新型小板狀天線覆蓋地下車庫方案

李國(guó)博，陳景航，楊庭勛（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，中山 528400）

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系統(tǒng)與方案

新型小板狀天線覆蓋地下車庫方案

李國(guó)博，陳景航，楊庭勛
（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，中山 528400）

本文主要研究了新型小板狀天線對(duì)于地下車庫的覆蓋，從電磁輻射、覆蓋效果、信號(hào)外泄、投資情況等方面分析，并與傳統(tǒng)的吸頂天線覆蓋方式進(jìn)行綜合對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新型小板狀天線覆蓋地下車庫的方式具有覆蓋效果好、輻射與外泄可控、方便施工及維護(hù)、投資較低等特點(diǎn)，從而總結(jié)得出相關(guān)推廣設(shè)計(jì)規(guī)范及應(yīng)用注意事項(xiàng)。

地下車庫；新型小板狀天線；覆蓋

在4G牌照發(fā)放兩年后，中國(guó)移動(dòng)已在4G網(wǎng)絡(luò)上完成大規(guī)模建設(shè)和部署，2016年TD-LTE的深度覆蓋和不同場(chǎng)景的覆蓋方式成為中國(guó)移動(dòng)的重要研究課題和創(chuàng)新方向，尤其在一些比較特殊的室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，如地下車庫等，為方便施工、達(dá)到更好覆蓋效果、減少工期與投資，可以應(yīng)用新型小板狀天線替換原有傳統(tǒng)室分方案（全向吸頂天線）覆蓋地下車庫，新型小板狀天線具有增益高、方向性好、尺寸小等特點(diǎn)。

1 研究?jī)?nèi)容

我們選取了某地全球通大廈第二機(jī)樓地下車庫、遠(yuǎn)洋廣場(chǎng)地下車庫和濱河灣地下車庫等3個(gè)場(chǎng)景，開展了關(guān)于地下車庫的室內(nèi)覆蓋研究工作。該項(xiàng)工作主要是利用各類方向性強(qiáng)、覆蓋面積大的新型小板狀天線對(duì)地下車庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，測(cè)試相關(guān)的電磁輻射、覆蓋范圍和外泄等情況，并在建設(shè)難度和投資等方面與傳統(tǒng)的（全向吸頂天線）建設(shè)方式進(jìn)行了對(duì)比分析。

為了使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，我們選取了健博通公司、神創(chuàng)公司、通宇公司3個(gè)公司生產(chǎn)的新型小板狀天線。

1.1 電磁輻射

對(duì)于小板狀天線，主要通過調(diào)整后臺(tái)功率，測(cè)試不同天線口功率下各天線輻射的情況，如表1所示。

表1　輻射對(duì)比情況表

主要結(jié)論如下。

（1）在天線口功率較大時(shí)，各類小板狀天線也存在輻射超標(biāo)的情況?？梢酝ㄟ^調(diào)整后臺(tái)功率和增加衰減器的辦法來合理調(diào)整天線口功率，使電磁輻射達(dá)到合理水平。

（2）對(duì)于全頻的板狀天線，電磁輻射主要是受到GSM的天線口功率影響。在地下車庫場(chǎng)景使用1 800 MHz頻段覆蓋時(shí)，務(wù)必要保證GSM的天線口功率在23 dB左右。

1.2 覆蓋效果

針對(duì)全球通大廈第二機(jī)樓地下車庫不同的天線口功率情況，我們進(jìn)行了多輪的信號(hào)打點(diǎn)測(cè)試。分別針對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比，方案1（傳統(tǒng)的吸頂天線分布系統(tǒng)）和方案2（新型小板狀天線分布系統(tǒng)）。

1.2.1 信號(hào)覆蓋RSRP指標(biāo)對(duì)比

圖1　RSRP情況對(duì)比

由圖1可見，方案2優(yōu)于方案1，按照室分驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)RSRP值要求大于105 dBm，方案1的RSRP不小于-105 dBm的比例為84.11%，方案2的RSRP不小于-105 dBm的比例為100%。在測(cè)試區(qū)域，方案2在覆蓋上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)分布系統(tǒng)。

