移动通信基站建设工程 课件 项目四 基站通信设备安装

项目四

基站通信设备安装任务1天馈系统结构及安装

【知识链接1】基站天线的演进

【知识链接1】基站天线的演进

从2G到4G，移动基站天线经历了全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、双频电调双极化到多频双极化天线，以及MIMO天线、有源天线等过程。LTE-TDD8T8R8端口天线2G/3G时代，天线多为2端口。再加上铁塔上的RRU，铁塔上的场面就相当壮观…任务1天馈系统结构及安装

【知识链接2】天线的原理及结构【知识链接2】天线的原理及结构

1、天线的作用能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。【知识链接2】天线的原理及结构【知识链接2】天线的原理及结构

2.天线辐射的基本原理

导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。

【知识链接2】天线的原理及结构

2.天线辐射的基本原理

对称阵子图例对称振子由两个长臂组成，每个长臂为1/4波长，整个对称振子的长度为某一频段的半波长，它与其频段相关的电磁波发生共振，从而接收电磁波，同时由馈线传来的电磁波通过对称振子向空中发射。不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长，因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。【知识链接2】天线的原理及结构

2.天线辐射的基本原理

振子是天线里最小的辐射单元，一个天线内部是很多的振子组阵的方式。由于受到覆盖要求的限制，如覆盖距离、覆盖方向、频率等，不同的天线所含有的振子数量以及形式不同。图4-1-6中所展示的都是实际天线中的振子，第一个图中展示的是振子的一个传统形态，结构很简单，其实就是一个金属片，但实际上振子还有像图中展示的N种变身。【知识链接2】天线的原理及结构

2.天线辐射的基本原理

振子是天线里最小的辐射单元，一个天线内部是很多的振子组阵的方式。由于受到覆盖要求的限制，如覆盖距离、覆盖方向、频率等，不同的天线所含有的振子数量以及形式不同。图4-1-6中所展示的都是实际天线中的振子，第一个图中展示的是振子的一个传统形态，结构很简单，其实就是一个金属片，但实际上振子还有像图中展示的N种变身。【知识链接2】天线的原理及结构

3.天线的极化

无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。

极化方向无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨迹确定的。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称为水平极化波。【知识链接2】天线的原理及结构

3.天线的极化

电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电磁波的传播【知识链接2】天线的原理及结构

垂直极化水平极化+45度倾斜的极化

天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。-45度倾斜的极化【知识链接2】天线的原理及结构

双极化天线：两个天线为一个整体，传输两个独立的波。V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)

任务1天馈系统结构及安装

【知识链接3】天线的性能参数表征天线性能的主要参数包括机械性能参数和电性能参数。机械参数有尺寸、重量、天线罩材料、外观颜色、工作温度、存储温度、风载、迎风面积、接头形式、包装尺寸、天线抱杆和防雷等。电性能参数有方向性、工作频段、输入阻抗、驻波比、极化方式、增益、水平垂直波束宽度、下倾角、前后比等。【知识链接3】天线的性能参数顶视侧视

天线的方向性用来表示天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。

一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图。在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的。1、方向性/方向图【知识链接3】天线的性能参数一个对称台振子假设在接收机中有1mW功率在阵中有4个对称振子

在接收机中就有4mW功率一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射一个全向天线在所有方向具有相同的辐射对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”1、方向性/方向图【知识链接3】天线的性能参数在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里,“扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线”

将在接收机中有8mW功率“全向阵”

例如在接收机中为4mW功率(顶视)天线

利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向，反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。1、方向性/方向图【知识链接3】天线的性能参数方向性可用方向图来表示。方向图都采用垂直面和水平面作为主平面。【知识链接3】天线的性能参数全向天线波瓣示意图

定向天线波瓣示意图

【知识链接3】天线的性能参数

每一副天线都具有一定的工作频段（频率选择性）。通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。GSM-R基站天线的工作频段应符合GSM-R系统的工作频段要求，即900M频段。有几种不同的定义：一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比(≤1.5)下的频带宽度。

