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RF优化指导书

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1天线理论基础

1.1无线电波的极化

什么叫无线电波？

无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。

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。

无线电波的电场方向称为电波的极化方向。

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，则称它为水平极化波。

天线的极化：

天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。

双极化天线:

两个天线为一个整体，两个独立的波。

1.2圆极化波

如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫做椭圆极化波。

旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。

向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。

垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。

当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：

当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。

1.3极化损失

当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：

当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。

1.4对称振子

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.如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。

如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。

当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱.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。

1.5天线的方向性

天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。

对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。

天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.方向图可用来说明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。

1.6天线的工作频率范围（带宽）

无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，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。

有几种不同的定义：

一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；

一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。

在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。

当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降

在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。

在820MHz1/2波长为180mm,在890MHz为170mm，175mm对850MHz将是最佳的，该天线的频带宽度=890-820=70MHz。

1.7天线增益

增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射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。

增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。

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

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

1.8前后比

方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。

它大，天线定向接收性能就好。

基本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。

前后比＝10log（前向功率）/（后向功率），典型值为25dB左右，目的是有一个尽可能小的反向功率。

1.9波束宽度

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。

主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。

称为半功率（角）瓣宽。

主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。

2，传输线基本理论

2.1传输线基本概念

连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。

传输线的主要任务是有效地传输信号能量。

因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。

这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。

当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。

2.2传输线的种类

超短波段的传输线一般有两种：

平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。

平行线传输线通常由两根平行的导线组成。

它是对称式或平衡式的传输线。

这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。

同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。

使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。

2.3匹配的概念

什么叫匹配？

我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。

当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。

反之，则较窄。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。

为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。

要获得良好的电性能阻抗必须匹配

2.4馈线和天线的电压驻波比

在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。

两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。

其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。

这种合成波称为驻波。

反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。

反射波幅度（Ｚ－Ｚ。

）

反射系数Γ＝─────＝───────

入射波幅度（Ｚ＋Ｚ。

）

驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比（VSWR）。

驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax（1+Γ）

驻波系数Ｓ＝──────────────＝────

驻波波节电压辐度最小值Ｖmin（1-Γ）

终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好。

3天线选型和应用设计

3.1基站天馈系统

参见基站天馈系统示意图，其中主要包括以下几部分：

（1）天线调节支架

用于调整天线的俯仰角度，范围为：

0°~15°；

（2）室外跳线

用于天线与7/8〞主馈线之间的连接。

常用的跳线采用1/2〞馈线，长度一般为3米。

（3）接头密封件

用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。

常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。

（4）接地装置（7/8〞馈线接地件）

主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。

一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，接地点方向必须顺着电流方向。

（5）7/8〞馈线卡子

用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。

5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。

常用的7/8卡子有两种；双联和三联。

7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。

（6）走线架

用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。

（7）馈线过窗器

主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。

（8）防雷保护器（避雷器）

主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。

（9）室内超柔跳线

用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。

由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头7/16DIN型、有N型。

有直头、亦有弯头。

（10）尼龙黑扎带

主要有两个作用：

a.安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后，再将尼龙扎带剪断去掉。

b.在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带固定。

室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。

（11）尼龙白扎带

用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。

3.2天线的分集

基站接收分集已在蜂窝系统中得到广泛应用，在水平面内两副天线相距10个波长可使衰落降低。

虽然接收分集需要两个或更多个端口，但它却显著地降低了衰落，其结果使移动站功率降低，传输质量提高，对整个系统来说是一大优点。

在移动通信中，市区和树木密集的地区信号接收受到很大影响，快衰落由固定和移动物体反射引起，在波长的某个部分有深度衰落。

在建筑密集的地区，移动台在任何时间接收的信号包含许多平行传播的平面电磁波，这些电磁波的幅度、相位和角度都是随机的。

每个电磁波分量到达的相位和角度在统计上可认为是独立的。

所有信号分量合成一个复驻波，它的信号强度根据各分量的相对变化而增加和减小。

在移动几个车身的距离会有20-30dB的衰落，大量的传播路径的存在就产生了多径现象。

这种衰落信号不仅发生移动台用户接收信号时，小区的基站接收同样受到衰落信号的影响。

多径快衰落在波长的10倍距离以上消失。

也就是说通过分集接收可以提高通信可靠性而不需增加发射机功率或信道带宽。

分集接收基于一个基本概念：

对于一个随机过程进行两个或多个采样，则这些抽样是独立地衰落。

所有抽样同时小于一个定值的概率远小于一个抽样小于该值的概率。

实际上，所有m个抽样同时小于给定值的概率是P，其中P是单个抽样小于该定值的概率。

所以，通过适当地综合抽样，我们可以改善接收机性能，比单个抽样作用于接收机要好

合成的功能是：

纠正经过多径传输后的相位和时延，对输入信号电平矢量相加，而噪声是随机相加。

所以，通常合成后的输出信噪比比单个接收要大。

由于不相干信号同时衰落的可能性很小，它使系统更可靠。

相干系数随天线高度和距离的变化如图5-15所示。

基站分集天线结构主要有两种类型：

空间分集和极化分集。

其中空间分集是最常用的一种分集形式。

3.2.1空间分集

为了说明天线间距与相关系数的关系关系而引入一个参数h，即：

，hbe为基站分集接收天线的有效高度，d为基站分集接收天线的间距。

如图5-15是用850MHz在郊区测得的各种入射角的相关系数与h的关系曲线。

在市区，由于移动台与基站之间的传播路径上有很多散射体存在，相对于参数h的相关系数远小于郊区的相关系数。

虽然相关系数愈小，分集增益愈高，但是当相关系数<0.7时，分集增益比<0.7时改善不大，从图5-14可以看出，信号电平为-10dB时，幅度低于-10dB的概率为1.3%（=0.7）,及0.52%（=0.2）,即相关系数由=0.7降至=0.2，信号低于-10dB的概率仅改善0.8%。

所以考虑到实际工程中实现的可能性和经济性，取<0.7是适宜的，对于市区的基站将获得更好的分集改善。

由图5-15可以看出，接收信号到达角a对相关系数影响很大：

当a=0°时，相关系数最小，分集改善最大；a=90°时，相关系数最大，分集改善最小。

由于移动台的移动没有任何方向上的限制，即a将在0°～90°范围内变化。

但工程上不会按a=90°的最差情况或按a=0°的最佳情况设计，从技术经济考虑，建议取折中值a=45°设计，由a=45°及=0.7决定两个接收天线的间距。

由a=45°及=0.7，从图5-15求得h=9，分集天线有效高度与天线间距列于下表：

分集天线有效高度与天线间距（a=45°，=0.7）

3.2.2极化分集

极化分集天线是蜂窝系统高速发展的产物，该类天线将两个正交（0°/90°或+45°/-45°）极化天线集于一体，因此体积小是它的最大优点。

在市区两个极化接收的相关系数足够小，一般小于0.2。

但是由于入射波极化特性多半为垂直极化，对于0°/90°双极化天线每个端口平均接收功率差别较大，对接收功率的改善不象其它分集方法那么明显，而+45°/-45°双极化天线几乎得到与空间分集天线相同的分集增益。

3.3天线选型

3.3.1话务量高密集市区

根据天线高度、基站距离，可由下式计算出天线倾角公式：

a＝arcｔｇh/（r/2）

（式中a为波束倾角ｈ为天线高度，ｒ为站间距离）

（1）对话务量高密集区，基站间距离300-500米，计算得出a大约在10°～19°之间。

采用内置电下倾9°的+45°双极化水平半功率瓣宽65°定向天线。

再加上机械可变15°的倾角，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾10°～19°内无变化。

经使用证明完全可满足对高密集市区覆盖且不干扰的要求。

（2）对话务量中密集区，基站间距离大于500米，a大约在6°～16°之间可选择+45°双极化，内置电下倾6°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可以保证主瓣在下倾的6°～16°内水平半功率宽度无变化。

可满足对中密话区覆盖且不干扰的要求。

（3）对话务量低密集区，基站间距离可能更大一些，a大约在3°～13°之间。

可选择+45°双极化，内置电下倾3°的水平半功率瓣宽65°定向天线，可保证主瓣在下倾的3°～13°内水平半功率宽度无变化，可满足对低密话区覆盖且不干扰的要求。

3.3.2县城及城镇地区

话务量不大，主要考虑覆盖大的要求，基站间距很大，可以选用单极化，空间分集，增益较高的（17dB）65°定向天线（三扇区）、或17dB90°定向天线（双扇区，如下图）。

