四網(wǎng)協(xié)同下室外天饋系統(tǒng)解決方案

張科

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

四網(wǎng)協(xié)同下室外天饋系統(tǒng)解決方案

張科

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

當(dāng)前TD-LTE逐漸步入規(guī)模建設(shè)軌道，而由于GSM、TD-SCDMA、WLAN和LTE四網(wǎng)的協(xié)同發(fā)展需要，多系統(tǒng)天饋共用天面的情況非常普遍。本文首先介紹四網(wǎng)協(xié)同的大環(huán)境下，天饋系統(tǒng)的發(fā)展演進(jìn)過(guò)程；同時(shí)重點(diǎn)研究天線的內(nèi)置合路及獨(dú)立電調(diào)下傾特性，評(píng)測(cè)若干種新型天線的性能及應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)而為解決四網(wǎng)協(xié)同下天饋系統(tǒng)建設(shè)提供參考依據(jù)。

室外天饋；四網(wǎng)協(xié)同；內(nèi)置合路；獨(dú)立電調(diào)

進(jìn)入4G時(shí)代，幾乎每家電信運(yùn)營(yíng)商都需要不同系統(tǒng)、不同類型的天線來(lái)滿足其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求。中國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)（試驗(yàn)）了包括GSM、TD-SCDMA、WLAN、TD-LTE在內(nèi)的4種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)天面同時(shí)建設(shè)多套系統(tǒng)的情況越來(lái)越普遍，在通常情況下，采用某兩套或者幾套系統(tǒng)合路、共用一個(gè)物理天線的方式。一方面減少對(duì)天面空間的需求，降低業(yè)主敏感程度；另一方面也節(jié)省了部分投資，但是這也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：在天面條件有限導(dǎo)致使用合路天線的情況下，如何最大程度地保證發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量。

同時(shí)，根據(jù)中國(guó)移動(dòng)技術(shù)路標(biāo)，移動(dòng)接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)共包括GSM、TD-SCDMA、WLAN和 LTE 4張網(wǎng)絡(luò)，其中LTE為支持 TD-LTE和FDD-LTE的融合網(wǎng)絡(luò)。四網(wǎng)分別具有不同的覆蓋能力和業(yè)務(wù)承載，其中GSM與TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)以承載話音和低速率業(yè)務(wù)為主，屬于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)；LTE和WLAN以承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)主營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。這4張?jiān)谥袊?guó)移動(dòng)未來(lái)發(fā)展將長(zhǎng)期共存、互為補(bǔ)充并相互演進(jìn)，其中GSM網(wǎng)絡(luò)將逐步向FDD-LTE 演進(jìn)，TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)將逐步向TD-LTE演進(jìn)。共用天饋的建設(shè)方式還必須滿足四網(wǎng)協(xié)同的要求，即是符合不同網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍定位和業(yè)務(wù)承載能力，具備不同網(wǎng)絡(luò)間獨(dú)立調(diào)整優(yōu)化的能力，并能夠?yàn)閷?lái)相互演進(jìn)做好預(yù)留。

1 當(dāng)前四網(wǎng)的主流天線形態(tài)和演進(jìn)方向

中國(guó)移動(dòng)的第二代移動(dòng)通信技術(shù)主要采用的是GSM/GPRS/EGPRS標(biāo)準(zhǔn)，主要工作在889～909 MHz/934～954 MHz、1 710～1 735 MHz/1 805～1 830 MHz兩個(gè)頻段，部分區(qū)域擁有1 850～1 880 MHz的臨時(shí)頻段。當(dāng)前的主流天線形態(tài)有3種：GSM900系列、DCS1800系列、GSM900/DCS1800雙頻系列。GSM900系列頻率范圍覆蓋790～960 MHz，支持GSM900、LTE 800、CDMA800等制式；DCS1800系列頻率范圍覆蓋1 710～2 690 MHz，支持DCS1800、UMTS 2100、LTE 2600等制式。

TD-SCDMA系統(tǒng)是中國(guó)移動(dòng)使用的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其工作頻段主要包括A頻段15 MHz（2 010～2 025 MHz）和 F頻段20 MHz（1 880～1 900 MHz），同時(shí)還包括僅用于室內(nèi)覆蓋的E頻段共50 MHz（2 320～2 370 MHz），但目前室內(nèi)尚未使用該頻段。TDSCDMA天線的主要類型為8通道智能天線，目前智能天線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙極化、寬帶化、小型化技術(shù)的融合發(fā)展，從TD-SCDMA 3期建設(shè)開始，基于1 880～1 920/2 010～2 025/2 300～2 400 MHz頻段(F/A/E)的寬帶雙極化天線已廣泛應(yīng)用。

