LTE高站应用大下倾角天线方案研究及验证

中国联通网络技术研究院中国联通网络技术研究院 无线技术研究部无线技术研究部2014年年9月月LTELTE高站应用大下倾角天线高站应用大下倾角天线方案研究及验证方案研究及验证1提纲大下倾角天线内外场测试分析二二项目研究背景项目研究背景一一应用建议及推广情况三三2LTELTE天馈问题分析天馈问题分析l 建站难度天面资源紧缺，约30的站点无法新增天线天面资源紧张天面资源紧张天线增加，将进一步促发群众对信号辐射的恐慌物业协调难度加大部分铁塔或抱杆如继续新增天线，受力增大后将存在安全性隐患铁塔及抱杆强度市区高站比例较高，且LTE同频干扰需要控制，常规天线无法满足下倾角度要求高站越区覆盖l 解决措施多端口多频段天多端口多频段天线线美化天线美化天线小型化天线小型化天线大下倾角天线大下倾角天线3大下倾角天线大下倾角天线背景背景同频干扰如何解决天线架高及垂直波束宽度一定的条件下，改变天线下倾角是控制站点覆盖范围的最有效手段Lm=H/tan(-)。主瓣覆盖区Lm副瓣覆盖区LsH覆盖区域无形变小区边缘及主方向保持良好覆盖覆盖区域变形严重小区边缘切换问题，主方向覆盖不足电子下倾机械下倾4大下倾角天线大下倾角天线需求分析产品定制需求分析产品定制需求分析 多省网建部门反馈运维部门不允许使用50米以上的站址部署LTE 影响网络部署速度，新选址增加建设投资 利用之前研究的技术储备，增大天线电调下倾角度可解决越区覆盖指标确定 分析天线指标对中心城区密集区域网络覆盖质量影响程度 确定主要辐射指标要求，形成天线产品需求，针对大下倾角设置范围，适当放宽增益、交叉极化比和前后比指标要求定制测试 与国内主流天线厂家合作开发符合指标要求的大下倾角天线，考虑城区场景特点，开发了常规和美化两个系列的天线 内场测试天线电性能指标和辐射性能指标，达到常规天线集采要求，满足现网使用需求电气性能指标工作频率(MHz)17102170阻抗()50增益(dBi)17.5（0.07+0.3）功率容量(W)250驻波比1.4极化方向45水平面波瓣宽度（）658垂直面波瓣宽度（）6第一上旁瓣抑制(dB)15三阶交调(dBm)-110交叉极化鉴别率(dB)轴向：15；60：9同频端口隔离度（dB）30前后比(dB)25电下倾角（）1325电下倾角精度（）1.5机械性能指标接头类型7/16 Din 阴接头机械倾角（）0水平面方位角（）20体积(mm)小于1801800环境温度()工作温度：-40+60；极限温度：-55+75摄冰能力10mm不被破坏抗风能力(km/h)工作风速110，极限风速200雷电保护直接接地5大下倾角天线大下倾角天线主要产品主要产品产品类型产品类型产品规格产品规格外观外观定向板状天线定向板状天线(两端口两端口/四端口四端口)频段：17102170MHz 水平半波宽度：65度增益：18dBi电调天线：1325（15-25/15-28）排气管隐蔽天线排气管隐蔽天线（两端口（两端口/四端口）四端口）频段：17102170MHz 水平半波宽度：65度增益：18dBi电调天线1325（15-25）空调隐蔽天线空调隐蔽天线（四端口）（四端口）频段：17102170MHz水平半波宽度：65度增益：15dBi电调天线4186高站部署解决方案评估方法高站部署解决方案评估方法n 大下倾天线性能评估方案：l 内场试验初步评价天线性能，确认天线使用风险l 外场测试使用路测与统计相结合，及时数据为辅，长期数据为主的研究方案l思路思路：根据路测区域内越区小区信号强度的变化来判断大下倾天线对越区覆盖的改善情况。更换大下倾天线后，越区的小区信号强度在该区域应降低基于路测的越区基于路测的越区覆盖分析方案覆盖分析方案l思路：思路：从MR数据中的TP统计分布，来判断以该小区为主服务小区的用户离基站的距离分布情况。