天线基本知识及应用

天线根本知识及应用移动通信系统是有线与无线的综合体，它是移动网络在其覆盖范围内，通过空中接口〔无线〕将移动台与基站联系起来，并进而与移动交换机相联系〔有线〕的复合体。而在移动通信系统中，空间无线信号的发射和接受都是依靠移动天线来实现的。因此，天线对于移动通信网络来说，举着举足轻重的作用，如果天线的选择〔类型、位置〕不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否适宜，对移动通信网络的干扰，覆盖率接通率及全网效劳质量都有很大影响。不同的地理环境，不同效劳要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。

为了帮助大家对天线的知识有一定的了解以及在移动通信系统中的应用，推出“天线根本知识及应用〞技术讲座。

本讲座由网友张守国撰写提供，在此表示衷心的感谢！第一讲天线的根底知识1.1天线的输入阻抗1.2天线的极化方式1.3天线的增益1.4天线的波瓣宽度1.5前后比(FRONT-BACKRATIO)第二讲天线的分类与选择2.1全向天线2.2定向天线2.3机械天线2.4电调天线2.5双极化天线第三讲移动通信系统天线安装标准第四讲移动通信系统天线参数调整4.1天线高度的调整4.2天线府仰角的调整4.3天线方位角的调整4.4天线位置的优化调整第五讲链路及空间无线传播损耗计算5.1链路预算5.2各类损耗确实定5.3无线传播特性5.4常用的两种电波传播模型5.5参考覆盖标准第六讲补充：天线根本知识6.1天线6.2电波传播的几个根本概念6.3传输线的几个根本概念第一讲天线的根底知识表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。1.1天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最正确情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比拟平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的效劳性能。回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。1.2天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地外表产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式那么不易产生极化电流，从而防止了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的开展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大局部采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。〔其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB。〕1.3天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。1.4天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度〔天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系〕。天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度〔俯仰角〕的调节，可以到达改善小区覆盖质量的目的，这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水平平面的半功率角〔H－PlaneHalfPowerbeamwidth〕:(45°,60°,90°等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线；垂直平面的半功率角〔V－PlaneHalfPowerbeamwidth〕:〔48°,33°,15°,8°〕定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。1.5前后比(Front-BackRatio)说明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一般在25－30dB之间，应优先选用前后比为30的天线。案例常见天线参数设置电性能(Band1)技术参数性能指标增益Gain16dBi频率范围FrequencyRange870---960MHz双极化PolarisationDualSlant±45°端口隔离度Isolationbetweenports330dB水平平面-3dB功率角

HorizontalPlane-3dBPowerBeamwidth65°垂直平面-3dB功率角

VerticalPlane-3dBPowerBeamwidth8°水平面-10dBPowerBeamwidth

HorizontalPlane-10dBPowerBeamwidth125°阻抗Impedance50Ohm回波损耗ReturnLoss870-960MHz316dB前后比FronttoBackRatio325dB端口最大输入功率MaxInputPowerperport150WElectricalDowntilt1to10°DowntiltSettingAccuracy±0.5°电性能(Band2)增益Gain16dBi频率范围FrequencyRange1710-1880MHz双极化PolarisationDualSlant±45°端口隔离度Isolationbetweenports330dB水平平面-3dB功率角

HorizontalPlane-3dBPowerBeamwidth65°垂直平面-3dB功率角

VerticalPlane-3dBPowerBeamwidth8°水平面-10dBPowerBeamwidth

HorizontalPlane-10dBPowerBeamwidth120°阻抗Impedance50Ohm回波损耗ReturnLoss870-960MHz314dB前后比FronttoBackRatio325dB端口最大输入功率MaxInputPowerperport125W电调下倾角度ElectricalDowntilt1to10°电调下倾角度精确度DowntiltSettingAccuracy±0.5°电性能(一般)连接器类型ConnectorsType7/16DIN,Noptional机械性能高度Height2258mm宽度Width400mm深度Depth139mm额定风速度RatedWindSpeed200km/hrThrustatWindSpeedof160km/hrkgf175重量(除安装机架)

