ＣＤＭＡ網絡電調天線及其網管系統應用分析

王祖鵬　唐　剛

【摘要】電調天線系統可滿足CDMA網絡3G業務發展的需求。文章首先介紹了電調天線的原理與應用場景,及其相比于常規天線的優點;接著給出了電調天線綜合網管系統的結構和兩種組網方式,詳述了其應用價值;最后分析了電調天線及其網管系統的應用現狀與前景。

【關鍵詞】電調天線 電調網管系統 CDMA 呼吸效應 3G

1 概述

作為空間電磁信號與移動基站收發信機間的接口,基站天線是移動通信系統的重要組成部分,直接關系到移動通信網絡的覆蓋范圍和網絡優化與運營指標。基站天線的選擇和設置成為無線網絡覆蓋與優化的重要手段。

鑒于CDMA網絡的技術特點,為了給用戶提供清晰流暢的話音和高速可靠的3G數據業務,運營商要能提供實時優化和動態調整、以減少多元化業務動態流量造成的呼吸效應的網絡服務,同時要能減少干擾的產生。而在業務密集區域逐步使用具有手動調節或遠程控制功能的電調天線系統,可滿足CDMA網絡3G業務發展的需求。

據不完全統計,目前在歐美發達國家的3G移動網絡中電調天線的比例大約為60%,而隨著市場需求的增加及網絡優化的深入,移動通信運營商對具有數字遠程控制功能的天饋產品將有更高的要求。

2 電調天線

所謂電調天線,即指通過電子手段調整下傾角度的移動通信系統基站天線。電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位,改變垂直分量和水平分量的幅值大小,從而改變合成分量場強強度,使天線的垂直方向圖呈一定角度的下傾。

目前電調天線大致可分為手動電調和遙控電調兩種類型;而根據電機所處位置,又可分為電機內置與電機外置兩種方式。遙控電調可分為塔下調節和遠程網管調節兩種場景。

2.1 實現原理

饋電網絡將天線振子陣列i(i=1,2,…,M)的所有輻射單元通過移相器順次激勵出相差Φ,可改變各個天線輻射單元饋電相位,各個天線輻射單元合成即實現電調天線的連續電下傾。其原理如圖1所示:

圖1 電調天線的實現原理

對于間隔排列為d的M個單元振子的子陣列i(i=1,2,…,M),當相鄰單元的相位呈等相均勻分布時,天線最大波束形成于法向正前方;當相鄰單元的相位依次相差Φ時,最大波束形成于θ0空間方向。

相差定義為

Φ=2πdsinθ0/λ

其中:λ為工作波長,d為同一陣列中相鄰單元的水平方向間距,θ0為下傾角。

2.2 應用場景

手動電調天線主要用于補網、擴容等小范圍,比之機械調整天線下傾角省時省力且準確安全,可以不斷電操作。

內置電調天線可以在塔下、機房遙控操作,比之手動電調更省時省力、準確安全。外置電調比之內置電調則更機動,電機發生故障時可方便更換,使用起來更為靈活、可靠。

通過遠程網管調節方式可以在網管中心遠程控制幾千基站的電調天線,使網絡優化效率、質量、費用控制達到極致。如將網絡運行數據與電下傾角控制相結合,可為干擾、負載、小區范圍的控制提供有效的優化手段。

2.3 應用價值

在實際網絡建設與優化調整時,相比非電調常規天線,電調天線具有如下優點:

(1)全天候調節,省時省力

通過天線遠程網管系統實現遠程遙控調節,克服了常規天線需人工上塔調整費時費力的缺點,不但安全可靠,且可全天候實現對天線下傾角的調節。

使用電調天線,可以一次性地解決網絡運維以及優化調整的難題,最大程度地降低網絡運維成本,而且可以在最短的時間內對調整效果進行驗證和進一步調整,還可有效、方便、快捷地解決話務高峰期隨時間轉移的問題(工作區域和生活區域的切換、交通樞紐區域用戶隨時間的變化)。

(2)遠程調節,開源節流

常規的天線在調整天線下傾角時,需要人工爬塔操作,不管是從人員安全還是網絡運行安全的角度考慮,均應先閉站;但閉站勢必引起運營業務收入損失,且天線調整也需要一定的費用。

采用電調天線遠程調整天線下傾角則無須閉站,能夠盡可能減少話務損失,且節省了天饋人工調整費用。

(3)避免畸變,降低干擾

常規天線在大角度機械下傾時方位覆蓋圖畸變,容易引起覆蓋的鄰區干擾,導致覆蓋性能變差。

電子下傾和機械下傾帶來的天線方向圖變化的差異隨著下傾角度的增加而逐步增加。實踐證明,電調天線下傾角度在1°～5°變化時,其天線方向圖與天線機械下傾方式大致相同;當下傾角度在5°～10°變化時,其天線方向圖較天線機械下傾方式稍有改善;當下傾角度在10°～15°變化時,其天線方向圖較天線機械下傾方式改善較大;當電調天線下傾15°后,其天線方向圖較天線機械下傾方式明顯不同。這時天線方向圖形狀改變不大,主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,整個天線方向圖都在本基站扇區內。增加下傾角度,可以使扇區覆蓋面積縮小,但不產生干擾,這樣的方向圖是我們需要的,意即采用電調天線能夠降低呼損,減小干擾。如圖2所示:

