關于移動通信基站天線互調指標的研究

賈瑞君

通過到貨階段互調指標的測試，可以判斷出天線產品的原材料和生產工藝是否達標；通過現網測試，可以判斷出天線內部的結構是否穩固、是否變形、是否出現腐蝕氧化等老化問題。但要徹底解決移動通信的網絡質量問題，必須從源頭開始，對天線材料及工藝進行嚴格的限定，對器件、線纜及接頭的質量進行嚴格要求和檢測，這才是提高移動通信網絡質量的有效方法。

基站天線 互調指標 現網排查

1 引言

基站天線是移動通信系統的重要組成部分，其質量的好壞直接影響到無線網絡的整體性能，只有天線質量得到有效控制，網絡質量才有保證。現網中的部分天線，由于天線選材及設計方案均采用低成本的方案，天線性能會隨使用時間的延長而急劇惡化。雖然此部分天線在出廠時的指標滿足運營商的招標要求，但是隨著在網使用時間的增加，部分天線的互調指標嚴重惡化，這將對網絡質量產生影響。

2 天線互調對移動通信網絡質量的影響

互調指標是天線質量問題的體現，是網絡質量下降的間接反映，主要體現在其對基站上行接收系統的干擾上，如系統掉話率增加、基站覆蓋范圍縮小、通話質量降低等，一般通過系統的IOI（話音信道在空閑模式下收到的上行噪聲信號強度）來體現。改善在網天線的互調指標一方面可以杜絕天線質量對網絡性能的影響，另一方面也可以降低基站本身的互調干擾。

3 互調指標概述

在移動通信系統中，天線互調是指當2個或多個發射信號經過天線時，由于天線的非線性而產生的與原信號頻率及倍頻有和差關系的信號。即當頻率為f1和f2的2個信號輸入到天線后，由于天線的非線性效應，產生了f=mf1±nf2（m，n=0，1，2…）等互調分量，具體如圖1所示。各分量分別稱為（m+n）階互調分量，其中2f1-f2和2f2-f1稱為三階互調分量。如果這些信號電平足夠大并落在接收頻帶內時就會對系統產生干擾，導致系統性能的下降。其中天線的互調分量中，三階互調的強度最大，是造成干擾的主要原因，具體如圖2所示。

圖1 互調分量的頻率關系

圖2 各階互調分量強度示意圖

因此，天線互調是否會影響系統性能取決于互調信號的大小及是否落在接收頻帶內。根據我國移動通信系統的頻率劃分，除了電信CDMA800的三階互調會落入移動EGSM900的接收頻段外，其它系統的三階互調均不落入本系統及其它系統的接收頻段，如表1所示。由此可見，國內移動通信在劃分各系統頻率時，已經充分考慮了互調因素，使產生的多載波三階互調都不能落入自身的接收頻段，避免了三階互調對本系統的影響。這也是在以往的天線選型中，天線互調指標沒有被引起足夠重視的原因。

4 天線結構及工藝對互調的影響分析

移動通信基站天線的特點是電氣指標與機械結構互為一體，機械結構的改變會帶來電氣性能的變化。同一款基站天線有多種設計方案可以實現，設計方案涉及天線的輻射單元設計、反射板（電磁邊界條件）設計、功率分配網絡設計、封裝防護設計（天線罩）等，各個設計要素之間相互關聯、相互制約。一個性能穩定、性價比高的天線產品必須做到綜合考慮各個要素、優化設計方案、合理選擇材料及加工工藝，通過這些方面來保證天線經過長期使用后性能不會發生嚴重惡化。

通常一副基站天線使用的材料有20種以上，它們共同組成輻射單元、饋電網絡和天線罩三大關鍵部件。由于天線選材、工藝及加工不夠優良，天線在惡劣環境中經過長期的使用后，其內部關鍵部件可能會發生變形斷裂、表面氧化腐蝕、焊點老化、緊固件松動脫落等問題，這必然會使天線性能有所下降。天線內部各部件的材質工藝變化對電氣性能的影響是不同的，具體如表2所示：

表2 天線各部件對電氣性能的影響

天線組

成部件 部件圖 質量

控制點 主要受影響

指標

輻射

單元 材料、鍍層、尺寸 波束寬度、增益、交叉極化比、互調

饋電

網絡 插損、相位穩定度、

焊點 前后比、互調、隔離度、駐波比

天線罩 材料、尺寸 天線壽命

由表2可以看出，互調是比較敏感的指標之一，天線輻射單元和饋電網絡的改變都會對互調產生影響，為進一步驗證它們之間的影響關系，對大量現網退役的天線進行了性能檢測和開罩部件檢查，發現互調較差的天線其主要部件均出現了不同程度的老化，如輻射單元生銹、變形，饋電網絡焊點脫落等。具體如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

因此，通過天線的互調指標可以判斷出天線內部的結構是否穩固未變形，是否出現腐蝕氧化等老化問題，從而可以間接地判斷天線的輻射性能是否發生變化，實際的網絡應用能力是否下降，是否需要更換新天線等。

5 天線互調對移動通信網絡質量的影響

互調是天線質量問題的體現，是網絡質量下降的間接反映，主要體現在其對基站上行接收系統的干擾，如系統掉話率增加、基站覆蓋范圍縮小、通話質量降低等，一般通過系統的IOI（話音信道在空閑模式下收到的上行噪聲信號強度）來體現。但是需要特別注意，互調要對系統產生影響，必須具備下面2個條件：