Weight(excludingmountingbrackets)TBOutlineDrawingNoMK105

第二讲天线的分类与选择移动通信天线的技术开展很快，最初中国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在一些省市的移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。由于目前移动通信系统中使用的各种天线的使用频率，增益和前后比等指标差异不大，都符合网络指标要求，我们将重点从移动天线下倾角度改变对天线方向图及无线网络的影响方面，对上述几种天线进行分析比拟。2.1全向天线全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。2.2定向天线定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比方全向站就是采用了各个水平方向增益根本相同的全向型天线，而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65°、90°或120°的天线〔按照站型配置和当地地理环境而定〕，而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线那么是最为经济的。2.3机械天线

所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。

机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线反面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。

实践证明：机械天线的最正确下倾角度为1°－5°；当下倾角度在5°－10°变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15°后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。

另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整；机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最正确下倾角度有一定的偏差；机械天线调整倾角的步进度数为1°，三阶互调指标为-120dBc。

2.4电调天线

所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。

电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在效劳小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1°-5°变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5°-10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15°后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。

另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高〔为0.1°〕，因此可以对网络实现精细调整；电调天线的三阶互调指标为-150dBc，较机械天线相差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。

2.5双极化天线

双极化天线是一种新型天线技术，组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站〔三扇区〕要使用9根天线，每个扇形使用3根天线〔空间分集，一发两收〕，如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求〔≥30dB〕，因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的效劳质量。如果使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。对于天线的选择，我们应根据自己移动网的覆盖，话务量，干扰和网络效劳质量等实际情况，选择适合本地区移动网络需要的移动天线：---在基站密集的高话务地区，应该尽量采用双极化天线和电调天线；---在边、郊等话务量不高，基站不密集地区和只要求覆盖的地区，可以使用传统的机械天线。我国目前的移动通信网在高话务密度区的呼损较高，干扰较大，其中一个重要原因是机械天线下倾角度过大，天线下倾角度过大，天线方向图严重变形。要解决高话务区的容量缺乏，必须缩短站距，加大天线下倾角度，但是使用机械天线，下倾角度大于5°时，天线方向图就开始变形，超过10°时，天线方向图严重变形，因此采用机械天线，很难解决用户高密度区呼损高、干扰大的问题。因此建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线，替换下来的机械天线可以安装在农村，郊区等话务密度低的地区。第三讲移动通信系统天线安装标准由于移动通信的迅猛开展，目前全国许多地区存在多网并存的局面，即A、B、G三网并存，其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800。为充分利用资源，实现资源共享，我们一般采用天线共塔的形式。这就涉及到天线的正确安装问题，即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响。在工程中我们一般用隔离度指标来衡量，通常要求隔离度应至少大于30dB，为满足该要求，常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法，实践证明，在天线间距相同时，垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。总的来说，天线的安装应注意以下几个问题：〔1〕定向天线的塔侧安装：为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，在安装时应注意：定向天线的中心至铁塔的距离为λ/4或3λ/4时，可获得塔外的最大方向性。〔2〕全向天线的塔侧安装：为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，原那么上天线铁塔不能成为天线的反射器。因此在安装中，天线总应安装于棱角上，且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于λ。〔3〕多天线共塔：要尽量减少不同网收发信天线之间的耦合作用和相互影响，设法增大天线相互之间的隔离度，最好的方法是增大相互之间的距离。天线共塔时，应优先采用垂直安装。〔4〕对于传统的单极化天线〔垂直极化〕，由于天线之间〔RX-TX,TX-TX〕的隔离度〔≥30dB〕和空间分集技术的要求，要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离，一般垂直距离约为50cm，水平距离约为4.5m，这时必须增加基建投资，以扩大安装天线的平台，而对于双极化天线〔±45°极化〕，由于±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求〔≥30dB〕，因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm，移动基站可以不必兴建铁塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。小结---离开铁塔平台距离：>1M---天线间距：---同一小区分集接收天线：>3M---全向天线水平间距：>4M---定向天线水平间距：>2.5M---不同平台天线垂直间距：>1M---收发天线除说明书特别指明不可倒置安置。---处于避雷针保护范围内。---天线方位：对于定向天线，第一扇区北偏东60度，第二扇区正南方向，第三扇区北偏西60度。---天线倾角：保证天线实际倾角符合SE设计要求，误差小于2度。---天线垂直度：除有天线倾角的基站外，保证天线的垂直度不大于2度。第四讲移动通信系统天线参数调整4.1天线高度的调整天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响：一是天线所发直射波所能到达的最远距离；二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。900MHz移动通信是近地外表视线通信，天线所发直射波所能到达的最远距离〔S〕直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：S=2R(H+h)其中：R-地球半径，约为6370km；H-基站天线的中心点高度；h-或测试仪表的天线高度。由此可见，基站无线信号所能到达的最远距离〔即基站的覆盖范围〕是由天线高度决定的。

