智能天線廣播波束賦形應(yīng)用探討

許永炮

（中國移動通信集團(tuán)福建有限公司福州分公司，福建 福州 350005）

智能天線廣播波束賦形應(yīng)用探討

許永炮

（中國移動通信集團(tuán)福建有限公司福州分公司，福建 福州 350005）

文章提供了調(diào)整廣播波束賦形寬度的方法，可以根據(jù)不同的無線場景，設(shè)置最為合理的波束寬度，既達(dá)到預(yù)期的覆蓋效果，又能減少公共信道的干擾，提升系統(tǒng)性能，解決了TD-SCDMA覆蓋與自干擾的難點(diǎn)。

智能天線；波束寬度；場景

（一）引言

智能天線是TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)的運(yùn)用大大降低了TD-SCDMA系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，提高了系統(tǒng)容量。然而這只適用于用戶在通話過程中，智能天線對每個用戶的上行信號均采用賦形波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向DOA，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到抑制干擾信號的目的，提高系統(tǒng)性能。但在用戶沒有發(fā)射，僅處于接收狀態(tài)下，基站不能知道該用戶所處的方位，只能使用全向波束進(jìn)行發(fā)射。因此優(yōu)化廣播信道及下行導(dǎo)頻信道波束，不僅可以減少公共信道的干擾，提升系統(tǒng)性能，還能根據(jù)場景之需，因地制宜，達(dá)到良好覆蓋效果。

（二）廣播波束賦形的介紹

天線的垂直波瓣寬度和下傾角決定基站覆蓋的距離，而天線的水平波瓣寬度和方位角度決定覆蓋的范圍。廣播波束是在廣播時隙形成，實(shí)現(xiàn)對整個小區(qū)的廣播。TD系統(tǒng)中，在幀結(jié)構(gòu)中為廣播信道設(shè)置了專門的時隙。圖1為TD幀結(jié)構(gòu)圖。

圖1 TD幀結(jié)構(gòu)圖

波瓣寬度的大小反映了天線的能量輻射集中程度，波瓣寬度越窄天線主瓣(3dB角內(nèi))能量越集中，旁瓣對周邊小區(qū)干擾也越小。對于廣播信道全向賦形，全向天線的水平波瓣寬度均為 360度，定向天線的常見水平波瓣寬度有 30度、65度、90度、120度等多種。

對使用普通天線的無線基站，其小區(qū)的覆蓋完全由天線的輻射方向圖形確定。當(dāng)然，天線的輻射方向圖形是可以根據(jù)需要而設(shè)計的。但在現(xiàn)場安裝后除非更換天線，否則其輻射方向圖形是不可能改變或很難調(diào)整的。而智能天線的輻射圖形則完全可以用軟件控制，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要調(diào)整或由于新的建筑物等原因使原覆蓋改變等情況下，均能通過軟件來優(yōu)化，如圖2。所以在TD系統(tǒng)中，廣播波束賦形已經(jīng)成為日常優(yōu)化的一種參數(shù)方法。有了它，網(wǎng)優(yōu)人員就可能輕松地根據(jù)實(shí)際環(huán)境之需，根據(jù)周邊站點(diǎn)的間距、疏密程度來調(diào)整使用廣播信道的波束賦形寬度，達(dá)到預(yù)期的效果。

圖2 軟件調(diào)整波束寬度

目前 TD系統(tǒng)不僅可以通過軟件調(diào)整廣播信道的波束寬度，還可以通過軟件調(diào)整波束的水平方向、調(diào)整權(quán)值等。主要調(diào)整思路如表1。

表1 智能天線波束賦形調(diào)整

（三）場景應(yīng)用探討

1.密集城區(qū)場景

（1）場景特點(diǎn)

密集城區(qū)建筑物平均高度超過30米，建筑物較為密集，平均樓間距約10～20米；區(qū)域內(nèi)通常存在大量寫字樓、商場、店鋪等建筑，區(qū)域內(nèi)話務(wù)量密集、業(yè)務(wù)速率要求較高，是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。密集城區(qū)無線信號的傳播環(huán)境復(fù)雜。

（2）優(yōu)化建議

密集城區(qū)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，無線環(huán)境復(fù)雜，站點(diǎn)間距小，同時可能存在由于選址問題導(dǎo)致的站點(diǎn)布局不合理，容易產(chǎn)生大量由于阻擋導(dǎo)致的信號弱場或盲區(qū)、街道效應(yīng)、拐角效應(yīng)、越區(qū)覆蓋、導(dǎo)頻污染、乒乓切換等問題。該場景下廣播波束寬度建議調(diào)整為65度，波束圖參見圖3。該波束主瓣能量集中在65度角的范圍內(nèi)，旁瓣干擾相對較小，配合天線的方向、下傾角可以較容易解決由于密集城區(qū)站間距相對較小導(dǎo)致的導(dǎo)頻污染，可以合理地控制覆蓋范圍及切換帶。

圖3 65度天線水平與垂直波瓣圖

2.一般城區(qū)場景

（1）場景特點(diǎn)

一般城區(qū)建筑物平均高度在30米以下，建筑物相對密集，平均樓間距約20米左右，區(qū)域內(nèi)通常存在大量高度起伏不大的樓房、店鋪或廠房，區(qū)域內(nèi)話務(wù)量相對密集。在普通城區(qū)構(gòu)建的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，由于無線信號的傳播環(huán)境相對復(fù)雜，同樣也會遇到和密集城區(qū)類似的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，如覆蓋的弱場盲區(qū)、導(dǎo)頻污染、同頻干擾、街道效應(yīng)等，這些都是造成網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)差的主要原因。

