天饋系統優化分析

【摘要】移動通信網絡天饋系統是整個系統中最重要的部分，但是卻沒有得到足夠的重視。文章對網優工作中天饋系統容易存在的一系列問題進行分析，給移動運營商和網優工作者以啟示。

【關鍵詞】天饋系統下傾角駐波比扇區接反

1概述

移動通信網絡天饋系統是整個系統中最重要的部分，它直接影響用戶的接入、語音質量。在運行過程中天饋系統的性能惡化主要有三個方面的原因：一個是網絡新建和擴容時，由于設計缺陷或施工的不規范，造成質量隱患；同時由于每期工程在規劃設計時往往只考慮本期新增基站的覆蓋和干擾分布情況，以致每次擴容后會留下許多天饋系統參數不合理的基站，需要優化部門加以完善。二是由于城市建設速度的加快，使得無線環境出現很大變化，如新建的高樓大廈、新用戶聚集區等對電磁波的影響直接體現在無線信號覆蓋的差異上。三是天饋系統長期工作在風吹、日曬、雨淋的外部環境中，極易發生銹蝕、移位、進水等問題，影響天饋性能，成為網絡質量的重大隱患。

2天饋系統的組成

基站天饋系統如圖1所示組成。

3天饋系統中比較有代表性的問題

天線的選型不合理

天線參數（方位角、下傾角、掛高）配置不合理

天饋系統駐波比高

天線選型不適合當前網絡需求

單極化天線覆蓋范圍差異問題

天線扇區接反

天線信號輻射方向受到阻擋

3.1天線選型不適合當前網絡需求

天線的選型要綜合考慮基站周圍的地理環境、話務模型。以下為通常的選擇原則。

對于在城區的基站，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角65°，垂直半功率角7°～10°的型號。

對于農村和郊區的定向基站，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角90°，垂直半功率角5°～7°的型號；全向基站，天線一般選擇增益在9～12dBi，垂直半功率角5°～7°的型號。

對于在沙漠、戈壁灘、大的湖泊、海的定向基站，如果要覆蓋的區域較開闊，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角90°或105°，垂直半功率角5°～7°的型號。如果要覆蓋的區域窄，但是距離較遠，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角65°，垂直半功率角5°～7°的型號；全向基站，天線一般選擇增益在9～12dBi，垂直半功率角5°～7°的型號。

對于覆蓋公路、鐵路等比較狹長區域的基站，如果路線比較直，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角20°～30°，垂直半功率角5°～7°的型號；如果路線彎曲比較大，天線一般選擇增益在15～18dBi，水平半功率角60°或90°，垂直半功率角5°～7°的型號。

對于覆蓋落差較大，地形復雜的區域的基站，如果天線掛高高于覆蓋區，天線一般選擇垂直半功率角10°～18°的型號。如果天線掛高低于覆蓋區，天線一般選擇大垂直半功率角18°～30°的型號。

圖1天饋系統構成圖

案例一

在實際工程使用中，往往有各種原因造成天線選型錯誤，造成種種通常網優手段難以解決的無線網絡問題。以某A基站為例：話務統計中發現A基站話務量非常低，與附近基站切換也少。路測中發現A基站覆蓋范圍非常小，基本上是一個“孤島基站”。

（1）基站覆蓋環境

A基站地處市郊高速旁，與環城高速垂直距離不到1百米。與最近的B基站直線距離約2.5公里，附近覆蓋高速的基站距離A基站4公里以上。按設計要求A基站作為主用信號需要覆蓋直徑至少2公里左右的平原區域以及3公里左右的高速公路。

（2）勘查天饋參數

通過勘查基站發現天線掛高為35米，1小區和3小區天線內置電下傾角12°，增益15.5dBi，水平半功率角65°；2小區天線內置電下傾角為6°，增益為15dBi，水平半功率角為65°。

（3）分析

1小區和3小區天線內置電下傾角為12°，即使機械下傾角為0°，根據覆蓋公式計算的理論覆蓋距離也不足1公里，第2小區天線理論覆蓋距離不足4公里。此基站屬于廣覆蓋場景，不適合用低增益、高內置電下傾天線，應更換為中高增益、水平半功率角寬的天線來改善覆蓋。研究分析后天線更換為：無內置電下傾角天線，增益17dBi，水平半功率角90°的天線，機械下傾角設置為2°。

更換后小區話務發生了明顯增加，路測發現A基站的覆蓋范圍正常，與周圍基站切換也恢復正常。

3.2天線參數（方位角、下傾角、掛高）配置不合理

天線的方位角、下傾角、掛高應根據周圍的環境來設計。隨著網絡和周圍環境的變化，天線的方位角、下傾角、掛高也應隨之變化。否則會造成許多無線網絡問題，這一點應引起大家的重視。