3.3.3乡镇地区

话务量很小，主要考虑覆盖，基站大都为全向站，天线可选高增益全向天线

HTQ-09-11。

根据基站架设高度，可选择主波束下倾3°、5°、7°的全向天线。

3.3.4在铁路或公路沿线及乡镇

（1）双扇区型，两个区180°划分，可选择单极化。

3dB波瓣宽度为90°最大增益为17~18dBi的定向天线，两天线背向，最大辐射方向各向高速路的一个方向。

其合成方向图为下左图：

（2）公路双向天线：

沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配置，天线可采用全向天线变形的双向天线（例HTSX-09-14），它的双向3dB波瓣宽度为70°，最大增益为14dBi。

其方向图为下右图。

（3）公路兼镇天线：

对于既要覆盖铁路、公路，又要覆盖乡镇的小话务量地区，

采用全向站的配置，天线采用210°、13dBi的弱定向天线HTD0921013兼顾铁路、公路和路边乡镇的需要。

其方向图为：

3.3.5天线倾角设计

在设计天线倾角时必须考虑的因素有：

天线的高度、方位角、增益、垂直半功率角，以及期望小区覆盖范围。

众所周知，在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功率角成反比，其关系可以表示为：

Ga=32600/（q⋅g）其中，Ga为天线增益（为倍数，还需换算成dB值），q为垂直半功率角，g为水平半功率角。

从上式可知，当天线增益较小时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大；而当天线增益较高时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小。

为了更好地控制越区覆盖，在密集基站区域网络规划时选择高增益天线比较适宜。

对于分布在市区的基站，当天线无倾角或倾角很小时，各小区的服务范围取决于天线高度、方位角、增益、发射功率，以及地形地物等，此时覆盖半径可以采用Okumura-Hata公式计算；当天线倾角较大时，因上述公式中没有考虑倾角，无法计算出的覆盖半径（如有比较准确的传播模型和数字地图，ASSET可以计算）。

此时可以根据天线垂直半功率角和倾角大小按三角几何公式直接估算，方法如下：

假设所需覆盖半径为D（m），天线高度为H（m），倾角为α,垂直半功率角为q，则天线主瓣波束与地平面的关系如图5-20所示：

从上图可以看出，当天线倾角为0度时天线波束主瓣即主要能量沿水平方向辐射；当天线下倾α度时，主瓣方向的延长线最终必将与地面一点（A点）相交。

由于天线在垂直方向有一定的波束宽度，因此在A点往B点方向，仍会有较强的能量辐射到。

根据天线技术性能，在半功率角内，天线增益下降缓慢；超过半功率角后，天线增益（特别是上波瓣）迅速下降，因此在考虑天线倾角大小时可以认为半功率角延长线到地平面交点（B点）内为该天线的实际覆盖范围。

根据上述分析以及三角几何原理，可以推导出天线高度、下倾角、覆盖距离三者之间的关系为：

α=arctan（H/D）+θ/2

上式可以用来估算倾角调整后的覆盖距离。

但应用该式时有限制条件：

倾角必须大于半功率角之一半；距离D必须小于无下倾时按公式计算出的距离。

式中垂直波束宽度可以查具体天线技术指标或计算得出。

对于垂直波束宽度为17度，基站天线高度40米的场合，覆盖距离与天线倾角的关系如图5-21所示。

当垂直波束宽度为6.5度，基站天线高度40米时，覆盖距离与天线倾角的关系如图5-22所示。

从以上两图可以看出，当天线高度和倾角一定时，覆盖距离还与天线的垂直波束宽度有关。

垂直波束宽度越小，覆盖距离越小。

因此为了更好地控制越区覆盖，在规划阶段选择天线时应该选择垂直波束宽度小的天线。

必须注意的是：

调整倾角后除了可以控制越区覆盖外，还可以改善基站附近的室内覆盖，但远离基站处的覆盖将变差。

3.4天线计算工具RadioTools

RadioTools主要用来计算天线覆盖半径的工具，首先界面如下图所示

其次点击TouchDownPoints，出现如下界面

在HeightAboveAverageTerrain键入基站的站高，

在VerticalBeamWidthindegrees键入垂直半功率角

在DownTiltinDegrees键入扇区的下倾角

键入好这些值后，按Calculate计算出基站的扇区覆盖半径，Upper3dB是主瓣的上波瓣覆盖半径，MainBeam是主瓣的覆盖半径，Lower3dB是主瓣的下波瓣覆盖半径。