（2）優(yōu)化建議

一般城區(qū)的場景特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)問題與密集城區(qū)類似，優(yōu)化思路也基本一致，廣播波束寬度建議調(diào)整為65度為宜，主要是為了減少導(dǎo)頻污染，覆蓋距離可以通過下傾角來控制。

3.郊區(qū)場景

（1）場景特點(diǎn)

建筑物平均高度10～15米，建筑物較為稀疏，平均樓距約30～50米；區(qū)域內(nèi)通常存在大量居民住宅小區(qū)、工廠、商鋪等建筑；區(qū)域內(nèi)話務(wù)量較低，可提供低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對覆蓋需求較為迫切。

（2）優(yōu)化建議

郊區(qū)構(gòu)建的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，由于站間距相對較大，弱覆蓋問題相對比較多，個別地方也會存在導(dǎo)頻污染、遠(yuǎn)端DwPCH對UpPCH的干擾、越區(qū)覆蓋等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題。

圖4 120度天線水平與垂直波瓣圖

該場景下廣播波束寬度建議調(diào)整為 120度，波束圖參見圖4。郊區(qū)場景站間距較大，住宅區(qū)分散，話務(wù)量較小，站點(diǎn)稀疏，該場景對覆蓋的需求較高。比較65度波瓣，120度波瓣的特點(diǎn)在于覆蓋較廣、距離較短，在較廣闊的范圍內(nèi)提供均勻的能量。配合方向、下傾角、功率的調(diào)整能夠較好地解決郊區(qū)環(huán)境下的廣度覆蓋需求。

4.城鄉(xiāng)結(jié)合部場景

（1）場景特點(diǎn)

城鄉(xiāng)結(jié)合部筑物平均高度在20米以下，建筑物密集，平均樓間距約2米；區(qū)域內(nèi)為出租房，話務(wù)量密集又相對較高。這種區(qū)域即要投入站點(diǎn)來加強(qiáng)覆蓋，吸收潛在話務(wù)，又要最大程度減少站間的相互干擾。該場景是目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋中使用宏基站最難處理的一種環(huán)境。

（2）優(yōu)化建議

受城鄉(xiāng)結(jié)合部特點(diǎn)影響，這種區(qū)域內(nèi)覆蓋與設(shè)備的投入成本成正比關(guān)系。在這種情況下，若考慮到成本因素，可以嘗試將廣播波束寬度調(diào)整為90度，波束圖如圖5。90度波瓣的覆蓋范圍介于65度與120度之間，旁瓣的干擾也介于65度與120度之間，所以使用90度波瓣可以在犧牲一部分干擾的情況下增加基站覆蓋范圍。

圖5 90度天線水平與垂直波瓣圖

5.高速公路（跨海大橋）場景

（1）場景特點(diǎn)

高速公路或跨海大橋這種帶狀環(huán)境，傳播環(huán)境一般較理想，區(qū)域內(nèi)話務(wù)稀疏，建站的目的主要是為了解決宏蜂窩公路廣覆蓋，覆蓋目的性明確。

（2）優(yōu)化建議

該場景下廣播波束寬度建議調(diào)整為30度。該類型的波束寬度能將天線發(fā)射能量全部集中在一個較窄的波束帶內(nèi)，有效地增加主瓣覆蓋的距離，同時由于旁瓣能量的減弱，旁瓣干擾抑制相對好于其它幾種情況。

該波束正好符合高速公路及跨海大橋場景所需，尖銳的波束既可增加本站的覆蓋距離，又可以降低信號對周邊站點(diǎn)干擾，尤其在覆蓋橋面時，可以較好控制波束的朝向，降低因海面鏡面效應(yīng)帶來的相互干擾。

（四）廣播波束賦形應(yīng)用效果

以某市網(wǎng)絡(luò)為例，采用細(xì)分方式，將TD覆蓋區(qū)域細(xì)致劃分成以上 5種類型，并根據(jù)類型需求，配合天線工程參數(shù)相應(yīng)調(diào)整了 P-CCPCH廣播波束賦形寬度。調(diào)整之后 P-CCPCH C/I效果明顯。

圖6 調(diào)整前的P-CCPCH C/I

圖6 為調(diào)整之前某市的P-CCPCH C/I分布圖，受建網(wǎng)之初保覆蓋的影響，調(diào)整之前大部分區(qū)域采用120度寬度波瓣。圖中顯示，某市的東北角、東南角、以及西北角的城鄉(xiāng)結(jié)合部都存在C/I較差的情況。

圖7 調(diào)整后的P-CCPCH C/I

圖7 為調(diào)整之后某市的P-CCPCH C/I分布圖。在修正波瓣寬度后，大部分區(qū)域的C/I取得明顯的改善。P-CCPCH C/I從調(diào)整前的97%左右提升到98.2%。

（五）總結(jié)

TD組網(wǎng)過程中最大的問題是信號覆蓋與自干擾。P-CCPCH是小區(qū)廣播信道，決定小區(qū)的覆蓋范圍，然而系統(tǒng)中受干擾最為嚴(yán)重的時隙正是P-CCPCH所位于的TS0與下行導(dǎo)頻時隙。保證覆蓋又減少 P-CCPCH干擾的辦法很多，文章提供了調(diào)整廣播波束賦形寬度這種便捷有效的方法，可以根據(jù)不同的無線場景，設(shè)置最為合理的波束寬度，既達(dá)到預(yù)期的覆蓋效果，又能減少公共信道的干擾，提升系統(tǒng)性能。

TN821+.91

A

1008-1151(2011)02-0016-02

2010-12-09

許永炮（1973－），男，福建羅源人，中國移動通信集團(tuán)福建有限公司福州分公司工商管理碩士研究生。