全貽波

摘 ? 要：隨著移動流量需求的飛速增長，各營運商的LTE（4G）網(wǎng)絡(luò)基本完成規(guī)模部署，國內(nèi)和海外一些國家也陸續(xù)發(fā)放了5G牌照和頻譜，當(dāng)前2G/3G/4G制式網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)在未來一段時間內(nèi)必然共存。為了解決現(xiàn)網(wǎng)的容量問題，3G/4G網(wǎng)絡(luò)還在引入新頻譜和持續(xù)的擴容，使原本復(fù)雜的天饋系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，同時，為了空出安裝空間規(guī)劃給5G天線使用，這必然要求對現(xiàn)有天饋系統(tǒng)的進行融合改造。文章主要從天線選型和天饋方案設(shè)計這兩點來展開，探討在5G即將陸續(xù)部署的大勢下，制定2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)下的天饋融合方案。

關(guān)鍵詞：天饋設(shè)計;天線選型;多頻段;多制式

1 ? ?天饋系統(tǒng)融合改造對多頻天線的需求

1.1 ?天面安裝空間受限

隨著2G/3G/4G各制式網(wǎng)絡(luò)共存及新頻譜資源的增加，樓頂和鐵塔站點已經(jīng)承載的天饋數(shù)量越來越多，對于新加天線來說越來越難。在歐洲，有90%的以上的天面只能安裝1～2面天線;在拉美，有80%以上的天面只能安裝1～2面天線。

普通大眾對射頻輻射越來越敏感，對新增的射頻天線抵制心理很強烈，就迫使運營商在某些站點只能使用多頻天線或偽裝天線替換單頻天線來引入新的頻段和制式。

天線安裝空間的限制是多頻天線需求的重要驅(qū)動因素。

1.2 ?高階MIMO需求

多輸入多輸出（Multiple-Input and Multiple-Output，MIMO）作為長期演進（Long Term Evolution，LTE）的關(guān)鍵特性，在LTE部署時，2×2 MIMO已經(jīng)成為最基礎(chǔ)的配置。隨著用戶感知需求的提升，4×4 MIMO將逐步成為FDD LTE的標(biāo)準(zhǔn)配置。4×4 MIMO對天線端口的需求會增加一倍。

多頻天線的需求在無線運營商的頻段、制式、天面和高階MIMO的需求等因素的影響下會逐步增加。

預(yù)測四頻及以上的天線的需求會占到天線總體需求的50%以上。

2 ? ?天饋系統(tǒng)融合改造方案設(shè)計的基本原則

2.1 ?多頻天線選型的基本原則

2.1.1 ?網(wǎng)絡(luò)部署整體策略

不同頻段和不同制式的無線系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)中，承擔(dān)著不同角色，基本上可以分為：基本覆蓋層、基本容量層、熱點容量層。

在天線系統(tǒng)改造過程中，選擇共天線系統(tǒng)的原則如下：

（1）在天面受限的情況下，對于總站點數(shù)相近的系統(tǒng)優(yōu)先共天線，可以保證兩個系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最接近，共天線的規(guī)劃優(yōu)化難度最小，對現(xiàn)網(wǎng)影響最小。

（2）相鄰頻段的系統(tǒng)，在沒有干擾風(fēng)險的情況下可以考慮共天線。

2.1.2 ?頻段需求

建議為每個頻段和每個制式安排獨立的天線端口，保持獨立電下傾的能力。建議綜合考慮未來2～3年的新增頻段和系統(tǒng)的要求，預(yù)留天線端口。

2.1.3 ?安裝空間

從網(wǎng)絡(luò)性能考慮，如果有足夠的安裝空間，建議每個制式和頻段都使用獨立天線，最大程度上給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供可能。

如果安裝空間受限，使用多頻天線替換當(dāng)前天線成為必然。在這種情況下，一般建議保持當(dāng)前天線數(shù)量，通過增加天線的頻段來引入新的系統(tǒng)。

建議使用振子復(fù)用系列天線，能夠在保持天線寬度不變的情況下引入更多的頻段。一般情況下，新天線的長度不要超過原有天線。

2.1.4 ?網(wǎng)絡(luò)性能

因為不同天線在設(shè)計上的差異，帶來波寬、副瓣、增益等指標(biāo)的細(xì)微差異，會影響最終覆蓋強度的分布，所以在做多頻天線改造過程中，需要做性能評估。各個基站設(shè)備廠家基本有各自的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具來做性能評估和RF規(guī)劃。