通过下倾角的不同设置，可以观察扇区的覆盖半径变化，更好的进行RF优化。

4局部RF优化

4.1局部RF优化总流程

1，对问题区域提取导频图，一般列出两张图，一张图是问题区域的StrongestEc/Io示意图，该图要包含问题点的所涉及到的所有基站的位置信息，供分析使用。

另一张图是问题区域的导频示意图，包含了该问题点的导频信息。

体现出该问题点的导频污染或者弱覆盖的情况。

一定要将Legend放入截图中。

2，从上步的导频图中可以分析出哪些导频是主导频，哪些导频对主导频构成干扰造成了导频污染。

接着对这些导频所在扇区提取单PN覆盖图，如下图所示。

3，从上面的单PN覆盖图画出该PN所代表扇区的椭圆形覆盖区域图。

4，通过问题区域的导频图和单PN覆盖图分析出导频污染的原因，导频污染主要有两个原因，一个是由于多个导频相互重叠覆盖给问题区域导致该区域的激活集导频数目多于3个，且强度相近，构成导频污染。

另一个原因是问题区域附近的导频未能对该区域进行有效覆盖，导致该地区失去主导频，构成导频污染，下面我们将对这两种问题进行分别深入细致的分析。

4.2覆盖弱，无主导频导致导频污染

1，通过问题区域附近扇区的单PN覆盖图有时会发现该扇区的覆盖距离很近，大约只有100米左右，有时还会发现该扇区沿着扇区方向无任何信号。

这样的情况下我们初步怀疑是基站存在低功率，RSSI高或者掉站等告警。

需要进行检查，如果真有此类告警需要尽快解决。

2，通过问题区域附近扇区的单PN覆盖图，可以发现基站的扇区接反问题，并及时进行处理。

3，经过上面两步后，如果仍然未解决导频污染的问题，我们再看看该问题区域是否离周围基站比较远，如果距离均超过1.5公里以上，那么该问题区域的覆盖相对较弱，很可能无主导频导致导频污染。

在此情况下可以考虑在问题区域附近建立基站。

4，经过以上三步的分析并得到解决后仍出现导频污染问题。

这样就要通过调整天馈的手段来解决问题，首先在问题点附近的基站选择几个最近的基站做为覆盖问题区域的主覆盖基站，通过调整天馈和天线口功率的手段增强该基站，消弱其他基站对问题区域的覆盖。

5，在调整天馈的过程中需要兼顾到两个问题。

第一问题就是问题区域附近有没有投诉热点区域。

一般有投诉的地方主要是信号质量不好，这个需要特别注意，比如问题区域附近的天馈正对该投诉区域，是投诉区域的主导频，结果为了解决问题区域的导频污染问题，调整了该天馈使其无法正对投诉区域，导致投诉地区无主导频，更加恶化了其信号质量，从而增加投诉地区的投诉量，这就产生严重的负面影响，我们在RF优化要特别避免该类问题的发生。

第二个问题就是该问题区域可能有楼宇的阻挡，导致周围基站对其无法进行有效覆盖，这在调整天馈的过程中需要避开这些楼宇的阻挡，使其进行有效覆盖。

6，通过考虑上述因素最后开始制定天馈调整方案，一般密集城区天馈的下倾角应在8度到13度之间，郊区和乡村天馈的下倾角一般2度到5度之间。

如果想消弱该扇区的信号，则需要下压其下倾角，或者调整方位角使扇区的覆盖范围远离该问题区域，最后才会考虑减小天线口功率。

首先说下压下倾角，可以通过3.4节中介绍的工具来计算具体的下倾角，其次调整功率，中兴系统中一般默认城区的天线功率为20W，郊区为30W，调整时以5的倍数来递减调整为宜。

如果想增强该扇区的信号，则需要抬升其下倾角，调整方位角使扇区的覆盖范围。

4.3多重覆盖导致导频污染

5RF专题优化

5.1主干道路的RF优化

5.2高速，国道的RF优化

5.3铁路的RF优化

5.4高层导频污染RF优化