圖2 電子下傾與機械下傾的天線方向圖變化

3 電調網管系統

3.1 系統結構

目前行業內電調天線綜合網管系統包括:電調天線中心控制單元CCU和電調天線網管軟件。控制信息通過網管軟件傳達給CCU,再由CCU通過多芯電纜傳達給室外控制單元RCU,由RCU完成對電調天線角度的調整,從而實現通過電調網管系統對區域所有電調天線下傾角的控制。如圖3所示:

圖3 電調天線綜合網管系統結構

3.2 組網方式

電調天線綜合網管系統通常采用集中組網和分級組網兩種方式。

圖4 電調天線綜合網管系統集中組網方式

(1)集中組網方式

集中組網方式能滿足運營商對所有在網網元設備進行集中監控的要求,系統具備多種接入方式接入各種網元設備,如E1線路、短信網關、無線Modem等。系統除了提供C/S結構的客戶端以供辦公網內部使用以外,還可提供web/wap方式供遠程用戶使用。如圖4所示。

(2)分級組網方式

分級組網方式除了具備集中組網方式的功能以外,還能把部署在不同地方的多個網管中心聯系起來。網管中心既能分別監控各自的網元,又能訪問另一個網管中心所監控的網元設備。該方式適合于組建省級網管,如圖5所示:

圖5 電調天線綜合網管系統分級組網方式

3.3 應用價值

(1)省時省力省成本

使用電調網管系統,可簡單方便地對電調天線下傾角進行調節,無需人工到現場或爬塔操作,節省天線下傾角調整的時間及人力成本。

假設運營商在某一級城市建設了2000個3G基站,其中四分之一處于話務量會突變的市區環境,需要每天進行天線下傾角的調整。一個工程人員一天可調整4個基站的天線輻射角度,則每天需120多個工程人員同時工作。而使用電調天線網管系統后,每天僅需1～2名工程人員在機房設置數據,對約500個基站進行不閉站的動態調整。按照目前每副天線網優調整費用150元/次,每次天饋調整需對同一天線調整3次左右,合計每副天線450元;1個站點的3個扇區的雙極化天線就為1350元,已相當于一副電調天線的價格。可見通過使用電調天線網管系統能有效降低天饋線調整的成本。

(2)有效緩解呼吸效應

電調天線綜合網管系統能夠對天線電下傾角實現實時動態的調整,優化各扇區的覆蓋區域,有效地緩解CDMA網絡系統的呼吸效應;還可有效減少覆蓋交疊區的軟切換概率,節約網絡資源。

圖6電調天線綜合網管系統能有效緩解呼吸效應

(3)全天候服務

當需要對天線進行下傾角調整時,恰遇雷雨天氣或道路不通等情況,將無法按時實現對天線傾角的調節。而使用電調網管系統可簡單有效地解決此類問題,實現全天候服務。

(4)隨需調節

在城鎮繁華區域,某些場景特別是密集市區的話務量變化復雜,比如白天和夜晚的話務量分布不均,或平時和節假日的話務量分布模型迥異。通過電調天線及其網管系統,可根據覆蓋區域內話務量的變化方便地隨需調節。

4 電調天線及其網管系統應用分析

電調天線由于其在提高系統容量和抗干擾方面的不可替代的作用,以及在網絡動態調整方面的便捷和人力成本上的節省,使得國外在網絡建設上大量采用電調天線。據悉,歐美發達國家新建網絡基本上以電調天線為主,且基本配置電調網管系統,實現對整個區域電調天線下傾角的遠程調控。目前通信業發展迅猛的印度,電調天線的使用量接近50%。另外,沃達豐、AT&T等國際著名運營商,其新建網絡也基本采用電調天線并配有集中網管系統。

在國內,移動通信網絡較發達國家發展慢,早期網絡以解決覆蓋為主,網絡優化的調整相對較少。因此,早期主要采用非電調天線,只有極個別發達城市使用少量的電調天線。但隨著網絡建設與優化工作的深入,電調天線方便快捷的電下傾角調節功能,越來越受到運營商的青睞,使用量也逐年上升。近年來國內運營商的電調天線使用比例大致如圖7所示(不完全統計):

圖7 過去4年國內電調天線使用比率

隨著國內3G業務的推出,無線綜合業務對網絡的覆蓋需求越來越趨于動態化,這進一步促進了電調天線的應用。目前,國內運營商電調天線使用比例逐步增長;相信隨著3G網絡建設的深入,電調天線的使用量將逐漸增大。雖然國內對于電調網管系統只有個別區域做了試點,還沒有實質性的規模應用;但隨著電調天線使用量的增大,為適應網優工作對大量核心密集區域電調天線的動態調整需求,遠程電調網管系統必將逐步得到應用。

5 小結

綜上所述,遠程電調天線及其控制系統對提高網絡質量、提升運營商網絡品牌形象與用戶感知、減少建設維護成本都具有巨大的作用,必將成為移動網絡重要的網優手段與天饋發展的重要方向,其規模應用時代也即將到來。 ★

【作者簡介】

王祖鵬:畢業于華中科技大學電子與信息工程系,現就職于中國電信集團公司移動建設部,長期從事移動核心網設計與無線網絡技術支撐工作。

唐剛:畢業于西安電子科技大學電子工程專業,現就職于中國電信廣東無線網絡優化中心,長期從事天線技術研究、無線網絡優化與技術支撐工作。