王祖鵬　唐　剛

【摘要】電調(diào)天線系統(tǒng)可滿足CDMA網(wǎng)絡(luò)3G業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。文章首先介紹了電調(diào)天線的原理與應(yīng)用場(chǎng)景,及其相比于常規(guī)天線的優(yōu)點(diǎn);接著給出了電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和兩種組網(wǎng)方式,詳述了其應(yīng)用價(jià)值;最后分析了電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景。

【關(guān)鍵詞】電調(diào)天線 電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng) CDMA 呼吸效應(yīng) 3G

1 概述

作為空間電磁信號(hào)與移動(dòng)基站收發(fā)信機(jī)間的接口,基站天線是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分,直接關(guān)系到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運(yùn)營(yíng)指標(biāo)?；咎炀€的選擇和設(shè)置成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與優(yōu)化的重要手段。

鑒于CDMA網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn),為了給用戶提供清晰流暢的話音和高速可靠的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),運(yùn)營(yíng)商要能提供實(shí)時(shí)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整、以減少多元化業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)流量造成的呼吸效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),同時(shí)要能減少干擾的產(chǎn)生。而在業(yè)務(wù)密集區(qū)域逐步使用具有手動(dòng)調(diào)節(jié)或遠(yuǎn)程控制功能的電調(diào)天線系統(tǒng),可滿足CDMA網(wǎng)絡(luò)3G業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中電調(diào)天線的比例大約為60%,而隨著市場(chǎng)需求的增加及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的深入,移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商對(duì)具有數(shù)字遠(yuǎn)程控制功能的天饋產(chǎn)品將有更高的要求。

2 電調(diào)天線

所謂電調(diào)天線,即指通過(guò)電子手段調(diào)整下傾角度的移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線。電子下傾的原理是通過(guò)改變共線陣天線振子的相位,改變垂直分量和水平分量的幅值大小,從而改變合成分量場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度,使天線的垂直方向圖呈一定角度的下傾。

目前電調(diào)天線大致可分為手動(dòng)電調(diào)和遙控電調(diào)兩種類型;而根據(jù)電機(jī)所處位置,又可分為電機(jī)內(nèi)置與電機(jī)外置兩種方式。遙控電調(diào)可分為塔下調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程網(wǎng)管調(diào)節(jié)兩種場(chǎng)景。

2.1 實(shí)現(xiàn)原理

饋電網(wǎng)絡(luò)將天線振子陣列i(i=1,2,…,M)的所有輻射單元通過(guò)移相器順次激勵(lì)出相差Φ,可改變各個(gè)天線輻射單元饋電相位,各個(gè)天線輻射單元合成即實(shí)現(xiàn)電調(diào)天線的連續(xù)電下傾。其原理如圖1所示:

圖1 電調(diào)天線的實(shí)現(xiàn)原理

對(duì)于間隔排列為d的M個(gè)單元振子的子陣列i(i=1,2,…,M),當(dāng)相鄰單元的相位呈等相均勻分布時(shí),天線最大波束形成于法向正前方;當(dāng)相鄰單元的相位依次相差Φ時(shí),最大波束形成于θ0空間方向。

相差定義為

Φ=2πdsinθ0/λ

其中:λ為工作波長(zhǎng),d為同一陣列中相鄰單元的水平方向間距,θ0為下傾角。

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

手動(dòng)電調(diào)天線主要用于補(bǔ)網(wǎng)、擴(kuò)容等小范圍,比之機(jī)械調(diào)整天線下傾角省時(shí)省力且準(zhǔn)確安全,可以不斷電操作。

內(nèi)置電調(diào)天線可以在塔下、機(jī)房遙控操作,比之手動(dòng)電調(diào)更省時(shí)省力、準(zhǔn)確安全。外置電調(diào)比之內(nèi)置電調(diào)則更機(jī)動(dòng),電機(jī)發(fā)生故障時(shí)可方便更換,使用起來(lái)更為靈活、可靠。

通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)管調(diào)節(jié)方式可以在網(wǎng)管中心遠(yuǎn)程控制幾千基站的電調(diào)天線,使網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效率、質(zhì)量、費(fèi)用控制達(dá)到極致。如將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)與電下傾角控制相結(jié)合,可為干擾、負(fù)載、小區(qū)范圍的控制提供有效的優(yōu)化手段。

2.3 應(yīng)用價(jià)值

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化調(diào)整時(shí),相比非電調(diào)常規(guī)天線,電調(diào)天線具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)全天候調(diào)節(jié),省時(shí)省力

通過(guò)天線遠(yuǎn)程網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié),克服了常規(guī)天線需人工上塔調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn),不但安全可靠,且可全天候?qū)崿F(xiàn)對(duì)天線下傾角的調(diào)節(jié)。