1.2.2 下載速率對(duì)比

在考慮覆蓋的同時(shí)，我們?cè)谠撗芯窟^程中還對(duì)下載速率進(jìn)行重點(diǎn)分析，充分考慮室分環(huán)境下客戶對(duì)4G下載感知的高要求，方案1和方案2在同等測(cè)試條件下區(qū)別比較明顯，其中方案2平均下載速率大于53 Mbit/s，在下載速率的對(duì)比測(cè)試中，方案2明顯優(yōu)于方案1。

主要結(jié)論如下。

（1）在保證電磁輻射在合理水平的前提下，各類板狀天線均能完全覆蓋全球通大廈第二機(jī)樓車庫，通話質(zhì)量良好。根據(jù)信號(hào)測(cè)試打點(diǎn)結(jié)果和鏈路預(yù)算公式，單個(gè)小板狀天線建議覆蓋30×60 m的范圍。

（2）單流情況下，TD-LTE平均下載速率保證在35 Mbit/s，上傳速率為8 Mbit/s左右，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 信號(hào)外泄

我們選取了全球通大廈第二機(jī)樓地庫場(chǎng)景進(jìn)行外泄情況的測(cè)試。

將天線的主瓣方向打向車庫出入口時(shí)，出入口測(cè)試TD-LTE信號(hào)強(qiáng)度在-80 dBm左右，存在信號(hào)從出入口外泄。

移動(dòng)第二機(jī)樓停車場(chǎng)為半封閉式停車場(chǎng)，其外泄情況如表2所示。

表2　信號(hào)外泄情況表

主要結(jié)論如下。

（1）板狀天線覆蓋地下車庫時(shí)，天線的主瓣方向不能是出入口的方向。

（2）在半封閉的地下車庫的場(chǎng)景，可能出現(xiàn)信號(hào)外泄，需要根據(jù)車庫大小合理規(guī)劃天線位置和主瓣方向，使其滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 投資比較

選取城區(qū)遠(yuǎn)洋廣場(chǎng)大信旗艦店購物中心B2F停車場(chǎng)進(jìn)行造價(jià)對(duì)比。在城區(qū)遠(yuǎn)洋廣場(chǎng)大信旗艦店購物中心B2F停車場(chǎng)的相同區(qū)域（覆蓋面積為20 000 m2）下，傳統(tǒng)室分方案、小板狀天線方案所需造價(jià)對(duì)比如表3所示。

主要結(jié)論如下。

（1）從造價(jià)表可以看出，小板狀天線覆蓋模式中饋線和角鐵等材料使用量大大減少，總體投資降幅在80%左右。

表3　造價(jià)情況對(duì)比

（2）由于小板狀天線建設(shè)方式的分布系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使得施工工期縮短，后期維護(hù)成本和升級(jí)難度降低。

1.5 總結(jié)及建議

使用新型小板狀天線室內(nèi)分布建設(shè)簡(jiǎn)單，易于后期的維護(hù)，較傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋方式能大大節(jié)約投資成本。目前有部分廠家可提供測(cè)試類型的小板狀天線產(chǎn)品。由于用于室內(nèi)覆蓋，在選擇時(shí)需要注意選擇尺寸偏小的天線，易于進(jìn)場(chǎng)施工和美化。其中全頻的板狀天線尺寸（長(zhǎng)×寬×深）建議小于300 mm×300 mm×150 mm，E頻的板狀天線尺寸（長(zhǎng)×寬×深）建議小于500 mm×125 mm×55 mm。

全頻段和E頻段的小板狀天線調(diào)整至合理的天線口功率后，均能較好的覆蓋地下車庫，且電磁輻射在合理的范圍內(nèi)，可以用于地下車庫室內(nèi)覆蓋。天線口功率要求GSM小于23 dB，TD-LTE小于33 dB，天線口功率控制首選通過加衰減器實(shí)現(xiàn)，次選通過網(wǎng)管調(diào)整RRU功率實(shí)現(xiàn)。

在半封閉的地下車庫場(chǎng)景時(shí)，需要注意天線安裝位置，避免主瓣方向朝著車庫出入口位置，避免信號(hào)外泄對(duì)室外的影響。

使用雙通道的板狀天線時(shí)，需注意兩個(gè)通道的功率平衡，以達(dá)到較好的下載速率指標(biāo)。

采用小板狀能大大節(jié)約投資成本，但設(shè)計(jì)監(jiān)理費(fèi)用占比高，建議進(jìn)一步協(xié)商監(jiān)理費(fèi)，降低總費(fèi)用。

