TD—LTE规划中站高和下倾角的配置算法

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【摘 要】中国移动td-lte通信网络目前处于建设初期，此时的网络规划、结构及组网架构尤为重要，如何规划合理的站高、站距及网络发射功率是设计过程中遇到的重要议题。从网络初期规划的角度，结合TD-LTE的网络特性及现网的测试数据，分析了站高、天线下倾角和站距三者之间的关系，并给出了在TD-LTE规划阶段，合理的配置和评估原则的建议。

【关键词】TD-LTE 站距 站高 下倾角 规划

中图分类号：TN806 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-0026-04

1 概述

中国移动在2013年进行了大规模的基站建设工作，预计在2014年将再完成20万个基站。深圳、广州和杭州三个城市目前均已实现了LTE网络覆盖，另外中移动还启动了香港LTE网络与内地4G网络的漫游测试。随着TD-LTE网络的大规模部署，运营商首先要面对的就是新网络的规划和优化问题，如何使TD-LTE在四网协同中发挥优势，承载高速的数据业务，就成了当前运营商最关心的话题。

结合TD-SCDMA的网络建设经验，理想的站址布局就是基站呈等间距的蜂窝状分布。在实际网络的建设中，受各种因素影响，并不是每一个基站都能选到理想的位置，这就造成了基站布局稀疏不均，有的区域两个基站很近，有的很远。站距太近的区域，很容易导致两个小区覆盖交叠面积过大，甚至越区覆盖。站距太远的区域，往往没有主强信号，覆盖比较杂乱，甚至小区间重叠覆盖区域太小，导致弱覆盖。那么怎样才是合理的站高、站距和天线下倾角呢？

2 站高、下倾角分析

首先来研究一下小区覆盖，影响小区覆盖范围的因素主要有站高、下倾角及小区发射功率。发射功率一般在参数设置时是一恒定值，主要关注站高和下倾角。单站覆盖示意图如图1所示，其中，h是站高，θ是天线下倾角，d是覆盖距离。

2.1 站高研究

假定天线下倾角最大、满功率发射，在此条件下，分析站高和站距的关系，可得到基站高度与站间距关系，如图2所示：

图2 基站高度与站间距关系图

当然不同环境、不同站间距下，满足覆盖需求时可容忍的站点高度是不同的。但一般而言，满足室内要求且连续覆盖的网络站间距不会超过700m，即使穿透损耗最严重的市区环境，站高也不会超过50m的需求。

从另外一个角度，分析TD-LTE网络中不同站高条件下信号随距离衰减的情况。从现网城区的测试情况来看，过低的站点损耗很快，传播距离不远，30～50m的站点传播特性比较接近，而超过50m的站点损耗变小，会覆盖更远，具体如图3所示，因此将高站定义为超过50m的站点。

同时通过测试发现，当站点高度增加一半，带来信号增益3dB；当站点高度增加一倍，带来信号增益6dB。可用公式（1）表示：

（1）

2.2 天线下倾角研究

对于TD-LTE网络，由于使用的是智能天线，天线能量集中在主瓣方向，除考虑加大下倾带来的增益外，还有一个与站高、距离相关的最小下倾要求。通过图1可知，天线下倾角的计算公式是：

θ=arctg（h/d）+α/2 （2）

当智能天线的垂直波瓣下倾θ度时，水平面波瓣偏离角度为Φ的地方并不是也跟着下倾θ度，而会变化较慢。即随着下倾角度逼近开槽口，水平面的波瓣会出现凹陷，增益更小，这对于控制过覆盖比较有利。天线水平与垂直波瓣图如图4所示。

因此下倾调整的合理角度要根据具体的天线型号而定，就是要接近槽口的角度。以常见的半功率角度为15度的规划天线为例，合适的下倾为13～17度。

当波瓣较宽时，即使调整下倾角如7度（一般通用天线的垂直半功率角的1/2），信号仅比主瓣最强信号降低3dB。但如果更换窄波瓣天线，同样调整7度，已经衰减12dB了。同时这种天线往往是高增益天线，既能快速达到开槽效应，又能弥补主瓣方向上功率下降过快的影响，对于下倾调整来控制覆盖的效果就会比较明显。所以，目前大部分天线都使用窄波瓣天线。

以摩比天线为例，发现天线下倾和增益并不是线性关系，合适的下倾角应该是7～10度。摩比天线垂直面增益如图5所示。

摩比天线垂直面角度与增益统计如表1所示。

另外在工程实施时，一定要注意传统的机械下倾天线，一般超过5度即开始变形，超过10度变形严重，受天线支撑臂的限制，不少天线调整到最大也达不到这么大的角度，不同情况天线水平面波瓣图如图6所示。因此，规划时必须选择电调或者内置电调的天线。

3 规划中合理的站高、天线下倾角

根据TD-LTE信号的传播特性和实验网测试情况，LTE基站站高与天线最小下倾角配置建议如表2所示。

目前在评估规划站点的站高时，有两种统计方式：

（1）当站址的实际高度超过理想高度（根据小区站间距查询表2得到）1.5倍时，则它对周边基站的干扰难以控制，不建议在该站址建设LTE基站。

（2）当站址的实际高度未超过理想高度（根据小区站间距查询表2得到）1.5倍时，若现网TD/2G小区的下倾小于理想的最小下倾角3度以上，则该站址可以建设LTE基站，但建议新建独立天线。

4 总结

根据上述站高、天线下倾角和站距间的关系，在规划TD-LTE站点时，应该：

（1）优先控制站高

根据目标网的方式，确定城市连续覆盖时的合理站间距离是多少，根据站间距与站高的关系选择合适的选址高度。控制站高在20（一般为3层楼高）～50m（高站门限）之间，兼顾选址难度和优化门槛。

随着容量增加，小区逐步分裂，站间距必然越来越小，原来的站址就会显得过高，此时可以通过先调整下倾、不够再收缩功率的方式，来弥补站高带来的负面影响。

（2）合理设置天线下倾

不同型号天线可调整的范围不同，依具体的天线波瓣图特性而定，但需满足两个要求：

保证根据站高、覆盖半径、垂直半功率角度与最小倾角满足θ=arctg（h/d）+α/2；

保证在此基础上每下调1度时波瓣图特性是增益递减的。

以窄波瓣天线（垂直半功率角7度）为例，对于城区，经过计算已经需要调整到最大下倾。

参考文献：

[1] 中国移动通信集团. 中国移动2013年LTE室外宏站规划审核方法V1.0[Z]. 2013.

[2] 京信通信. LTE天线简介（移动V2.0版）[Z].

[3] 3GPP TS36.306. Technical Specification Group Radio Access Network Radio Resource Control Protocol specification（Release 10）[S].

[4] 王映民，孙韶辉，等. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[5] 中国通信企业协会. 2012—2013中国通信业发展分析报告[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.