使用電調(diào)天線,可以一次性地解決網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維以及優(yōu)化調(diào)整的難題,最大程度地降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本,而且可以在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)調(diào)整效果進(jìn)行驗(yàn)證和進(jìn)一步調(diào)整,還可有效、方便、快捷地解決話務(wù)高峰期隨時(shí)間轉(zhuǎn)移的問(wèn)題(工作區(qū)域和生活區(qū)域的切換、交通樞紐區(qū)域用戶隨時(shí)間的變化)。

(2)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié),開源節(jié)流

常規(guī)的天線在調(diào)整天線下傾角時(shí),需要人工爬塔操作,不管是從人員安全還是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全的角度考慮,均應(yīng)先閉站;但閉站勢(shì)必引起運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)收入損失,且天線調(diào)整也需要一定的費(fèi)用。

采用電調(diào)天線遠(yuǎn)程調(diào)整天線下傾角則無(wú)須閉站,能夠盡可能減少話務(wù)損失,且節(jié)省了天饋人工調(diào)整費(fèi)用。

(3)避免畸變,降低干擾

常規(guī)天線在大角度機(jī)械下傾時(shí)方位覆蓋圖畸變,容易引起覆蓋的鄰區(qū)干擾,導(dǎo)致覆蓋性能變差。

電子下傾和機(jī)械下傾帶來(lái)的天線方向圖變化的差異隨著下傾角度的增加而逐步增加。實(shí)踐證明,電調(diào)天線下傾角度在1°～5°變化時(shí),其天線方向圖與天線機(jī)械下傾方式大致相同;當(dāng)下傾角度在5°～10°變化時(shí),其天線方向圖較天線機(jī)械下傾方式稍有改善;當(dāng)下傾角度在10°～15°變化時(shí),其天線方向圖較天線機(jī)械下傾方式改善較大;當(dāng)電調(diào)天線下傾15°后,其天線方向圖較天線機(jī)械下傾方式明顯不同。這時(shí)天線方向圖形狀改變不大,主瓣方向覆蓋距離明顯縮短,整個(gè)天線方向圖都在本基站扇區(qū)內(nèi)。增加下傾角度,可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小,但不產(chǎn)生干擾,這樣的方向圖是我們需要的,意即采用電調(diào)天線能夠降低呼損,減小干擾。如圖2所示:

圖2 電子下傾與機(jī)械下傾的天線方向圖變化

3 電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前行業(yè)內(nèi)電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)包括:電調(diào)天線中心控制單元CCU和電調(diào)天線網(wǎng)管軟件?？刂菩畔⑼ㄟ^(guò)網(wǎng)管軟件傳達(dá)給CCU,再由CCU通過(guò)多芯電纜傳達(dá)給室外控制單元RCU,由RCU完成對(duì)電調(diào)天線角度的調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)區(qū)域所有電調(diào)天線下傾角的控制。如圖3所示:

圖3 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 組網(wǎng)方式

電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)通常采用集中組網(wǎng)和分級(jí)組網(wǎng)兩種方式。

圖4 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)集中組網(wǎng)方式

(1)集中組網(wǎng)方式

集中組網(wǎng)方式能滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)所有在網(wǎng)網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控的要求,系統(tǒng)具備多種接入方式接入各種網(wǎng)元設(shè)備,如E1線路、短信網(wǎng)關(guān)、無(wú)線Modem等。系統(tǒng)除了提供C/S結(jié)構(gòu)的客戶端以供辦公網(wǎng)內(nèi)部使用以外,還可提供web/wap方式供遠(yuǎn)程用戶使用。如圖4所示。

(2)分級(jí)組網(wǎng)方式

分級(jí)組網(wǎng)方式除了具備集中組網(wǎng)方式的功能以外,還能把部署在不同地方的多個(gè)網(wǎng)管中心聯(lián)系起來(lái)。網(wǎng)管中心既能分別監(jiān)控各自的網(wǎng)元,又能訪問(wèn)另一個(gè)網(wǎng)管中心所監(jiān)控的網(wǎng)元設(shè)備。該方式適合于組建省級(jí)網(wǎng)管,如圖5所示:

圖5 電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)分級(jí)組網(wǎng)方式

3.3 應(yīng)用價(jià)值

(1)省時(shí)省力省成本

使用電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng),可簡(jiǎn)單方便地對(duì)電調(diào)天線下傾角進(jìn)行調(diào)節(jié),無(wú)需人工到現(xiàn)場(chǎng)或爬塔操作,節(jié)省天線下傾角調(diào)整的時(shí)間及人力成本。

假設(shè)運(yùn)營(yíng)商在某一級(jí)城市建設(shè)了2000個(gè)3G基站,其中四分之一處于話務(wù)量會(huì)突變的市區(qū)環(huán)境,需要每天進(jìn)行天線下傾角的調(diào)整。一個(gè)工程人員一天可調(diào)整4個(gè)基站的天線輻射角度,則每天需120多個(gè)工程人員同時(shí)工作。而使用電調(diào)天線網(wǎng)管系統(tǒng)后,每天僅需1～2名工程人員在機(jī)房設(shè)置數(shù)據(jù),對(duì)約500個(gè)基站進(jìn)行不閉站的動(dòng)態(tài)調(diào)整。按照目前每副天線網(wǎng)優(yōu)調(diào)整費(fèi)用150元/次,每次天饋調(diào)整需對(duì)同一天線調(diào)整3次左右,合計(jì)每副天線450元;1個(gè)站點(diǎn)的3個(gè)扇區(qū)的雙極化天線就為1350元,已相當(dāng)于一副電調(diào)天線的價(jià)格。可見通過(guò)使用電調(diào)天線網(wǎng)管系統(tǒng)能有效降低天饋線調(diào)整的成本。