2 相關(guān)推廣設(shè)計(jì)規(guī)范及應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.1 設(shè)計(jì)原則

地下車庫等場(chǎng)景具有空間大、空曠等特點(diǎn)，針對(duì)該類場(chǎng)景的覆蓋天線設(shè)計(jì)，為提升建設(shè)效率，降低建設(shè)成本，除開傳統(tǒng)的“小功率，多天線”的建設(shè)方式外，還可以使用小板狀天線的覆蓋方式。

封閉性地下車庫可以使用新型小板狀天線進(jìn)行全面覆蓋，對(duì)于部分盲點(diǎn)可采用全向天線補(bǔ)點(diǎn)。

大型半封閉性地下車庫在外泄可控或外泄影響不大的前提下可采用新型小板狀天線進(jìn)行全面覆蓋，對(duì)于部分盲點(diǎn)可采用全向天線補(bǔ)點(diǎn)。

大型半封閉性地下車庫在外泄難以控制的情況下可采用新型小板狀天線為主，傳統(tǒng)全向天線為輔的方式進(jìn)行全面覆蓋，注意規(guī)劃好覆蓋區(qū)域，避免信號(hào)外泄。

2.2 小板狀天線技術(shù)指標(biāo)要求

2.3 工程設(shè)計(jì)規(guī)范

2.3.1 系統(tǒng)建設(shè)方式

地下車庫場(chǎng)景采用通過合路器使用原單路分布系統(tǒng)，如圖2所示。

其中，紅色為新增器件，藍(lán)色為更換器件，其余為利舊器件。

表4　板狀天線技術(shù)指標(biāo)要求

圖2　通過合路器使用原單路分布系統(tǒng)示意圖

圖3　新建單路室內(nèi)分布系統(tǒng)示意圖

地下車庫場(chǎng)景采用新建單路分布系統(tǒng)，如圖3所示。

其中，紅色為新增器件。

以上室分拓?fù)鋬H用于示意，不作為實(shí)際方案的設(shè)計(jì)參考。

2.3.2 天線位置安裝設(shè)計(jì)

天線安裝位置需要根據(jù)地下車庫目標(biāo)區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行確定，要求主瓣方向無阻擋，尤其當(dāng)目標(biāo)覆蓋區(qū)域阻擋嚴(yán)重的，需要現(xiàn)場(chǎng)勘察仔細(xì)考慮合適的天線安裝位置，避免引起弱覆蓋。選擇天線位置的另外一個(gè)原則就是能夠有效利用遮擋減少外泄，避免天線主瓣方向打向地下車庫出入口造成信號(hào)外泄。根據(jù)地下車庫天線研究結(jié)果，新型小板狀天線的覆蓋范圍為65m左右，設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際地下車庫場(chǎng)景進(jìn)行合理規(guī)劃天線數(shù)量以及安裝位置，如圖4所示。

其它天線安裝要求如下。

（1）TD-LTE系統(tǒng)與其他運(yùn)營(yíng)商的cdma 1x、GSM900、DCS1800、cdma Ev-Do、WCDMA等系統(tǒng)的天線應(yīng)保持1m以上的隔離距離。

（2）TD-LTE系統(tǒng)與GSM900、DCS1800、TD-SCDMA等系統(tǒng)的天線應(yīng)保持1 m以上的隔離距離。

（3）掛墻式天線必須牢固地安裝在墻上，保證天線垂直美觀，并且不破壞室內(nèi)整體環(huán)境。

2.3.3 天線口功率設(shè)計(jì)

地下車庫場(chǎng)景TD-LTE單載波天線口等效功率不高于33 dBm，2G天線口總功率不高于23 dBm。設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合地下車庫分布系統(tǒng)實(shí)際鏈路損耗，通過增加衰減器等方式使天線口功率滿足設(shè)計(jì)要求，不建議通過調(diào)整RRU/RRUS后臺(tái)功率實(shí)現(xiàn)。同時(shí)天線口功率設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足國(guó)家對(duì)于電磁輻射防護(hù)的規(guī)定。說明：以上天線口功率為1 m外輻射不超標(biāo)的天線口最高等效功率。