GSM网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。随着近几年移动通信的迅速开展，基站站点大量增多，在市区已经到达大约500m左右为一个站。在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否那么会严重影响我们的网络质量。其影响主要有以下几个方面：a.话务不均衡。基站天线过高，会造成该基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的话务量很大，而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥应有作用，导致话务不均衡。b.系统内干扰。基站天线过高，会造成越站无线干扰〔主要包括同频干扰及邻频干扰〕，引起掉话、串话和有较大杂音等现象，从而导致整个无线通信网络的质量下降。

c.孤岛效应。孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的根底上，在很远处出现"飞地"，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成"飞地"与相邻基站之间没有切换关系，"飞地"因此成为一个孤岛，当占用上"飞地"覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。4.2天线俯仰角的调整

天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择适宜的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的局部，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择适宜的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500M左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角〔或俯仰角偏小〕的话，那么基站的覆盖范围是会远远大于500M的，如此那么会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，那么会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化〔如从鸭梨形变为纺锤形〕，从而造成严重的系统内干扰。因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的根本保证。

一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：θ=arctg(h/R)＋A/2其中：θ--天线的俯仰角h--天线的高度R--小区的覆盖半径A-天线的垂直平面半功率角

上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的根底上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。

4.3天线方位角的调整

天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对方位角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。根据理想的蜂窝移动通信模型，一个小区的交界处，这样信号相对互补。与此相对应，在现行的GSM系统〔主要指ERICSSON设备〕中，定向站一般被分为三个小区，即：A小区：方位角度0度，天线指向正北；B小区：方位角度120度，天线指向东南；C小区：方位角度240度，天线指向西南。在GSM建设及规划中，我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整，这也是天线安装的重要标准之一，如果方位角设置与之存在偏差，那么易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符，导致基站的覆盖范围不合理，从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰。

但在实际的GSM网络中，一方面，由于地形的原因，如大楼、高山、水面等，往往引起信号的折射或反射，从而导致实际覆盖与理想模型存在较大的出入，造成一些区域信号较强，一些区域信号较弱，这时我们可根据网络的实际情况，对所地应天线的方位角进行适当的调整，以保证信号较弱区域的信号强度，到达网络优化的目的；另一方面，由于实际存在的人口密度不同，导致各天线所对应小区的话务不均衡，这时我们可通过调整天线的方位角，到达均衡话务量的目的。当然，在一般情况下我们并不赞成对天线的方位角进行调整，因为这样可能会造成一定程度的系统内干扰。但在某些特殊情况下，如当地紧急会议或大型公众活动等，导致某些小区话务量特别集中，这时我们可临时对天线的方位角进行调整，以到达均衡话务，优化网络的目的；另外，针对郊区某些信号盲区或弱区，我们亦可通过调整天线的方位角到达优化网络的目的，这时我们应辅以场强测试车对周围信号进行测试，以保证网络的运行质量。4.4天线位置的优化调整

由于后期工程、话务分布以及无线传播环境的变化，在优化中我们曾遇到一些基站很难通过天线方位角或倾角的调整到达改善局部区域覆盖，提高基站利用率。为此就需要进行基站搬迁，换句话说也就是基站重新选点过程。

下文摘录了我们平时做规划时的一些经验。(1)基站初始布局基站布局主要受场强覆盖、话务密度分布和建站条件三方面因素的制约，对于一般大中城市来说，场强覆盖的制约因素已经很小，主要受话务密度分布和建站条件两个因素的制约较大。基站布局的疏密要对应于话务密度分布情况。

