程電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)必將逐步得到應(yīng)用。

5 小結(jié)

綜上所述,遠程電調(diào)天線及其控制系統(tǒng)對提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、提升運營商網(wǎng)絡(luò)品牌形象與用戶感知、減少建設(shè)維護成本都具有巨大的作用,必將成為移動網(wǎng)絡(luò)重要的網(wǎng)優(yōu)手段與天饋發(fā)展的重要方向,其規(guī)模應(yīng)用時代也即將到來。 ★

【作者簡介】

王祖鵬:畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息工程系,現(xiàn)就職于中國電信集團公司移動建設(shè)部,長期從事移動核心網(wǎng)設(shè)計與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐工作。

唐剛:畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電子工程專業(yè),現(xiàn)就職于中國電信廣東無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心,長期從事天線技術(shù)研究、無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與技術(shù)支撐工作。