采集如下数据，来分析天线改造前和改造后越区覆盖的变化情况基于基于MR的越区的越区覆盖分析方案覆盖分析方案l思路：思路：观察天线更换前后，测试小区与周围小区的总体话务量在各个小区间的分配变化情况，同时，观察接入性能等指标变化情况基于话务量统计基于话务量统计的的覆盖覆盖分析方案分析方案由于WCDAM网络有大量的现网用户，主要以统计数据为主，路测数据为辅；而LTE目前用户量较少，仅可以使用路测数据进行分析7提纲大下倾角天线内外场测试分析大下倾角天线内外场测试分析二二项目研究背景一一应用建议及推广情况三三8提纲大大下下倾倾角角天天线线内内外外场场测测试试分分析析二、外场路测分析一、内场测试分析三、外场统计数据分析四、总结及讨论9大下倾角天线大下倾角天线辐射图辐射图n辐射图：9水平方向垂直方向171019202170大下倾角天线的辐射能指标随着下倾角的增大没有发生畸变，水平方向和垂直方向都保持稳定，确保主极化方向和水平边缘都有较好的覆盖10大下倾角天线大下倾角天线主要测试指标主要测试指标1313.51414.51515.51616.51717.5151719212325厂家1板状天线厂家1美化天线厂家2板状天线厂家2美化天线平均增益多项式(平均增益)图：A-45度天线增益60.0062.0064.0066.0068.0070.0072.0074.0076.00151719212325厂家1板状天线厂家1美化天线厂家2板状天线厂家2美化天线水平半功率波束宽度图：A-45度天线水平半功率波束宽度7.008.009.0010.0011.0012.0013.00151719212325厂家1板状天线厂家1美化天线厂家2板状天线厂家2美化天线图：A-45度天线交叉极化比252627282930313233151719212325厂家1板状天线厂家1美化天线厂家2板状天线厂家2美化天线前后比多项式(前后比)图：A-45度天线前后比增益随下倾角的增大而降低。但是考虑大下倾天线的覆盖范围较小，增益降低对覆盖的影响较小水平半功率波束带宽随下倾角的增大而增大，水平波束宽度对于水平面覆盖有影响，但测试指标基本符合常规天线指标容差要求，设计时需结合周边环境交叉极化比随下倾角的增大而恶化，最低为9dB，高于最低标准7dB，可以认为信号正交，不影响使用前后比随下倾角的增大而恶化。由于大下倾天线的后向信号应用于高站时主要射向天空，对覆盖的影响可以忽略不计大下倾角天线的电性能指标不随着下倾角的角度变化发生明显的变化，且符合常规天线的指标要求，综上，大下倾角天线指标上满足现网部署的要求，已在广州、重庆、大下倾角天线指标上满足现网部署的要求，已在广州、重庆、天津联通现网进行试点天津联通现网进行试点11大下倾角天线大下倾角天线外罩影响外罩影响图：天线增益图：天线水平半功率波束宽度图：天线交叉极化比图：天线前后比加罩后，天线增益有轻微的升高（1.5%）。主要是由于罩对天线信号有一定的波束赋形，使得波束变窄，穿透能力变强天线水平半功率波束宽度在加罩后，有较为明显的缩小，约为6.6%天线天线交叉极化比在加罩后，有极为明显的恶化，达到了33.3%，正交性下降，天线信号解调难度变大天线前后比在加罩后，有很明显的恶化，约为27%天线在加天线罩后，性能有明显的下降，尤其是交叉极化比和前后比恶化明显，导致天线性能下降明显。本项目中，更换前天线均为加天线罩的常规平板天线，更换后的更换前天线均为加天线罩的常规平板天线，更换后的天线为加罩后的大下倾平板天线和不加罩的大下倾排气管天线。天线为加罩后的大下倾平板天线和不加罩的大下倾排气管天线。