LTE智能天線廣播波束權(quán)值研究與應用場景探討

孫學耕，鄭新旺

（1.福建水利電力職業(yè)技術(shù)學院黨政辦，福建永安 366000；2.集美大學誠毅學院信息工程系，福建廈門 361021）

目前智能天線廣泛地應用于各個方面,被認為是未來無線通信領(lǐng)域中最關(guān)鍵的技術(shù)之一[1].當前最先進的通信技術(shù)5G 網(wǎng)絡，智能天線作為實現(xiàn)大量用戶接入的先進技術(shù)，可以發(fā)送定向信號，提高信號強度，擴大信號覆蓋范圍，從而提高系統(tǒng)的整體性能[2].

根據(jù)智能天線原理，天線廣播波束的形狀、能量主要通過天線權(quán)值參數(shù)的幅度值和相位值進行控制， 通過改變n（各陣列輸入功率能量）和Φ（初始相位），可控制廣播波束的賦形、波束寬度、最大輻射指向及增益，從而實現(xiàn)小區(qū)廣播波束的輻射優(yōu)化[3].但由于現(xiàn)有網(wǎng)絡優(yōu)化人員水平參差不齊，部分人員缺乏LTE 智能天線理論知識和產(chǎn)品使用的相關(guān)培訓，而智能天線產(chǎn)品眾多，功能較復雜，導致智能天線在運用上存在錯誤使用的情況.

文章通過LTE 單小區(qū)下的4 組智能天線權(quán)值實驗和智能天線廣播波束角的天線方向圖仿真探討相應的應用場景.

1 實驗

1.1 智能天線權(quán)值路測實驗

1.1.1 實驗基本信息

測試小區(qū)： S-NLH-2（LTE 小區(qū)名），覆蓋對象主要為籃球場、田徑場.

測試設備：安裝惠捷朗CDS7.1 軟件的筆記本電腦+華為MiFi5776+GPS.

測試區(qū)域：測試主區(qū)域在S-NLH-2 小區(qū)天線的主打方向，測試邊界為該區(qū)域內(nèi)的校園道路邊界、圍墻、障礙物等.測試路線由第一次測試生成，如圖1 所示.后續(xù)三次的測試路線同圖1.

圖1 測試路線

測試權(quán)值：S-NLH-2 小區(qū)的實際天線為京信公司ODS-090R12NV06，驗證該天線兩種廣播波束下的天線權(quán)值和混用通宇公司TYDA-202616D4T6 天線權(quán)值，以及采用D 頻段無損權(quán)值下的覆蓋變化情況.四種路測實驗天線權(quán)值表見表1.

1.1.2 測試方法

用CDS7.1 軟件鎖住測試小區(qū)的頻點和PCI（physical cell identifier，物理小區(qū)標識），確保測試過程始終占用該小區(qū).根據(jù)設計的路線進行道路驅(qū)車測試、操場內(nèi)步行測試，并盡量保持相同的速度.依次根據(jù)表1 的四種天線權(quán)值表通過測試小區(qū)的網(wǎng)管輸入天線權(quán)值文件中，并與網(wǎng)管修改人員確認測試小區(qū)正常工作后開始進行測試，測試后用CDS 軟件統(tǒng)計RSRP 采樣點，分析測試結(jié)果.

表1 四種天線權(quán)值表（D 頻段）

1.2 仿真實驗

目前現(xiàn)有網(wǎng)絡主要使用的智能天線廣播波束角度有30°、65°、90°三種類型，還有特殊場景使用無損權(quán)值.實驗室仿真的京信天線權(quán)值表和無損權(quán)值（F 頻段）如表2 所示.

表2 京信天線權(quán)值表

2 結(jié)果與分析

2.1 四種天線權(quán)值路測實驗結(jié)果與分析

測試經(jīng)CDS7.1 軟件按移動日常測試規(guī)范導出數(shù)據(jù)后，以京信65°測試后的RSRP 采樣點為參照對象，另外3 種天線權(quán)值與各RSRP區(qū)間進行采樣點對比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表3.

從表3 可見，采用與天線類型一致的京信65°的廣播波束權(quán)值RSRP 采樣點最多（6570），最少的是通宇65°（5471）.從RSRP 的采樣點分布也可以看出不同的天線權(quán)值對LTE 的覆蓋造成較大影響，與原天線類型（京信65°）的采樣點相比，其它天線權(quán)值在各區(qū)間段的采樣點變化較為明顯.根據(jù)中國移動LTE 測試規(guī)范， RSRP＞-85dBm 屬于“極好點”的覆蓋范圍，在該區(qū)域的范圍內(nèi)LTE 終端具有良好的SINR和下行速率、上行速率.從RSRP＞-85dBm 的占比分析可知：無損權(quán)值最高（82.58%），其RSRP 區(qū)間[-70,-40]的采樣點個數(shù)增加了469個，對覆蓋的提升顯著；通宇65°天線權(quán)值在RSRP 區(qū)間＞-85dBm 的采樣點較京信65°減少了867 個；京信30°權(quán)值在[-70,-40]的采樣點增加38 個，在[-85,-70]區(qū)間的采樣點卻減少了274 個，說明部分區(qū)域覆蓋略有增強，部分區(qū)域覆蓋有所減弱.