但是，目前对大中城市市区还作不到按街区预测话务密度，因此，对市区可按照：

(a)繁华商业区；

(b)宾馆、写字楼、娱乐场所集中区；

(c)经济技术开发区、住宅区；

(d)工业区及文教区；等进行分类。

一般来说：

(a)(b)类地区应设最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站间距在0.6～1.6km；

(c)类地区也应设较大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型，基站站间距取1.6～3km；

(d)类地区一般可设小规模定向基站，如2/2/2站型，站间距为3～5km；假设基站位于城市边缘或近郊区，且站间距在5km以上，可设以全向基站。

上几类地区内都按用户均匀分布要求设站。郊县和主要公路、铁路覆盖一般可设全向或二小区基站，站间距离5km-20km左右。结合当地地形和城市开展规划进行基站布局：

a.基站布局要结合城市开展规划，可以适度超前；

b.有重要用户的地方应有基站覆盖；

c.市内话务量"热点"地段增设微蜂窝站或增加载频配置；

d.大型商场宾馆、地铁、地下商场、体育场馆如有必要用微蜂窝或室内分布解决；

e．在基站容量饱和前，可考虑采用GSM900/1800双频解决方案。(2)站址选择与勘察

在完成基站初始布局以后，网络规划工程师要与建设单位以及相关工程设计单位一起，根据站点布局图进行站址的选择与勘察。市区站址在初选中应作到房主根本同意用作基站。初选完成之后，由网络规划工程师、工程设计单位与建设单位进行现场查勘，确定站址条件是否满足建站要求，并确定站址方案，最后由建设单位与房主落实站址。选址要求如下：---交通方便、市电可靠、环境平安及占地面积小。---在建网初期设站较少时，选择的站址应保证重要用户和用户密度大的市区有良好的覆盖。---在不影响基站布局的前提下，应尽量选择现有电信枢纽楼、邮电局或微波站作为站址，并利用其机房、电源及铁塔等设施。---防止在大功率无线发射台附近设站，如雷达站、电视台等，如要设站应核实是否存在相互干扰，并采取措施防止相互干扰。---防止在高山上设站。高山站干扰范围大，影响频率复用。在农村高山设站往往对处于小盆地的乡镇覆盖不好。---防止在树林中设站。如要设站，应保持天线高于树顶。---市区基站中，对于蜂窝区(R=1～3km)基站宜选高于建筑物平均高度但低于最高建筑物的楼房作为站址，对于微蜂窝区基站那么选低于建筑物平均高度的楼房设站且四周建筑物屏蔽较好。---市区基站应防止天线前方近处有高大楼房而造成障碍或反射后干扰其前方的同频基站。---防止选择今后可能有新建筑物影响覆盖区或同频干扰的站址。---市区两个网络系统的基站尽量共址或靠近选址。---选择机房改造费低、租金少的楼房作为站址。如有可能应选择本部门的局、站机房、办公楼作为站址。第五讲链路及空间无线传播损耗计算5.1链路预算上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落。在蜂窝通信中，为了确定有效覆盖范围，必须确定最大路径衰落、或其他限制因数。在上行链路，从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度。对下行链路来说，从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率。通过优化上下行之间的平衡关系，能够使小区覆盖半径内，有较好的通信质量。一般是通过利用基站资源，改善网络中每个小区的链路平衡〔上行或下行〕，从而使系统工作在最正确状态。最终也可以促使切换和呼叫建立期间，移动通话性能更好。图5-01是一基站链路损耗计算，可作为参考。图5-01上下行链路平衡的计算。对于实现双向通信的GSM系统来说，上下行链路平衡是十分重要的，是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。

