摘? 要：文章通過對電磁波理論和不同類型天線方向圖進(jìn)行對比分析，結(jié)合移動通信網(wǎng)中的實測數(shù)據(jù)，相互驗證，形成了基站天線俯仰角預(yù)規(guī)劃算法，經(jīng)過分析調(diào)整的簡易算法可以較好地完成移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期大規(guī)模基站天線俯仰角的初步設(shè)定，避免了直接繼承現(xiàn)網(wǎng)工程參數(shù)與新天線不匹配的問題，可以為覆蓋仿真工具提供初步的俯仰角設(shè)定值，降低天線調(diào)整工作量，也可以為現(xiàn)場勘察人員提供較為準(zhǔn)確的參考值，以達(dá)到快速、精確完成規(guī)劃設(shè)計的目的。

關(guān)鍵詞：天線;俯仰角;預(yù)規(guī)劃

中圖分類號：TN929.5;TN02 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0065-04

Abstract：In this paper，through the comparative analysis of electromagnetic wave theory and different types of antenna pattern，combined with the measured data in the mobile communication network，mutual verification，a simple algorithm of base station antenna pitch angle pre-planning is formed. The simple algorithm after analysis and adjustment can better complete the initial setting of the pitch angle of the large-scale base station antenna in the initial stage of mobile communication network planning，avoid the problem of directly inheriting the existing network engineering parameters and mismatching the new antenna，and can provide the preliminary pitch angle setting value for the coverage simulation tool，reduce the workload of antenna adjustment，and also provide more accurate for the field investigators Reference value，in order to achieve rapid and accurate completion of planning and design purposes.

Keywords：antenna;pitch angle;pre-planning

0? 引? 言

天線俯仰角是工程建設(shè)中的一項重要參數(shù)，其設(shè)置合理與否會很大地影響網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平、干擾程度。天線俯仰角的確定涉及到基站密度、天線掛高、天線型號、基站環(huán)境等多種因素，現(xiàn)場勘查階段準(zhǔn)確設(shè)定的難度比較高。如天線俯仰角設(shè)置不合理，在工程優(yōu)化階段就會產(chǎn)生大量的天線調(diào)整工作量，影響工程的快速完工。

在4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大規(guī)模建設(shè)完成的前提下，我們有機(jī)會使用現(xiàn)網(wǎng)的工程參數(shù)作為參考，通過理論結(jié)合實際的算法，對天線俯仰角進(jìn)行預(yù)規(guī)劃。通過為現(xiàn)場勘查人員提供俯仰角預(yù)規(guī)劃值，使勘查人員只進(jìn)行小幅修正，就能夠較為準(zhǔn)確地設(shè)定天線俯仰角。

本論文通過在預(yù)規(guī)劃工具的理論算法上增加修正值，盡可能使勘察之前的預(yù)規(guī)劃數(shù)據(jù)接近網(wǎng)絡(luò)實際運行數(shù)據(jù)，為勘查人員提供依據(jù)，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率。

1? 天線下俯仰角對網(wǎng)絡(luò)的影響及預(yù)規(guī)劃方法

1.1? 天線俯仰角對網(wǎng)絡(luò)的影響

天線的俯仰角從功能上可大致分為兩種：機(jī)械傾角、電子傾角。

機(jī)械傾角是通過調(diào)整天線抱箍上的擺臂裝置，使天線整體傾斜，從而達(dá)到調(diào)整的目的。而電子傾角則是改變振子的激勵系數(shù)（幅度、相位）實現(xiàn)波束下傾。

從圖1可以看出，電子下傾由于調(diào)整了各個振子的激勵系數(shù)，可以整體改變天線的方向圖，因此覆蓋落地后各個方向的信號均會有所收縮，在水平面上的方向圖變化不大。而機(jī)械傾角由于未調(diào)整天線方向圖特征，調(diào)整后會導(dǎo)致水平面上的方向圖橫向擴(kuò)展，加大了對兩側(cè)的干擾。

因此，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計中，必須統(tǒng)籌考慮上述兩種傾角的組合使用，在控制覆蓋范圍、加強覆蓋目標(biāo)區(qū)域強度的同時，減少對周邊基站的干擾。

1.2? 天線俯仰角預(yù)規(guī)劃方法

圖2是天線俯仰角的預(yù)規(guī)劃方法示意圖。該方法通過基站覆蓋距離、天線掛高、天線垂直半功率角三項參數(shù)，確定了天線俯仰角需要設(shè)定的值。