TD-LTE是中國(guó)移動(dòng)4G先期啟用的通信系統(tǒng)，其主要工作頻段為D頻段（2 500～2 690 MHz），此外1 880～1 900 MHz也用于TD-LTE 規(guī)模試驗(yàn)室外覆蓋。2 320～2 370 MHz頻段用于TD-LTE室內(nèi)覆蓋使用。與TD-SCDMA類似，目前LTE主流天線形態(tài)也是8通道智能天線，在一些特殊場(chǎng)景（補(bǔ)盲補(bǔ)熱），使用了2通道天線。

WLAN是指基于IEEE802.11b/g(2.4 GHz頻段)，802.11a(5.8 GHz頻段)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)，由于WLAN主要覆蓋場(chǎng)景為室內(nèi)，在室外覆蓋時(shí)多采用小型化天線，工作在2.4 GHz頻段。

根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況，假設(shè)每基站有3個(gè)小區(qū)，那么在四網(wǎng)協(xié)同建設(shè)階段將出現(xiàn)天面共建設(shè)15根天線的情況，這在當(dāng)前的物業(yè)資源條件下是非常難以滿足的。即便在有條件建設(shè)時(shí)，為保證天線與周邊環(huán)境的和諧，大部分業(yè)主都提出了較高的天線美化要求。所以未來(lái)天線形態(tài)的演進(jìn)方向主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：寬帶化，小型化，智能化。

天線的寬帶化使得多系統(tǒng)共站以及多系統(tǒng)共天線成為可能，而考慮到觀瞻性、新天線加入后鐵塔基建的承重以及安裝空間局限、節(jié)能減排等因素，天線及其組件的小型化已成為重點(diǎn)。此外，節(jié)能降耗和容量提升均要求網(wǎng)絡(luò)頻繁調(diào)整，天線波束指向的單站人工調(diào)整難以滿足要求，這就使得天線演進(jìn)朝著智能化發(fā)展，在將來(lái)能通過(guò)天線網(wǎng)管系統(tǒng)，遠(yuǎn)程地、統(tǒng)一高效地對(duì)天線參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 四網(wǎng)協(xié)同下的天線技術(shù)要求及測(cè)試案例分析

為滿足多系統(tǒng)共天饋建設(shè)需求，有效節(jié)省天面資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)能夠獨(dú)立優(yōu)化，對(duì)四網(wǎng)協(xié)同下的室外天線主要提出兩方面的要求：可獨(dú)立遠(yuǎn)端電調(diào)、低插損（小于0.5 dB）內(nèi)置合路。

電調(diào)智能天線是在TD-SCDMA建設(shè)階段開發(fā)并推廣應(yīng)用的，之前的智能天線主要采用預(yù)置下傾和機(jī)械下傾相結(jié)合的方式來(lái)調(diào)整天線的下傾角。這種方式在工程應(yīng)用中也暴露出一些缺點(diǎn)，比如調(diào)整下傾角困難，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工程中，需要耗費(fèi)大量的人力資源，調(diào)節(jié)效率低；由于采用機(jī)械下傾，站點(diǎn)在進(jìn)行隱蔽（美化）工程時(shí)，隱蔽（美化）外罩需要預(yù)留較大的下傾角調(diào)節(jié)空間，造成隱蔽（美化）工程體積龐大；在大角度下傾時(shí)水平面覆蓋產(chǎn)生畸變，且伴隨交叉極化和主極化特性變差、水平面前后比與無(wú)下傾時(shí)趨勢(shì)不一致等，如圖1所示。

圖1 不同下傾方式對(duì)水平覆蓋的影響

電調(diào)智能天線可實(shí)現(xiàn)波束下傾角的連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整；在安裝時(shí)無(wú)需考慮下傾預(yù)留空間，簡(jiǎn)單可靠，且便于美化；此外，可用數(shù)據(jù)庫(kù)保存各基站天線波束的調(diào)整方案和歷史數(shù)據(jù)，便于結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控分析和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

下面將通過(guò)若干個(gè)測(cè)試對(duì)內(nèi)置合路及獨(dú)立電調(diào)的FAD寬頻天線性能進(jìn)行分析。

2.1 FAD內(nèi)置合路天線性能分析

測(cè)試目的：測(cè)試8端口TD-SCDMA/TD-LTE內(nèi)置合路器天線性能，驗(yàn)證TD-SCDMA與TD-LTE共天線是否相互干擾，性能是否下降。