2.1.5 ?系統(tǒng)干擾

在多頻的天饋方案中，干擾風(fēng)險需要提前識別。當(dāng)前常見干擾主要分為系統(tǒng)間的雜散、阻塞和互調(diào)干擾。

2.1.6 ?總體營運成本

多頻天饋方案的總體營運成本主要包含以下3種：

（1）天線系統(tǒng)，天線產(chǎn)品成本、租賃費用、安裝費用。

（2）饋線系統(tǒng)，饋線合路器產(chǎn)品成本、租賃費用、安裝費用。

（3）專業(yè)服務(wù)，聯(lián)合規(guī)劃費用、優(yōu)化和咨詢費用。

從天線系統(tǒng)來考慮，一般情況下，常用的四頻以上天線的綜合成本（產(chǎn)品成本+安裝+租賃）最優(yōu);所有頻段獨立天線的方案成本最高。

從饋線系統(tǒng)來考慮，視頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）靠近天線安裝，省去饋線和合路的費用，成本最低。對于基站主設(shè)備不能靠近天線安裝的場景，常用的合路場景，可以省去一半以上的饋線和安裝成本，推薦使用。

2.2 ?天饋系統(tǒng)干擾分析的原則

2.2.1 ?阻塞和雜散干擾分析方法和規(guī)避措施

在兩個頻段相隔較近的系統(tǒng)中，在基站側(cè)，系統(tǒng)A的下行頻段距離系統(tǒng)B的上行頻段很近，由于系統(tǒng)A發(fā)射機的雜散性能或者系統(tǒng)B接收機的抗阻塞性能不能滿足兩個系統(tǒng)需要的隔離度需求，會影響系統(tǒng)B的接收性能。一般多頻天線的兩個頻段之間的隔離度能夠達到30 dB，當(dāng)兩個系統(tǒng)所需要的最小隔離度需要30 dB以上時，需要采取規(guī)避措施。

2.2.2 ?互調(diào)干擾分析方法和規(guī)避措施

多系統(tǒng)的互調(diào)干擾場景主要體現(xiàn)在如下兩個場景：

（1）同系統(tǒng)的載波擴展范圍太大，兩個載波之間產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物落入該頻段的接收頻段。

（2）不同頻段的系統(tǒng)通過合路器合路共享饋線時，不同頻段之間的互調(diào)產(chǎn)物落入到參與合路的系統(tǒng)的接收頻段內(nèi)。

互調(diào)干擾的強度跟系統(tǒng)的產(chǎn)品信息營銷管理PIM指標(biāo)直接相關(guān)。一般來說，單個RF器件的PIM指標(biāo)是明確的，但是多個RF器件組成的系統(tǒng)，PIM指標(biāo)跟很多因素相關(guān)，例如工程質(zhì)量、安裝場景的電磁環(huán)境等，非常難定量評估，所以在互調(diào)干擾分析的時候一般使用較為保守的經(jīng)驗值來分析，例如一般饋線合路場景的系統(tǒng)PIM3指標(biāo)大致在130 dBc，PIM5的指標(biāo)大致在150 dBc。

2.2.3 ?不同系統(tǒng)間的干擾

系統(tǒng)間的干擾主要是有限的頻譜資源被逐步占滿，相近或相鄰頻段被不同移動通信系統(tǒng)使用的場景越來越多，系統(tǒng)間的干擾也就隨之而來。

在天饋系統(tǒng)設(shè)計過程中，可以根據(jù)下面的表格來識別系統(tǒng)間的干擾風(fēng)險，選擇正確的濾波器來規(guī)避系統(tǒng)間的干擾風(fēng)險。

2.3 ?天饋改造方案性能分析原則

天饋改造中，性能分析主要是為了保障改造前后的網(wǎng)絡(luò)性能。

在多頻替換單頻的過程中，多系統(tǒng)的方位角和天線高度會被統(tǒng)一，這樣最終的方位角和天線高度需要根據(jù)各個系統(tǒng)的部署策略找到最優(yōu)的平衡。

由于改造前后天線在波瓣上（波寬、副瓣、前后比等）的細(xì)微差異，改造前后的天線在覆蓋性能上會出現(xiàn)差異，即使是兩款等規(guī)格的天線，這個差異也會客觀存在，所以在替換前后需要做細(xì)微的優(yōu)化來保障替換前后的網(wǎng)絡(luò)性能，主要手段是優(yōu)化各個頻段的下傾角和方位角。

3 ? ?天饋系統(tǒng)融合改造案例分析

PIM問題導(dǎo)致合路方案變更：在某個天饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，其網(wǎng)絡(luò)GSM，UMTS，LTE各制式共站部署，其中，GSM1900是由兩段頻譜組成，分別支持25個載波和7個載波。UMTS1900一共有連續(xù)的18.4 M，計劃配置成2個4.2 M和2個5 M。所以對于每個扇區(qū)，G1900和U1900的配置都是S4/4/4，L700和L-AWS的配置都是S1/1/1。基于站點塔上的安裝空間有限及成本考慮，所以對這些站點選用了某款三頻天線，其能夠同時支持690-960和1710-2690兩個頻段;合路器選用能支持1 900 M頻段和1710-1755//2110-2155頻段的輸入。具體方案如圖1所示。

4 ? ?結(jié)語

天饋系統(tǒng)融合改造是一個相對復(fù)雜的工作，對設(shè)計人員的要求比較高，需要對無線移動網(wǎng)絡(luò)和天饋系統(tǒng)有充分的了解，并需要在不同的項目中積累并總結(jié)經(jīng)驗。