12大下倾角天线大下倾角天线内场总结内场总结 辐射图：大下倾天线辐射图重叠性良好，无畸变现象，边缘覆盖良好 测试指标：基本符合行业常规天线测试指标要求，可以在现网中推广使用p 电性能：隔离度比行业标准提高10dB，互调指标、驻波比满足行标、企标p 辐射性能：随下倾角度变大，增益、交叉极化比、前后比呈现下降（恶化）趋势，天线水平波束宽度出现展宽的情况。天线外罩影响：天线外罩对天线性能有较大的影响，主要发生于非美化类天线p 加罩后，交叉极化比与前后比有较大恶化，均达到了27%以上p 增益变化不明显，水平波束宽度减少大下倾角天线主要指标性能符合常规天线的指标要求，符合设计标准。排气管天线为美化天线，不需要天线外罩，故在替换后，覆盖性能较原有加罩天线有一定的提升。13提纲大大下下倾倾角角天天线线内内外外场场测测试试分分析析二、外场路测分析一、内场测试分析三、外场统计数据分析四、总结及讨论14大下倾角天线大下倾角天线路测分析路测分析图1：更换前6+T10图2：更换后3+T13图3：更换后3+T17图4：更换后3+T20图5：更换后3+T25测试条件LTE主波束覆盖距离更换前6+T10430米更换后3+T13435米更换后3+T17347米更换后3+T20303米更换后3+T25288米路测结果表明，同样倾角设置下大下倾角天线主波束覆盖略好于常规天线，覆盖波形路测结果表明，同样倾角设置下大下倾角天线主波束覆盖略好于常规天线，覆盖波形均匀，无明显越区覆盖；随着下倾角的增大，主波束方向覆盖范围明显收缩，副瓣方均匀，无明显越区覆盖；随着下倾角的增大，主波束方向覆盖范围明显收缩，副瓣方向覆盖也同步减弱，与预期相符向覆盖也同步减弱，与预期相符15路测数据分析路测数据分析LTELTERSRPSINR吞吐量吞吐量结论：结论：1.对比更换前后，板状天线的性能有提对比更换前后，板状天线的性能有提升；升；2.RSCP和和SINR下好点的比例有比较明下好点的比例有比较明显的提升，路测吞吐量也有所提升显的提升，路测吞吐量也有所提升16路测数据分析路测数据分析UMTSUMTSRSCPEc/Io从路测情况来说，WCDMA系统更换天线前后：1）上行好中点比例：板状天线都有部分的提升，但提升的比例差异较大2）下行好中点比例：板状天线都有轻微的上升，但17度情况下出现异常从路测数据分析，在天线更换前后，从路测数据分析，在天线更换前后，WCDMA系统下使用板状天线性能变化系统下使用板状天线性能变化不显著，个别角度有异常，以后续统计不显著，个别角度有异常，以后续统计分析为分析为主主，总体效果不影响正常的使用。，总体效果不影响正常的使用。17单扰码图对比单扰码图对比排气管天线以及下压排气管天线以及下压3度度排气管天线替换原有板状天线：电调同角度主瓣覆盖范围略有增大，存在越区覆盖风险，旁瓣略有下降；电调压3度主瓣覆盖明显收缩，且覆盖质量明显变好，旁瓣有一定增强。排气管天线主瓣覆盖改善明显，应适当压低角度，避免主瓣越区覆盖原天线电调同角度电调下压3度18路测数据分析路测数据分析LTERSRPSINR吞吐量吞吐量从路测情况来说，LTE系统更换排气管天线前后：在下行好中点比例、上行好中点比例和吞吐量方面都有一定的下降，在调整角度后会有一定改善更换后，排气管天线的性能略有下降，但综合考虑排气管天线无外罩损耗（更换后，排气管天线的性能略有下降，但综合考虑排气管天线无外罩损耗（20%），），覆盖范围变大的影响，排气管天线的性能呈现提升趋势。因此，排气管大下倾天线在覆盖范围变大的影响，排气管天线的性能呈现提升趋势。