2.3.4 切換帶設(shè)計(jì)

地下車庫室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)切換區(qū)域設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

（1）切換區(qū)域應(yīng)綜合考慮切換時(shí)間要求及小區(qū)間干擾水平等因素設(shè)定。

（2）地下車庫室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)與室外宏基站的切換區(qū)域規(guī)劃在地下車庫的出入口處。

2.3.5 信號(hào)外泄控制

圖4　天線安裝位置參考示意圖

信號(hào)外泄的控制標(biāo)準(zhǔn)為GSM周邊（10 m處）主要道路上信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)低于-85 dBm，TD-SCDMA周邊主要道路上信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)低于-95 dBm，TD-LTE周邊主要道路上信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)低于-110 dBm。信號(hào)外泄控制的設(shè)計(jì)原則如下。

（1）設(shè)置合適的天線口功率，保證覆蓋目標(biāo)區(qū)域達(dá)到要求的前提下避免使用過大的發(fā)射功率。

（2）選擇合適的天線安裝位置，利用建筑特點(diǎn)遮擋外泄信號(hào)，建議天線主瓣方向不要打向地下車庫出入口。

（3）根據(jù)目標(biāo)區(qū)域大小等特點(diǎn)選擇合適的天線水平波束寬度和垂直波束寬度。

（4）如果目標(biāo)區(qū)域的深度覆蓋與外泄信號(hào)強(qiáng)度存在矛盾，因遵循外泄控制原則，確保主要道路無信號(hào)外泄。如果無法避免信號(hào)外泄，則必須通過更換天線型號(hào)、調(diào)整天線位置、降低天線口功率等方法控制外泄信號(hào)的強(qiáng)度。

2.3.6 輻射控制

國(guó)家輻射極限安全值：一級(jí)為10 uW/cm2，二級(jí)為40 uW/cm2。相關(guān)單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景控制天線口功率，并滿足“天線功率口設(shè)計(jì)”中要求。應(yīng)用小板狀天線進(jìn)行覆蓋的站點(diǎn)，都需要進(jìn)行輻射測(cè)試，輻射指標(biāo)應(yīng)滿足國(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 應(yīng)用注意事項(xiàng)

在應(yīng)用新型小板狀天線進(jìn)行地下車庫覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別注意以下事項(xiàng)。

小板狀天線應(yīng)用于封閉型地下車庫；若要應(yīng)用在半封閉性地下車庫，需特別考慮信號(hào)外泄影響，避免在人口密集區(qū)域的信號(hào)外泄。

應(yīng)用小板狀天線時(shí)，需根據(jù)具體場(chǎng)景覆蓋要求確定相應(yīng)的天線口功率。

在設(shè)計(jì)小板狀天線口功率時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際鏈路損耗，通過增加衰減器等方式使天線口功率滿足要求。不建議通過調(diào)整RRU/RRUS后臺(tái)功率實(shí)現(xiàn)。

天線安裝位置要求主瓣方向無阻擋，主瓣方向不要打向車庫出入口。

應(yīng)用小板狀天線進(jìn)行覆蓋的站點(diǎn)，都需要進(jìn)行輻射測(cè)試，輻射指標(biāo)應(yīng)滿足國(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，盡量采用小尺寸的小板狀天線，現(xiàn)場(chǎng)注意美化。

Research of new small tabular antenna covering the underground garage

LI Guo-bo， CHEN Jing-hang， YANG Ting-xun （China Mobile Group Guangdong Co.， Ltd. Zhongshan Branch， Zhongshan 528400， China）

In this paper， we mainly research the new small tabular antenna covering the underground garage. We analyze from the electromagnetic radiation， coverage， signals leaked， investment. Comparing with the traditional way of indoor ceiling antenna， we find that the new small tabular antenna have some advantages， such as good coverage， controlled radiation and leaked， convenient construction and maintenance， low investment. So we summarize the design specification and the application considerations.

underground garage； new small tabular antenna； coverage

TN929.5

A

1008-5599（2016）06-0075-05

2016-03-13