圖2 內(nèi)置合路連接方式

測(cè)試方法：分為兩個(gè)步驟，單獨(dú)開通TD-LTE與同時(shí)開通TD-SCDMA/TD-LTE對(duì)比信噪比，單獨(dú)開通TD-SCDMA與同時(shí)開通TD-SCDMA/TD-LTE對(duì)比信噪比，連接方式如圖2所示。

測(cè)試結(jié)果：如圖3所示。

測(cè)試分析：從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，單獨(dú)開通TD-LTE時(shí)的信噪比，和同時(shí)開通TD-LTE/TD-SCDMA的信噪比，差異非常小，在正常的測(cè)試波動(dòng)范圍內(nèi)。這說(shuō)明，TD-LTE/TD-SCDMA共天線時(shí)，TD-SCDMA并沒(méi)有對(duì)TD-LTE系統(tǒng)造成明顯干擾。

測(cè)試結(jié)論：綜合以上測(cè)試結(jié)果，在原有TDSCDMA站點(diǎn)升級(jí)TD-LTE的建設(shè)場(chǎng)景中，兩個(gè)系統(tǒng)采用內(nèi)置合路方式共站共天線是可行的。

2.2 獨(dú)立電調(diào)FAD天線性能測(cè)試分析

測(cè)試目的：TD-SCDMA+TD-LTE獨(dú)立雙電調(diào)天線是一種新型天線，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，驗(yàn)證此款天線的性能，比較相對(duì)應(yīng)的TD-SCDMA+TD-LTE內(nèi)置合路器固定下傾角天線，性能如何，是否滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求。

測(cè)試方法：安裝TD-SCDMA+TD-LTE獨(dú)立雙電調(diào)天線及TD-SCDMA+TD-LTE內(nèi)置合路器固定角天線，在相同傾角（前者電傾角，后者機(jī)械傾角）下的對(duì)比測(cè)試終端接收電平。

測(cè)試結(jié)果：如圖4所示。

測(cè)試分析：根據(jù)天線性能參數(shù)，在TD-LTE頻段獨(dú)立電調(diào)天線比固定下傾天線增益要小1 dB。對(duì)比TD-LTE路測(cè)數(shù)據(jù)，獨(dú)立電調(diào)天線的接收電平比固定角接收電平差異在0.5～1.33 dB之間，這說(shuō)明獨(dú)立電調(diào)天線性能正常。另外，TD-LTE的接收電平普遍比較弱，在近點(diǎn)為-80 dBm左右，遠(yuǎn)點(diǎn)已經(jīng)低于-120 dBm，因此，為了避免信號(hào)進(jìn)一步衰減，獨(dú)立雙電調(diào)天線不適合和集束電纜一起使用，以減少損耗。

圖3 測(cè)試結(jié)果

圖4 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)天線性能參數(shù)，在TD-SCDMA頻段獨(dú)立電調(diào)天線比固定下傾天線增益要小0.5 dB。對(duì)比TD-SCDMA路測(cè)數(shù)據(jù)，獨(dú)立電調(diào)天線的接收電平比固定角接收電平差異在0.17～1.08 dB，這說(shuō)明獨(dú)立電調(diào)天線性能正常。

測(cè)試結(jié)論：FAD獨(dú)立電調(diào)天線在連接TDSCDMA/TD-LTE系統(tǒng)時(shí)工作正常，但TD-LTE信號(hào)覆蓋稍弱，考慮能獨(dú)立調(diào)節(jié)傾角以覆蓋不同區(qū)域，適合應(yīng)用在密集城區(qū)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整較多的區(qū)域。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)四網(wǎng)協(xié)同下對(duì)天線系統(tǒng)的技術(shù)新要求，本文對(duì)內(nèi)置合路方式、獨(dú)立電調(diào)方式的多系統(tǒng)合路天線進(jìn)行了測(cè)試研究分析，對(duì)于推動(dòng) FAD內(nèi)置合路器天線現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用，以及進(jìn)一步推動(dòng)FAD可獨(dú)立電調(diào)智能天線產(chǎn)品成熟提供了科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有力支撐了未來(lái)多網(wǎng)融合共天饋建設(shè)的解決方案。

Outdoor antenna system solution under the coordination of four networks

ZHANG Ke
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

Currently TD-LTE has begun the scale construction, and considering the needs of the coordination of GSM /TD-SCDMA/LTE/WLAN network, multi-system antenna using the same roof of the buildings are very common. This paper first introduces under the four network coordination environment, the development of antenna system evolution, while focusing on the built-in antenna combiner and independent electrical downtilt features, evaluation of several new antenna performance and application scenarios, and then provide a reference to solve the four network coordination outdoor antenna system.

outdoor antenna system; four network coordination; built-in antenna combiner; independent electrical downtilt

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0028-04

2013--7-30