因此，排气管大下倾天线在LTE系统下使用，都可以很好的解决越区覆盖问题，提升小区的吞吐量系统下使用，都可以很好的解决越区覆盖问题，提升小区的吞吐量19路测数据分析路测数据分析UMTSRSCPEc/Io从路测情况来说，WCDMA系统更换天线前后：1）上行好中点比例：排气管天线有轻微的提升，但提升的比例较小2）下行好中点比例：排气管天线有轻微的下降从路测数据分析，在天线更换前后，从路测数据分析，在天线更换前后，WCDMA系统下使排气管天天，带来系统下使排气管天天，带来的性能变化不足的性能变化不足0.5%，变化不显著，变化不显著，不影响正常的使用。不影响正常的使用。20路测数据分析结论路测数据分析结论 覆盖距离情况：通过调整角度，大下倾天线可以有效的缩短覆盖距离，有效减少越区覆盖p 平板天线：随着下倾角的增大，主波束方向覆盖范围明显收缩，副瓣方向覆盖也同步减弱p 美化天线：电调同角度主瓣覆盖范围略有增大，存在越区覆盖风险，应当适当调大下倾角度，避免越区覆盖 路测数据分析：在LTE与UMTS环境下，大下倾天线都可以有效缩小覆盖范围，减少差点比例，提高优质性能点占比p 平板天线：可以有效的提升好点、中点的占比，并对用户吞吐量有较为明显的提升p 美化天线：性能变化不明显，不影响现网使用大下倾角天线可以有效提升小区覆盖的可控性，减少越区覆盖，同时还可以带来优质性能点比例提升和吞吐量上升的效果，有利于改善用户体验21提纲大大下下倾倾角角天天线线内内外外场场测测试试分分析析二、外场路测分析一、内场测试分析三、外场统计数据分析四、总结及讨论22平板天线平板天线TP值、值、RSCP、Ec/No结论：1、使用板状大下倾天线后，覆盖范围变小，尤其是在压3度后，变化尤为明显2、从RSCP和Ec/No的分布情况可知，本扇区内的好中差点的比例在更换前后变化不明显；压3度后，变化较为明显，差点的数量明显下降TPRSCPEc/No更换天线后TP2的比例较更换前有变化不明显，压3度后，TP2值有较明显的下降，约为2%左右更换天线后RSCP的情况与更换前变化不大，压3度后，好中差点的占比变化明显，变化在2%内更换天线后Ec/No的情况与更换前变化不大，压3度后，好中差点的占比变化较大，提升了10%左右23平板天线平板天线呼叫成功率、呼叫成功率、PDP成功率成功率更换天线和压3度后，总呼叫成功率、PDP成功率基本不变(0.6%)，成功率也变化不大呼叫成功率PDP成功率24平板天线平板天线平均接入用户数对比平均接入用户数对比图 本小区日均用户数图 本小区周平均用户数图 周边站日均用户数图 周边站周平均用户数更换天线后，本小区同角度和下压3度对应的PS域接入用户数分别下降4%、30%；周边站PS域平均接入用户略降4%；下压3度后，周边站接入用户数增加7.8%。表明更换天线以及下压角度后本小区覆盖范围缩小25平板天线平板天线话务量、流量对比话务量、流量对比图 周边站话务量图 周边站PS流量更换天线后，本小区CS话务量有2%下降，流量基本不变，周边相邻小区平均CS话务量基本不变，单日PS流量降低9.3%；下压3度后，本小区话务量下降30%，流量下降27%。；周边站CS话务量提高11%，单日流量提高5.5%。总体更换天线后覆盖收缩，覆盖质量提高图 本小区话务量图 本小区PS流量26平板天线平板天线切换次数及切换成功率切换次数及切换成功率更换天线后，切换次数以及切换成功率基本不变；下压3度后，切换成功率不变，切换次数减少28%。表明更换天线后覆盖收缩27排气管天线排气管天线 TP值、值、RSCP、Ec/No使用排气管美化天线，覆盖范围变大，越区覆盖情况有一定程度的恶化从RSCP和Ec/No的分布情况可知，本扇区内的好中差点的比例变化不明显TPRSCPEc/No更换天线后TP2值有较明显的上升，约为10%左右更换天线后RSCP的情况与更换前变化不大，好中差点的占比变化均在1.5%内更换天线后Ec/No的情况与更换前变化不大，好中差点的占比变化均在0.5%内28排气管天线排气管天线呼叫成功率、呼叫成功率、PDP成功率成功率更换天线后，扇区1的总呼叫成功率、PDP成功率基本不变(0.3%)，成功率也变化不大呼叫成功率PDP成功率29排气管天线排气管天线平均接入用户数对比平均接入用户数对比更换为排气管美化天线后，PS域接入用户数略有1.5%提高，表明更换天线后覆盖范围有所增大。