案例二

在網絡建設初期，因為基站數量少，希望覆蓋范圍盡可能大，所以市內基站普遍為高層建筑加無電下傾角的高增益天線。但隨著用戶的發展，基站數量的增多，頻率復用次數的增加，致使信號的越區覆蓋和同頻干擾成為網絡中的嚴重問題。由于樓頂天線的掛高很難改變，所以只能不斷地靠加大機械傾角來減小無線信號的覆蓋范圍，而過大的機械傾角會導致天線方向圖的畸變1。同頻信號覆蓋重疊的干擾使得手機上行功率增大，抬高了上行干擾水平。以F基站為例，F基站位于Q縣城西南山上，為鐵塔站，天線掛高48米，原覆蓋范圍內已新建多個基站，為控制越區覆蓋，下傾角已逐步增大到14°/11°/11°，使得水平波瓣較寬的該機械天線波瓣嚴重變形，干擾水平較高。為此，我們更換該站天線為內置10°電下傾角的低增益（15dBi）窄水平半功率角天線（65°），施工調整后1小區干擾有比較明顯的降低。

3.3天饋系統駐波比高

（1）駐波比的含義

駐波比就是一個數值，用來表示天線和電波發射臺是否匹配。如果SWR的值等于1，則表示發射傳輸給天線的電波沒有任何反射，全部發射出去，這是最理想的情況。如果SWR值大于1，則表示有一部分電波被反射回來，最終變成熱量，使得饋線升溫。被反射的電波在發射臺輸出口也可產生相當高的電壓，有可能損壞發射臺2。

（2）駐波比高的原因

由于施工的不規范、風吹雨淋器件損壞或其它原因造成天饋系統阻抗不匹配，駐波比高。

（3）駐波比合格標準

在移動通信領域以1.5為標準，駐波比低于1.5認為是駐波比合格，駐波比高于1.5認為駐波比不合格。實際工作中，可以按情況制定要求更高的標準。

（4）駐波比對網絡的影響

移動網絡天饋系統駐波比高嚴重影響無線網絡的通信質量，造成基站的覆蓋范圍減小，用戶接入無線網絡困難，頻繁的掉話等問題。

以某E基站為例：話務統計中發現E基站2小區掉話率高，切換失敗率也高。路測發現該基站覆蓋范圍較小，頻繁掉話。

（1）基站覆蓋環境

E基站地處平原地區，周圍沒有太高大的建筑物阻擋。

（2）勘察天饋參數

通過勘查基站發現天線掛高為30米，2小區機械下傾角5°，增益15.5dBi，水平半功率角65°，無電下傾。

（3）分析

通過后臺參看該基站信息無告警。測試2小區的天饋系統駐波比，發現編號為2/1天饋駐波比為2.8，編號為2/2天饋駐波比為2.1。進一步檢查發現是避雷器損壞，更換后駐波比分別是1.31和1.35。

路測發現2小區覆蓋恢復正常，通話正常，與周圍基站切換也恢復正常。話務統計指標恢復正常。

3.4單極化天線覆蓋范圍差異問題

單極化天線通常是兩根單獨的天線分別安裝在兩根相距一定距離的抱桿上。在基站安裝或調整過程中，當兩根天線的方位角或下傾角出現較大偏差時就會造成兩根天線的覆蓋范圍不一致的問題，嚴重的時候造成頻繁的掉話。如圖2所示，如果在1小區中的終端用戶占用ANT1上的控制信道接入網絡，但是終端用戶卻被系統指派到ANT2上的語音信道，由于ANT2的信號輻射方向沒有指向該用戶，所以造成掉話，如圖2所示。

3.5天線扇區接反

如圖3所示天線扇區接反的一種情形：1小區的1/2和2小區的2/1天線扇區接反。

扇區接反的會帶來的問題有：

鄰區關系錯亂，切換異常，容易造成掉話。

圖2單極化天線覆蓋范圍差異圖

圖3天線扇區接反圖

頻點錯亂，干擾增大。

資源配置錯誤，話務不平衡。

扇區接反常是由于施工過程或維護工作中出現的失誤。通常基站架頂至天線的饋線及接頭連接較多，容易出現交叉連接的現象。一般在機頂1/2跳線處、防雷器連接處、出機房過線窗以及塔頂走線架與室外1/2細饋線連接處這些接頭最容易出現交叉，這些部位都要著重檢查。

3.6天線信號輻射方向受到阻擋

由于城市建設的飛速發展，現網天線被抱桿、廣告牌或其他建筑阻擋的情況也占比較高，這嚴重影響到了基站的正常覆蓋范圍，導致弱覆蓋或覆蓋空洞。造成用戶接入困難，切換失敗率增加等問題，影響用戶的感知。避免這些問題，一方面在建站初期應了解基站周邊的規劃、建設情況。避免建站后短時間內天線就被阻擋的情況發生。另一方面要因地制宜地科學設計、規范施工，以免出現天線被障礙物擋住的情形。

總結

天饋系統看似簡單，但是卻決定著整個基站能否正常運行。統計數據表明，無線網絡優化90%以上的問題都可以通過調整天饋系統來解決。但是在實際的網優工作中，天饋系統的健康情況卻甚少關注，其結果必定是事倍功半。本文對天饋系統的優化問題進行了簡單的分析，希望能給網優工作以啟示。