（1）天線的互調落到系統的上行接受頻帶內，如果落不到，則不會產生干擾。

目前，從國內運營商各系統的頻段劃分來看，落入系統上行頻帶的概率較低，而且通常可以通過更改系統頻點，來保證互調不落到系統上行頻帶內。

（2）天線互調值必須達到一定的大小（門限值），才會對系統產生干擾。

互調值大小只有達到一定程度，才會產生干擾，如0～5級干擾，其電平值都有相關的規定。

大量的現網測試發現，天線三階互調值較差的區域，將有可能導致其上行干擾增強、掉話率上升、切換成功率下降、干擾等級上升、網絡質量普遍變差，如表3所示，這嚴重影響了KPI指標及客戶的品牌感知。endprint

表3 天線三階互調對網絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最優） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網絡的質量。因此排查現網中天線的互調指標，對現網中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網絡質量。

6 現網互調排查方法及要點

6.1 現網排查步驟

現網互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據話務統計KPI指標篩選出互調干擾小區，分析基站掃頻數據，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統互調測試的準確性。

天饋系統中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網排查難度較大，因此天饋系統的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示。考慮到現網中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據大量的現網天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統不同位置排查互調指標的現場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現網排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統）主瓣指向同高度天線（同扇區GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統天線方位角至空曠狀態下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優秀，同時保證其接觸狀態良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統的互調。根據短木板的原理，系統的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發現，天線的互調會造成系統的干擾等級上升，進而影響移動通信網絡質量。結合后臺分析及現場測試，可以快速地判斷在網天線的互調指標是否滿足系統要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網絡隱患。文中還描述了天饋系統互調指標現場測試的步驟及注意要點，希望對網絡優化人員及現場網絡干擾排查工作有所幫助。

參考文獻：

[1] Theodore S Rappaport. 無線通信原理與應用[M]. 周文安，付秀花，王志輝，等譯. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[2] 趙建勛，陸曼如，鄧軍. 射頻電路基礎[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2010.

[3] 朱輝. 實用射頻測試和測量[M]. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[4] 陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 2版. 北京： 科學出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射頻電路設計：理論與應用[M]. 王子宇，譯. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[6] 石明衛，莎柯雪，劉原華. 無線通信原理與應用[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[7] 雷振亞. 射頻/微波電路導論[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2005.

[8] 中國移動通信集團公司. GSM天線設備規范[Z]. 2011.

[9] 中國移動通信集團公司. 中國移動無源器件測試規范[Z]. 2012.endprint

表3 天線三階互調對網絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最優） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網絡的質量。因此排查現網中天線的互調指標，對現網中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網絡質量。

6 現網互調排查方法及要點

6.1 現網排查步驟

現網互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據話務統計KPI指標篩選出互調干擾小區，分析基站掃頻數據，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統互調測試的準確性。

天饋系統中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網排查難度較大，因此天饋系統的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示。考慮到現網中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據大量的現網天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統不同位置排查互調指標的現場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現網排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統）主瓣指向同高度天線（同扇區GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統天線方位角至空曠狀態下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優秀，同時保證其接觸狀態良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統的互調。根據短木板的原理，系統的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發現，天線的互調會造成系統的干擾等級上升，進而影響移動通信網絡質量。結合后臺分析及現場測試，可以快速地判斷在網天線的互調指標是否滿足系統要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網絡隱患。文中還描述了天饋系統互調指標現場測試的步驟及注意要點，希望對網絡優化人員及現場網絡干擾排查工作有所幫助。

參考文獻：

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[2] 趙建勛，陸曼如，鄧軍. 射頻電路基礎[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2010.

[3] 朱輝. 實用射頻測試和測量[M]. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[4] 陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 2版. 北京： 科學出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射頻電路設計：理論與應用[M]. 王子宇，譯. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[6] 石明衛，莎柯雪，劉原華. 無線通信原理與應用[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[7] 雷振亞. 射頻/微波電路導論[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2005.

[8] 中國移動通信集團公司. GSM天線設備規范[Z]. 2011.

[9] 中國移動通信集團公司. 中國移動無源器件測試規范[Z]. 2012.endprint

表3 天線三階互調對網絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最優） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網絡的質量。因此排查現網中天線的互調指標，對現網中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網絡質量。

6 現網互調排查方法及要點

6.1 現網排查步驟

現網互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據話務統計KPI指標篩選出互調干擾小區，分析基站掃頻數據，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統互調測試的準確性。

天饋系統中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網排查難度較大，因此天饋系統的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示。考慮到現網中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據大量的現網天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統不同位置排查互調指標的現場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現網排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統）主瓣指向同高度天線（同扇區GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統天線方位角至空曠狀態下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優秀，同時保證其接觸狀態良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統的互調。根據短木板的原理，系統的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發現，天線的互調會造成系統的干擾等級上升，進而影響移動通信網絡質量。結合后臺分析及現場測試，可以快速地判斷在網天線的互調指標是否滿足系統要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網絡隱患。文中還描述了天饋系統互調指標現場測試的步驟及注意要點，希望對網絡優化人員及現場網絡干擾排查工作有所幫助。

參考文獻：

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[4] 陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 2版. 北京： 科學出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射頻電路設計：理論與應用[M]. 王子宇，譯. 2版. 北京： 電子工業出版社， 2012.

[6] 石明衛，莎柯雪，劉原華. 無線通信原理與應用[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[7] 雷振亞. 射頻/微波電路導論[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2005.

[8] 中國移動通信集團公司. GSM天線設備規范[Z]. 2011.

[9] 中國移動通信集團公司. 中國移動無源器件測試規范[Z]. 2012.endprint