下行链路〔DownLink〕是指基站发，移动台接收的链路。

上行链路〔UpLink〕是指移动台发，基站接收的链路。

上下行链路平衡的算法如下：

下行链路〔用dB值表示〕：PinMS=PoutBTS-LduplBTS-LpBTS+GaBTS+Cori+GaMS+GdMS-LslantBTS-LPdown

式中：

PinMS为移动台接收到的功率；

PoutBTS为BTS的输出功率；

LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；

LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；

GaBTS为基站发射天线的增益；

Cori为基站天线的方向系数；

GaMS为移动台接收天线的增益；

GdMS为移动台接收天线的分集增益；

LslantBTS为双极化天线的极化损耗；

LPdown为下行路径损耗；

上行链路〔用dB值表示〕：PinBTS=PoutMS-LduplBTS-LpBTS+GaBTS+Cori+GaMS+GdBTS-LPup+[Gta]式中：

PinBTS为基站接收到的功率；

PoutMS为移动台的输出功率；

LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；

LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；

GaBTS为基站接收天线的增益；

Cori为基站天线的方向系数；

GaMS为移动台发射天线的增益；

GdBTS为基站接收天线的分集增益；

Gta为使用塔放的情况下，由此带来的增益；

LPup为上行路径损耗。

根据互易定理，即对于任一移动台位置，上行路损等于下行路损，即：LPdown=LPup设系统余量为DL，移动台的恶化量储藏为DNMS，基站的恶化量储藏为DNBTS，移动台的接收机灵敏度为MSsense，基站的接收机灵敏度为BTSsense，Lother为其它损耗，如建筑物贯穿损耗、车内损耗、人体损耗等。于是，对于覆盖区内任一点，应满足：PinMS-DL-DNMS-Lother>=MSsensePinBTS-DL-DNMS-Lother>=BTSsense上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率，使得覆盖区边界上的点〔离基站最远的点〕满足：PinMS-DL-DNMS-Lother=MSsense于是，得到了基站的最大发射功率的计算公式：PoutBTS<=MSsense-BTSsense+PoutMS+GdBTS-GdMS+LslantBTS-Gta+DNMS-DNBTS5.2各类损耗确实定◆建筑物的贯穿损耗

建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。

建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。贯穿损耗随楼层高度的变化，一般为-2dB/层，因此，一般都考虑一层〔底层〕的贯穿损耗。

下面是一组针对900MHz频段，综合国外测试结果的数据：

---中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为10dB，标准偏差7.3dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为5.8dB，标准偏差8.7dB。

---大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为18dB，标准偏差7.7dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为13.1dB，标准偏差9.5dB。

---大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物，贯穿损耗中值为27dB。

由于我国的城市环境与国外有很大的不同，一般比国外同类名称要高8---10dB。

对于1800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。因此，实际上，1800MHz的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。GSM标准3.30中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB，农村为10dB。一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5---10dB。

◆人体损耗

对于手持机，当位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4---7dB和1---2dB。

一般人体损耗设为3dB。

◆车内损耗

金属结构的汽车带来的车内损耗不能无视。尤其在经济兴旺的城市，人的一局部时间是在汽车中度过的。

一般车内损耗为8---10dB。

◆馈线损耗

在GSM900中经常使用的是7/8″的馈线，在1000MHz的情况下，每100米的损耗是4.3dB；在2000MHz的情况下，每100米的损耗那么为6.46dB，多了2.16个dB。5.3无线传播特性移动通信的传播如图5-02中的曲线所示，总体平均值随距离减弱，但信号电平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，假设移动台在没有任何障碍物的环境下移动，那么信号电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的，通常在6－8dB左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，每秒可达几十次。除与地形地物有关，还与移动台的速度和信号的波长有关，并且幅度很大，可几十个dB，信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量，所以要留快衰落的储藏。

图5-02无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最根本、最简单的一种。自由空间是满足下述条件的一种理想空间：1.均匀无损耗的无限大空间，2.各项同性，3.电导率为零。应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，传输损耗Ls的表达式为：Ls＝32.45+20lgf+20lgd自由空间根本传输损耗Ls仅与频率f和距离d有关。当f和d扩大一倍时，Ls均增加6dB，由此我们可知GSM1800基站传播损耗在自由空间就比GSM900基站大6个dB，如图5-03所示。图5-03陆地移动信道的主要特征是多径传播，实际多径传播环境是十分复杂的，在研究传播问题时往往将其简化，并且是从最简单的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直射波以及地面反射波的两径模型是最简单的传播模型。两径模型如图5-04所示，应用电磁场理论可以推出，传输损耗Lp的表达式为：Lp=20lg(d2/(h1*h2))图5-045.4常用的两种电波传播模型◆Okumura电波传播衰减计算模式

GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。不同地形上的根本传输损耗按以下公式分别预测。

L(市区〕＝69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)