2.3天线性能的主要参数2、工作频段

3、特性阻抗

天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的特性阻抗，研究阻抗的目的，是为了测试馈线与天线是否匹配，即，当天线与馈线的特性阻抗相等时，我们称它们互相匹配，反之，我们称它们为不匹配，如图所示。当匹配时，从馈线输出的信号被很好地传递到天线，当不匹配时，来自于馈线的信号部分被反射回去，也就是常说的驻波比偏大。【知识链接3】天线的性能参数4、驻波比

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，影响基站的服务性能。

回波损耗（ReturnLoss）

回波损耗：它是反射系数(反射波电压和入射波电压之比)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好，回波损耗越小表示匹配越差。0表示全反射表示完全不匹配，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。【知识链接3】天线的性能参数

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。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。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。【知识链接3】天线的性能参数5、天线的增益

增益用来衡量天线在某一特定方向上的收发信号的能力，是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。5、天线的增益【知识链接3】天线的性能参数2.14dB

对称振子的增益为2.14dB

天线增益有两种定义：与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。GSM-R基站定向天线的增益一般为18dBi,全向天线的增益一般为11dBi。（1）天线相对于半波对称振子的增益，用“dBd”表示。（2）天线相对于点源天线（全向天线）的增益，用“dBi”表示。两者之间的关系：dBi=dBd+2.14,例如:3dBd=5.14dBi。【知识链接3】天线的性能参数水平面方向图65°峰值

-3dB点-3dB点3dB波束宽度9°

垂直面方向图6、波瓣宽度在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。

主瓣两个半功率点间的夹角定义为天线方向图的波束宽度，称为半功率（角）波束宽度。主瓣波束宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。峰值

-3dB点-3dB点【知识链接3】天线的性能参数

在天线辐射过程中，势必有部分信号从天线所覆盖的反向泄露出来。前后主瓣的功率之比被定义为前后比记为F/B。天线的前后比F/B典型值为（18～30）dB，特殊情况下则要求达（35～40）dB。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。

【知识链接3】天线的性能参数7、前后比任务1天馈系统结构及安装

【知识链接4】天线类型及选择全向天线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于郊县大区制的站型，覆盖范围大。

图：全向天线按辐射方向划分:全向天线和定向天线【知识链接4】天线类型及选择全向天线波瓣示意图

定向天线波瓣示意图

【知识链接4】天线类型及选择定向天线

定向天线，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。比如全向站就是采用了各个水平方向增益基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则是最为经济的。图：定向天线【知识链接4】天线类型及选择机械天线

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，需要调整天线背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,调整精细程度不高。实践证明：机械天线的最佳下倾角度为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。按天线下倾角的调节方式划分:机械天线和电调天线。【知识链接4】天线类型及选择机械天线的角度调节电调天线

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服务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，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。【知识链接4】天线类型及选择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6根天线，每个扇形使用2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，提高全网的服务质量。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。【知识链接4】天线类型及选择高增益栅状抛物面天线

从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为1.5m的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达G=20dB.它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。抛物面天线一般都能给出不低于30dB的前后比，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。

【知识链接4】天线类型及选择八木定向天线

八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用6～12单元的八木定向天线，其增益可达10～15dB。

【知识链接4】天线类型及选择任务1天馈系统结构及安装

【知识链接5】天线的调整

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：天线所发直射波所能达到的最远距离；到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。

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发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m左右为一个站。【知识链接5】天线的调整天线的高度一般用天线挂高来表示，指天线中心到站址所在地面的高度差。天线挂高过高的影响：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基础上，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，当手机占用上"飞地"覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。【知识链接5】天线的调整天线俯仰角的调整天线俯仰角偏小,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；天线的俯仰角偏大，则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基本保证。【知识链接5】天线的调整

天线俯仰角（下倾角）是指水平面和天线法线之间的夹角。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-天线的垂直半功率角。上式是将天线垂直主瓣方向上的上垂直增益降低3dB处（即垂直半功率角的一半）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基础上再加上1~2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。【知识链接5】天线的调整

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。在现行的GSM-R系统中，定向站一般被分为全向或二小区覆盖，站间距离5km-20km左右。即：全向小区：选用全向天线，360°覆盖；定向一小区：方位角度平行于铁路，选用定向天线；定向二小区：方位角度与一小区相差180°，选用定向天线。天线方位角的调整【知识链接5】天线的调整

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，达到网络优化的目的；

另一方面，由于