表3 4 種天線權(quán)值RSRP 采樣點區(qū)間對比

由實驗結(jié)果可見，混用不同的天線權(quán)值，會產(chǎn)生RSRP 覆蓋各區(qū)間的較大波動，而這一波動使覆蓋區(qū)域脫離了原有的覆蓋規(guī)劃目標，可能導致LTE指標劣化，影響用戶的感知度.此外，在一些特殊場景可以利用天線權(quán)值的變化特點，如在一些無法通過提升功率加強覆蓋的區(qū)域，采用無損權(quán)值進行試用，但應該對修改后的覆蓋區(qū)域進行詳細測試，避免引發(fā)新的覆蓋問題.

2.2 仿真實驗結(jié)果與分析

智能天線的權(quán)值調(diào)整會給覆蓋帶來不同的影響，為了能直觀感知天線的覆蓋區(qū)域情況，本文借助河北移動與天線廠商京信通信公司合作研發(fā)的智能天線廣播波束賦形軟件進行仿真.該軟件先后經(jīng)過可行性論證、微波暗室測試、外場測試和現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化的過程，是移動通信領(lǐng)域進行天線權(quán)值核查、權(quán)值優(yōu)化的重要工具.

2.2.1 主要廣播波束角仿真實驗結(jié)果

目前現(xiàn)網(wǎng)主要使用的廣播波束角度有30°、65°、90°三種類型.通過表3 的天線權(quán)值，仿真實驗結(jié)果見圖2 至圖4.

圖2 30°廣播波束仿真圖

圖4 90°廣播波束仿真圖

圖3 65°廣播波束仿真圖

圖5 無損權(quán)值廣播波束仿真圖

從圖2 至圖4 實驗室仿真結(jié)果可以看出，30°廣播波束權(quán)值設置具有主瓣窄、天線增益最高的特點，可以適用于高速路、高鐵線路以及一些局部深度覆蓋不足的特殊場景；65°廣播波束的寬度中等，增益也較強，適用于密集城區(qū)、一般城區(qū)的場景，既滿足城區(qū)站點密集、話務密集的需要，也兼顧深度覆蓋的需求，是當前城區(qū)覆蓋的主要廣播波束角度；90°的廣播波束較寬，主瓣的增益也較好，可以用于廣域覆蓋的區(qū)域，比如郊區(qū)、農(nóng)村場景等.

目前主城區(qū)TD-LTE 網(wǎng)絡普遍采用的是65°的廣播波束，若存在覆蓋問題路段，可以結(jié)合存在覆蓋問題的區(qū)域，綜合分析周邊小區(qū)智能天線波束設置，參考軟件仿真的賦形方向圖2 至圖4，通過改變廠家提供的廣播波束的角度權(quán)值達到增強或減弱小區(qū)覆蓋強度的目的，但在優(yōu)化中，需做好復測和網(wǎng)絡關(guān)鍵指標的監(jiān)控，避免產(chǎn)生新的網(wǎng)絡問題.

2.2.2 無損權(quán)值仿真結(jié)果

根據(jù)智能天線幅度權(quán)值的不同，可以分為有損權(quán)值和無損權(quán)值兩種模式.LTE 現(xiàn)網(wǎng)智能天線權(quán)值配置通常采用天線廠家建議權(quán)值配置，權(quán)值幅度值多采用有損配置方式（部分端口幅度激勵不為 1）.有損配置方式會引起波束權(quán)值損耗，使得實際天線廣播波束增益降低 2.5～4.0 dB，導致小區(qū)覆蓋范圍的減少[4].若利用天線的無損權(quán)值模式，可以獲得智能天線廣播波束增益的提升.根據(jù)中國移動集團TDLTE 智能天線指導手冊，如F 頻段65°雙極化天線權(quán)值設置：幅度設置值[1,1,1,1]，相位[-75,-9,-9,-75]，與表3 中65°的權(quán)值設置的仿真結(jié)果在3 dB 半波功率角位置的增益提高了2.7 dB，實驗仿真結(jié)果見圖5.

仿真結(jié)果適用于對常規(guī)的功率調(diào)整和天線調(diào)整進行覆蓋優(yōu)化，如果仍無法滿足覆蓋需求時，那么可以采用本實驗無損權(quán)值的設置進行增強覆蓋（但在使用時應注意無損權(quán)值的工作頻段）.

3 結(jié)論

通過智能天線的廣播波束權(quán)值實驗，驗證了不同的權(quán)值對RSRP 采樣點區(qū)間的變化情況.這表明在工程實際中，錯誤地使用權(quán)值會給LTE 覆蓋帶來不明的影響.同時進行了LTE智能天線主要廣播波束角度與特殊廣播波束權(quán)值的天線方向仿真實驗，結(jié)果表明通過權(quán)值改變，可以滿足不同適用場景.

由于實驗是在現(xiàn)網(wǎng)中進行的，測試終端鎖定測試小區(qū)時，周圍小區(qū)信號的干擾因素對實驗會造成一定的影響.后續(xù)需進一步研究：關(guān)閉干擾測試小區(qū)的扇區(qū)后開展測試，以及增加測試區(qū)域的定點測試驗證天線權(quán)值變化對語音業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務的影響.