L(郊区)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

L(乡村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

L(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

L(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

其中：f----工作频率，MHz

h1---基站天线高度，m

h2---移动台天线高度，m

d----到基站的距离，km

a(h2)---移动台天线高度增益因子，dB

a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市)

=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)

s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB;

s(a)=30-25lga(5%<a≤50%)

=20+0.19lga-15.6(lga)2(1%<a≤5%)

=20(a≤1%)◆Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模式

GSM1800MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost-2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。

分视距和非视距两种情况：

(1)视距情况

根本传输损耗采用下式计算

L＝42.6+26lgd+20lgf(2)非视距情况

根本传输损耗由三项组成:

L＝Lo+Lmsd+Lrts

Lo=32.4+20lgd+20lgf

a)Lo代表自由空间损耗

b)Lmsd是多重屏蔽的绕射损耗

c)Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗。

不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围，只是基于理论和测试结果统计的近似计算由于实际地理环境千差万别，很难用一种数学模型来精确地描述，特别是城区街道中各种密集的、下规那么的建筑物反射、绕射及阻挡，给数学模型预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点的初步设什，但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差异。由于移动环境的复杂性和多变性，要对接受信号中值进行准确计算是相当困难的。无线通信工程上的做法是，在大量场强测试的根底上，经过对数据的分析与统计处理，找出各种地形地物下的传播损耗〔或接受信号场强〕与距离、频率以及天线高度的关系，给出传播特性的各种图表和计算公式，建立传播预测模型，从而能用较简单的方法预测接受信号的中值。5.5参考覆盖标准大城市繁华市区室内覆盖电平：-70dBm

一般市区室内覆盖电平：-80dBm

市区室外覆盖电平：-90dBm

乡村：-94dBm

附件一：双极化90°定向天线附件二：全向天线GSM基站的优化建设

GSM数字移动通信开展非常迅速，从早期规划的大区制，到后来的小区制，直到现在的微蜂窝、微微蜂窝，相对应的天线从早期架设在屋面铁塔上，到后来天线降到屋面上，直到现在要把天线设置在屋面下的外墙侧面上。所有的这些变化都说明，对GSM基站站点的优化在不同阶段要有不同的思路，只有不断更新思想，才能建设和优化好GSM无线网络的通信质量。

在GSM建设初期，建设基站的主要目的是为了扩大无线覆盖面，尽可能力移动用户提供较为满意的连续覆盖，所以基站数量相对较少，无线网络也相对简单。

随着GSM移动用户数量的飞速增长，GSM基站只有不断地进行扩容与新建，才能满足用户的需求。随着无线网络的不断扩大，网络资源配置不合理现象日益突出，因此，在GSM基站进入快速开展阶段。应重视对基站的优化。

下面以福州市区GSM基站为例，从3个方面阐述影响移动通信质量的原因，并提出采取优化的方法。

一、预测模型的影响及其优化1.预测模型的影响

根据所使用的频率不同，通常有两种不同数学模型预测GSM基站无线覆盖范围。

〔1〕Okumura电波传播衰减计算模式

GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。

〔2〕Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模式

GSM1800MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost-2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。

不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围，只是基于理论和测试结果统计的近似计算。由于实际地理环境千差万别，很难用一种数学模型来精确地描述，特别是城区街道中各种密集的、下规那么的建筑物反射、绕射及阻挡，给数学模型预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点的初步设什，但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差异。2.采取的优化方法〔1〕福州市区GSM基站电波传播的环境福州市区内的地理环境是：

有山〔于山、乌山等〕、有湖〔西湖公园、左海公园等〕、有江〔闽江等〕，还有参差不齐的高校大厦。福州市区现有GSM900MHz基站198个，GSM1800MHz基站也有70个左右〔截至1999年底〕。这些基站遍布在全市各主要商业区、住宅小区、行政办公大楼、学校以及邮电局〔楼〕等场所，基站与基站之间最小间距己小于300m。因此，电波传播环境是错综复杂的。

〔2〕优化的方法

根据福州市区的地理环境和基站分布情况，要得到真实的电波场强覆盖情况，需借助于场强测试仪进行现场实测〔路恻〕。优化时主要分高话务量密集区和中低话务量区两种情况进行：①高话务量密集区的场强测试和优化

