TD-LTE 规划中站高和下倾角的配置算法

作者简介
姚柒零：高级工程师，硕士毕业于北 京邮电大学，现任职于中国移动通信 集团设计院网优所，研究方向为移动 通信网络规划、设计和优化。曾主持 天津移动3G规划和设计、中国移动自 动频率优化系统研发等项目，并主要 支撑中国移动集团网络部的GSM/TDS/ TDL网络结构分析评估工作。 隋延峰：高级工程师，硕士毕业于北 京邮电大学，现任职于中国移动通信 集团设计院有限公司，研究方向为移 动通信网络规划、设计和优化，曾主 持多个省市GSM/TD频率及扰码优化、 中国移动自动频率优化系统（AFOS） 研发等项目。 马建辉：工程师，学士毕业于北京工 业大学，现任职于中国移动通信集团 设计院有限公司，研究方向为移动通 信网络评估和优化工作，主要工作为 中国移动自主研发的自动路测平台的 指标统计与分析、建立评估体系，支 撑集团完成网络质量管理。
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？
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站高、下倾角分析
2.1 站高研究
假定天线下倾角最大、满功率发射，在此条件
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LTE专题
图1
单站覆盖示意图
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3 不同站高条件下信号随距离衰变情况
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：
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].
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注：红色部分为不推荐设置，只在特殊场景存在。
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。
LTE网络建设
TD-LTE规划中站高和下倾角的配置算法
姚柒零，隋延峰，马建辉，李俨，孟夏
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100086）
【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。
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。
收稿日期：2013-11-08 责任编辑：李帅 lishuai@mbcom.cn
【关键词】
TBiblioteka Baidu-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TDLTE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
市区建议 站间 距/m 天线最小下倾角 站高/ （垂直半功率角 m 为7度） 21 23 25 27 30 33 36 39 43 47 52 56 62 68 74 12 11 11 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
θ =arctg(h /d )+α /2
图2 基站高度与站间距关系图
（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 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： G =20 * lg( 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。 （1） 摩比天线垂直面角度与增益统计如表1所示。
h + h ) h
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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。
图4 天线水平与垂直波瓣图
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。
[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. TDLTE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.★
角度/度 76 77 78
图5
摩比天线垂直面增益
表1
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摩比天线垂直面角度与增益统计
80 81
82
83
84
85
86
87
88
89 90
增益/dB -27.2 -25.7 -23.9 -24.2 -27.5 -25.9 -17.6 -12 -8.3 -5.6 -3.3 -1.7 -0.8 -0.2 0
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
图6 不同情况天线水平面波瓣图
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表2
LTE 基站站高与天线最小下倾角配置
县城建议 天线最小下倾角 天线最小下倾角 天线最小下倾角 站高/ （垂直半功率角 （垂直半功率角为7 （垂直半功率角为 m 15度） 为15度） 度） 16 15 15 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 13 14 15 17 19 21 23 25 28 31 34 38 42 46 51 9 8 8 8 8 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 13 12 12 12 12 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12