根據(jù)基站所處位置的差別，天線俯仰角計算的方式也有所區(qū)別。

在城區(qū)區(qū)域，由于基站密度較高，為避免越區(qū)覆蓋、控制干擾，一般采用垂直半功率角上沿對準(zhǔn)覆蓋區(qū)域邊緣的方式進(jìn)行設(shè)置。而在鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，由于基站間距較大，互干擾情況并不嚴(yán)重，為增強覆蓋，提高小區(qū)邊緣覆蓋能力，一般采用天線正面法線對準(zhǔn)覆蓋區(qū)域邊緣的方式。

兩種方式的計算公式如下：

通過上述方法確定的天線俯仰角，再與現(xiàn)網(wǎng)各基站工參進(jìn)行擬合，從而獲得最終的下傾角預(yù)測算法。

2? 天線俯仰角設(shè)置算法

本文通過上述理論算法，獲得了兩個市州的全網(wǎng)基站下傾角預(yù)測值，通過對比、擬合，最終獲得兩個市州、不同區(qū)域的預(yù)測算法。

2.1? 理論預(yù)測方法與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)對比

理論預(yù)測與現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)據(jù)對比時，以直接差值作比較，以確定預(yù)測與實際的差距。同時統(tǒng)計差值的偏離度分布，為后續(xù)數(shù)據(jù)調(diào)整做好準(zhǔn)備。

兩個市州分區(qū)域的預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表1所示。

對比值如圖3、圖4所示，使用理論預(yù)測的俯仰角數(shù)值，普遍比現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)值要小一些，且主要分布在-6°～-3°之間。同時，兩個市州、不同區(qū)域內(nèi)的偏離值也存在一定的差距。這些均需要通過參數(shù)擬合的方式，進(jìn)行細(xì)節(jié)的調(diào)整，以保證預(yù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2? 調(diào)整后預(yù)測值與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)對比

通過對各市州分區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、對比，最終確認(rèn)修正參數(shù)如表2所示。

通過增加上述修正值，各市州新的計算結(jié)果如表3所示。

通過圖5、圖6對比可以看出，增加了修正參數(shù)的預(yù)測值明顯集中在了±2°之內(nèi)的區(qū)域，相對理論預(yù)測有了很大的提升。從表4的數(shù)據(jù)也能看出。

修正后的預(yù)測值能夠保證大部分區(qū)域的預(yù)測值有60%以上在±2°之內(nèi)，比較純理論計算值有30%的提高。

3? 結(jié)? 論

通過與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，使用增加修正參數(shù)的方法，使俯仰角預(yù)測工具能夠在一定程度上滿足預(yù)規(guī)劃參數(shù)設(shè)定的需要，較好地改善了理論算法與現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化后數(shù)據(jù)的偏差，使預(yù)規(guī)劃工具能夠更好地提高規(guī)劃初期俯仰角預(yù)測的準(zhǔn)確度。

但由于現(xiàn)實無線傳播環(huán)境的多變性、復(fù)雜性，仍有1/4左右的小區(qū)預(yù)測值偏差超過3°。在設(shè)計階段，還需要經(jīng)過現(xiàn)場勘查→明確周邊基站信息→確認(rèn)覆蓋目標(biāo)等方式及流程，確定預(yù)測俯仰角是否滿足現(xiàn)場的實際情況，通過現(xiàn)場勘查工作進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整預(yù)測數(shù)據(jù)。同時，在市區(qū)、縣城等密集區(qū)域，建議使用仿真軟件進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，確保俯仰角設(shè)置能夠滿足網(wǎng)絡(luò)干擾、越區(qū)覆蓋等方面的要求，在工程建設(shè)之前再次進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

任何工具均只能作為輔助設(shè)計工具，現(xiàn)場勘查信息的準(zhǔn)確性、詳實度，以及現(xiàn)場設(shè)計人員對網(wǎng)絡(luò)的理解和了解，這些方面所帶來的錯誤數(shù)據(jù)，是任何工具都無法彌補的。同時，準(zhǔn)確的現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是本預(yù)規(guī)劃工具所不可缺少的基石。

后續(xù)，我們還需要對工具中的算法進(jìn)行優(yōu)化，在不大幅提高復(fù)雜度和計算時間的前提下，盡可能使預(yù)測值能夠向0°偏離值附近集中，為設(shè)計勘察工作提供更加準(zhǔn)確的參考值，提高現(xiàn)場工作效率。

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作者簡介：趙棟（1980-），男，漢族，河南洛寧人，移動通信規(guī)劃咨詢專家，工程師，工程碩士，主要研究方向：移動通信領(lǐng)域5G、4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計及新技術(shù)應(yīng)用。