所谓高话务量密集区是指福州市的五四路、东街口、五一广场等区域。这些区域每平方公里的爱尔兰数一般在120以上〔即120Erl／km2〕；场强值设置应下低于-65dB，以保证在高话务量区内的所有GSM都处在强场强覆盖状况。

借助场强测试仪进行现场测试〔包括室内、室外覆盖〕，重点了解并记录各基站覆盖区、重叠区、弱场强值区〔小于-65dB。尤其是小于-75dB〕分布情况。然后对这个区域内的场强值调整及优化。a.弱场强值区的调整及优化

主要是室内区域的调整及优化，因为电波穿过各种墙体进入室内约有15dB一20dB的衰减值，因此需加强室内区域的场强值。

对建好且已投入使用的高楼大厦、宾馆〔一般是三级以上〕等如果在技术上可采取室内分布系统的，应优先考虑建设室内覆盖点：如果在技术上不能采取室内分布系统的〔有些物业管理部门不同意施工〕，那么应考虑建设微蜂窝站点；对于在建或拟建的建筑物〔尤其是高档大厦〕应积极与业主联系，争取在建设阶段就布好室内分布系统。

根据实际情况，对室内覆盖站可独立增加频点建站，也可利用原有室外站频点建站〔通过天线分路器共享室外、室内载频〕；可建成定向无线分布式的室内覆盖，也可建成全向式天线分布式的室内覆盖。

以上是改善繁华地段弱场强值区的有效方法，解决得好一方面可以解决高层建筑干扰问题，另一方面可提高接通率，吸收话务量。

目前在福州市区的省政府新大楼、省邮电管理局、省移动公司大厦、福州电信枢纽大楼、大利嘉城、双子星大楼等基站均采用室内覆盖，在邮电公寓等基站建设了微蜂窝站。b.场强重叠区的调整及优化

场强重叠区主要是相邻多基站无线电波重叠覆盖区域。由于多基站的多扇区对某一特定区域进行无线电波重叠覆盖，必然使进入该特定区域的移动出现频繁切换。掉活率上升。因此，必须减少这类区域的重叠覆盖区域的面积。

对场强重叠区的优化可考虑采用增大下倾角的方法或换成电调下倾角的天线，使覆盖重叠区减小，并减少干扰。

通过调低周围相关基站的天线挂高、发射功率或使用更低增益〔如8dB〕的无线等方法，也可改善场强重叠覆盖带卒的负面影响．减少掉话率。

目前在福州市的五四路、东街口、五一广场、三叉街等地段上的基站就应降低天线高度或使用更低增益天线或调低基站输出功率。②中低话务量区的场强测试和优化

所谓中低活务量区是指除了高话务量区外的其它区域，一般指福州市的二环路以外〔行政区域划分的三、四级及以下的区域〕。该区域场强值最低可放宽到-90dB～100dB。借助场强测试仪进行现场测试〔包括室内、室外覆盖〕，重点了解并记录各基站覆盖区、重叠区、弱场强值区〔小于-90dB，尤其是小于-100dB〕分布情况。然后对这个区域内的场强值调整及优化。

由于这类区域场强重叠区并不像密集区域场强重叠区那样影响移动用户〔掉话率〕，因此应把优化的重点放在改善弱场强值区，最简单、最直接的方法就是增设室外基站，加大场强值，改善覆盖。

总之，因预测不准确，对GSM基站进行调整优化，主要是通过增设室内站、微蜂窝站、室外站，调整基站无线参数以及发射功率等方法，改善无线电波的传播及覆盖，使区域内的无线覆盖更接近数学模式电波传播模型，为用户提供良好的通话质量。

二、环境变化及其优化1．环境变化

GSM开展非常迅速，基站遍布城市各个角落与街道，另一方面城市的规划与建设不断地更新和开展，一座座高楼大厦拔地而起。这样，早先建设的基站在某扇区或多个扇区就有可能被后来建设的高楼所阻挡，基站电波传播环境急剧恶化，因此必须对基站进行优化，使基站的资源配置始终处于最优状态，产生出最大经济效益。2．采取的优化方法〔1〕基站天线调整

最有效且简单的方法是对基站天线进行调整，即把被阻挡的扇区天线移到该楼其它位置，避开阻挡建筑物，这种方法适