(2)有效緩解呼吸效應(yīng)

電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)能夠?qū)μ炀€電下傾角實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整,優(yōu)化各扇區(qū)的覆蓋區(qū)域,有效地緩解CDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的呼吸效應(yīng);還可有效減少覆蓋交疊區(qū)的軟切換概率,節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。

圖6電調(diào)天線綜合網(wǎng)管系統(tǒng)能有效緩解呼吸效應(yīng)

(3)全天候服務(wù)

當(dāng)需要對(duì)天線進(jìn)行下傾角調(diào)整時(shí),恰遇雷雨天氣或道路不通等情況,將無(wú)法按時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線傾角的調(diào)節(jié)。而使用電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)可簡(jiǎn)單有效地解決此類問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)全天候服務(wù)。

(4)隨需調(diào)節(jié)

在城鎮(zhèn)繁華區(qū)域,某些場(chǎng)景特別是密集市區(qū)的話務(wù)量變化復(fù)雜,比如白天和夜晚的話務(wù)量分布不均,或平時(shí)和節(jié)假日的話務(wù)量分布模型迥異。通過(guò)電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng),可根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)話務(wù)量的變化方便地隨需調(diào)節(jié)。

4 電調(diào)天線及其網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)用分析

電調(diào)天線由于其在提高系統(tǒng)容量和抗干擾方面的不可替代的作用,以及在網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整方面的便捷和人力成本上的節(jié)省,使得國(guó)外在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上大量采用電調(diào)天線。據(jù)悉,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家新建網(wǎng)絡(luò)基本上以電調(diào)天線為主,且基本配置電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域電調(diào)天線下傾角的遠(yuǎn)程調(diào)控。目前通信業(yè)發(fā)展迅猛的印度,電調(diào)天線的使用量接近50%。另外,沃達(dá)豐、AT&T等國(guó)際著名運(yùn)營(yíng)商,其新建網(wǎng)絡(luò)也基本采用電調(diào)天線并配有集中網(wǎng)管系統(tǒng)。

在國(guó)內(nèi),移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)較發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展慢,早期網(wǎng)絡(luò)以解決覆蓋為主,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的調(diào)整相對(duì)較少。因此,早期主要采用非電調(diào)天線,只有極個(gè)別發(fā)達(dá)城市使用少量的電調(diào)天線。但隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化工作的深入,電調(diào)天線方便快捷的電下傾角調(diào)節(jié)功能,越來(lái)越受到運(yùn)營(yíng)商的青睞,使用量也逐年上升。近年來(lái)國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的電調(diào)天線使用比例大致如圖7所示(不完全統(tǒng)計(jì)):

圖7 過(guò)去4年國(guó)內(nèi)電調(diào)天線使用比率

隨著國(guó)內(nèi)3G業(yè)務(wù)的推出,無(wú)線綜合業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋需求越來(lái)越趨于動(dòng)態(tài)化,這進(jìn)一步促進(jìn)了電調(diào)天線的應(yīng)用。目前,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商電調(diào)天線使用比例逐步增長(zhǎng);相信隨著3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入,電調(diào)天線的使用量將逐漸增大。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)于電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)只有個(gè)別區(qū)域做了試點(diǎn),還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的規(guī)模應(yīng)用;但隨著電調(diào)天線使用量的增大,為適應(yīng)網(wǎng)優(yōu)工作對(duì)大量核心密集區(qū)域電調(diào)天線的動(dòng)態(tài)調(diào)整需求,遠(yuǎn)程電調(diào)網(wǎng)管系統(tǒng)必將逐步得到應(yīng)用。

5 小結(jié)

綜上所述,遠(yuǎn)程電調(diào)天線及其控制系統(tǒng)對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、提升運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)品牌形象與用戶感知、減少建設(shè)維護(hù)成本都具有巨大的作用,必將成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重要的網(wǎng)優(yōu)手段與天饋發(fā)展的重要方向,其規(guī)模應(yīng)用時(shí)代也即將到來(lái)。 ★

【作者簡(jiǎn)介】

王祖鵬:畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息工程系,現(xiàn)就職于中國(guó)電信集團(tuán)公司移動(dòng)建設(shè)部,長(zhǎng)期從事移動(dòng)核心網(wǎng)設(shè)計(jì)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐工作。

唐剛:畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電子工程專業(yè),現(xiàn)就職于中國(guó)電信廣東無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心,長(zhǎng)期從事天線技術(shù)研究、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與技術(shù)支撐工作。