大張角射燈天線對高層居民小區4G 深度覆蓋提升研究

侯興華，趙承祖，梁 娟

（1.中國移動通信集團設計院有限公司安徽分公司，合肥 230041；2.中國移動通信集團安徽有限公司，合肥 230088）

0 引言

當前，城區4G 網絡弱覆蓋多發生在居民小區，根據某省全年室分建設數量統計，約65%的分布系統建設是用于解決居民小區覆蓋。從解決方案上看，使用普通射燈天線對打已經成為解決居民小區4G 覆蓋的有效手段之一。隨著城市高層住宅小區不斷增多，大張角射燈天線也成為解決小區弱覆蓋的有效選擇。

1 天線參數對比

大張角天線通過高增益大張角理論上可以獲得較常規天線5 dB 的增益。本方案中使用的普通天線和大張角天線電性能如表1所示。大張角射燈天線相比普通天線在垂直波束寬度上大10°左右，增益上高2 dBi。

表1 普通射燈天線、大張角射燈天線電性能指標

2 試點方案及結論

2.1 測試場景及覆蓋現狀

某高層居民小區1共有5棟28層、14棟32層高層住宅樓，樓間距約60 m；某高層居民小區2共有18棟28-32層高層住宅樓，樓間距約40 m。通過將兩個住宅小區部分樓宇的射燈天線替換為大張角天線，天線掛高85-90 m，對天線等位替換前后的MR 弱覆蓋指標、樓道內/室內RSRP 以及在小區周圍道路的泄露情況開展對比測試。

2.2 高層住宅小區1

2.2.1 MR 弱覆蓋指標

比較替換前4天和調整優化完成后4天平均MR 弱覆蓋比例。該住宅小區2小區改善6-7個百分點，1小區無明顯改善，僅提升1-2個百分點。

2.2.2 樓道內RSRP 指標

選取1棟、4棟中的底層、中層和高層進行測試。各層平均RSRP 普遍有改善，總體上電平提升了2-5 dB。

2.2.3 室內RSRP 指標情況

選取1 棟，4 棟進行室內測試。天線更換前18 層室內與天線更換后19 層室內對比。室內平均RSRP 由-118.71 dBm 提升至-107.29 dBm，提升約11 dB。

天線更換前9層室內與天線更換后10層室內對比：室內平均RSRP 由-104.81 dBm 下降至-109.47 dBm。惡化的原因一是測試區域有所差異，在10層室內對書房進行了測試，信號質量較差；二是本次測試在替換完成后即開展，大張角天線下傾角設置在20°左右，而最終驗證結果顯示35°時信號更好。

2.3 高層居民小區2

2.3.1 MR 弱覆蓋指標

比較替換前3天和調整優化完成后3天平均MR 弱覆蓋比例，指標提升了約4個百分點。

2.3.2 樓道內RSRP 指標

17號樓平層測試結果如表2所示：平均RSRP 提升2.5 dB 左右。

表2 樓道內RSRP指標情況

2.3.3 室內RSRP 指標

通過對102 室替換進行測試：-110 dBm 以下采樣點占比由9.68%下降至0，室內信號改善明顯。

2.4 測試結論

高層居民小區替換大張角射燈天線測試結果如表3 所示。MR 弱覆蓋指標可提升5 個百分點左右，平均RSRP 提升2 至5 dB；使用大張角天線一定條件下可以改善室分泄露，但對建筑架構無法有效遮擋室分信號的小區難以改善。

表3 測試結果統計表

3 高層住宅小區大張角射燈天線建設方案

3.1 下傾角與覆蓋高度

根據樓高、樓間距、垂直半功率角和天線傾角，可以計算出主覆蓋區域高度，覆蓋高度Hb=Ha+Db*tan（α-β），Db≥Da；Da=Ha/tan（α+β）。如圖1所示：

圖1 主覆蓋區域高度測算

假定天線安裝樓宇和目標樓宇高度一致，使用1副大張角射燈天線（垂直波瓣寬度65°），天線主瓣上瓣邊緣對準目標樓宇頂層。經簡單計算可知：若樓宇為20層，樓高60 m，樓間距15 m 條件下，一副大張角天線僅能保證半層樓宇得到覆蓋，此時需要兩幅大張角天線才能完成目標樓宇的全覆蓋；樓間距到達28 m時一副大張角天線可以完成對面樓宇的全覆蓋；同理，30層樓宇（樓高90 m）若使用一副大張角天線進行覆蓋，樓間距需要到達42 m；40層樓宇（樓高120 m）使用1副大張角天線進行覆蓋，樓間距需要到達56 m。

3.2 下傾角設計要求

為探究大張角射燈天線不同下傾角狀態下樓層的覆蓋效果情況，找尋最佳的下傾角度數，開展下傾角比對測試。下傾角對比測試主要考慮主瓣下線對底層打、天線主瓣中間對目標樓宇中間打、主瓣中間對底層打三種方案。根據三種方案結合測試樓宇（樓高90 m，樓間距60 m），分別計算出三種方案下的理論下傾角：主瓣下線對底層打，α=ATAN（90÷60）*180÷π-65（垂直波瓣寬度）÷2=23.81°；主瓣中間對目標樓宇中間打，理論傾角為：α=ATAN（90÷2÷60）*180÷π=36.87°；主瓣中間對底層打，計算理論傾角為：α=ATAN（90÷60）*180÷π=56.31°；實際測試了下傾角分別設置為13°、28°、35°和45°四種場景。各場景測試結果見表4。

表4 大張角射燈天線不同傾角測試結果

射燈下傾角在35°時即瓣中間對目標樓宇中間打，理論傾角為：α=ATAN（90÷2÷60）*180÷π=36.87°，目標樓宇整體低層區域（10層以下包含10層）平均RSRP 電平值最好：在4F-10層之間樓宇平層信號明顯高于其他傾角角度，平均RSRP比相對較好的45°高出2.36 dB。同時室內平均RSRP 也好于28°和45°。此外，根據相關測試，天線下傾角過大時底層信號不好的原因主要是由于入室傾角加大，而入射角越大，信號下降越明顯。

4 結束語

根據試點結果，高層居民小區可以使用大張角改善覆蓋，相比普通射燈天線，采用大張角天線帶來的指標改善在5個百分點左右，RSRP 亦有一定提升。對于室分小區MR 弱覆蓋指標長期高于20%的物業點不建議采用大張角天線進行替換改造（MR 高于20%的站點弱覆蓋通常不是因采用射燈覆蓋導致）。在設計時需要綜合考慮樓層高度、樓間距以及小區樓宇分布特點，選擇合適的天線安裝點位和下傾角設置。