更换天线后，周边相邻小区PS域平均接入用户数提高8.6%图 周边站日均用户数图 周边站周平均用户数图 主测站日均用户数图 主测站平均用户数30排气管天线排气管天线话务量、流量对比话务量、流量对比更换天线后，主测站CS话务量，PS流量基本相当，偏差小于3%。周边站话务量和流量由于接入用户数增加8.6%，业务量也相应增大10%左右，总体上整个业务区业务未受影响。图 周边站话务量图 周边站PS流量图 主测站PS流量图 主测站话务量31统计数据分析结论统计数据分析结论 MR数据分析：边缘用户数和比例明显减少，优质点占比提升显著p 平板天线：同角度更换后，本小区覆盖范围明显收缩，性能提升；下压3度后，效果更为明显。p 排气管天线：同角度更换后，覆盖范围轻度增大，性能变化不明显，不影响正常使用 话统数据分析：覆盖区域内用户数、切换次数等明显减少，话务量有较为明显的提升，越区覆盖得到较为明显的控制p 平板天线：本小区内内用户数和切换次数明显减少，但吞吐量等性能明显提升；周边站吸收的用户数增加，性能提升明显p 排气管天线：本小区内用户数变化较少，周边站用户数明显提升，吞吐量也有一定的提升统计数据分析表明，大下倾天线可以有效减少本小区边缘用户数量，为用户接入提供更为优质的网络环境，有效提升话务量；而对周边站业务无影响。因此，适合在现网环境中推广使用。32提纲大大下下倾倾角角天天线线内内外外场场测测试试分分析析二、外场路测分析一、内场测试分析三、外场统计数据分析四、总结及讨论33价值分析价值分析 经济效益p 一个高站最少需要2个低站替代p 一次性投入增加：增加一个站址寻址、改造及传输、配套电源设备费用10万元，主设备费用7万，合计17万/站。p 维护费用增加：增加一个站址站址租赁费3万/年，电费支出1.8万元/年，设备代维0.2万/年，合计5万/年/站。p 按照项目结束后，本期LTE建设广州新增60个高站，重庆新增20个高站，共可节能1360万CAPEX，每年节省400万OPEX。p 推广到40个FDD/TDD混和组网试验城市，估计可盘活3000左右高站，其直接效益可节省5.1亿CAPEX，每年节省1.5亿OPEX。社会效益p 盘活市区内现有高站资源，减少替换站点所需的建设周期，可大大缩短主城区建设周期，快速开站，提供4G服务，避免覆盖空洞。对于提升联通4G品牌具有显著社会效益。34提纲大下倾角天线内外场测试分析二二项目研究背景一一应用建议及推广情况应用建议及推广情况三三35应用建议及推广情况应用建议及推广情况 应用建议p 室外宏站超过50米后建议使用大下倾角天线p 市区内建议优先考虑使用排气管美化天线p 天线大角度下倾后，使用时注意水平波束宽度变宽对周边的影响 推广情况p 广州、重庆分公司本期工程已批量订购并安装，有效盘活80多个高站，后续还有上百个高站可供选择，有效解决分公司网络建设难题p 天津、上海分公司正在试验中，也有强烈的应用意愿p 据估算大中型城市50米以上站址资源占总站址资源的8%左右，在LTE建设中盘活这些高站，具有显著的经济效益和社会效益36后续工作后续工作 形成中国联通大下倾天线标准及应用指导意见 推动更多厂家提供满足指标要求的大下倾天线，现阶段已有3家，年底前推动10家左右天线厂家具备量产能力 如果有需要可配合集团进行相关天线集采工作，涉及美化天线部分仍需分公司自行采购37谢谢！38n杨军n18601102976