董健，李曉明，王超，王榮軍

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司河北分公司，石家莊 050011）

1 引言

隨著TD-LTE建設(shè)的深入開(kāi)展及城市化進(jìn)程的加快，原有方式解決高層樓宇覆蓋問(wèn)題效果欠佳，樓宇內(nèi)客廳臥室等部分區(qū)域時(shí)常出現(xiàn)用戶(hù)體驗(yàn)較差的情況，帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)投訴。中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院勇于創(chuàng)新，深入研究天線結(jié)構(gòu)及技術(shù)化解網(wǎng)絡(luò)難題，研制出水平覆蓋較寬、垂直覆蓋可調(diào)節(jié)的新型天線，既可達(dá)到室分天線覆蓋效果，又可彌補(bǔ)現(xiàn)有射燈天線易產(chǎn)生外泄的不足。該新型智能天線，也稱(chēng)為層層通天線，曉明天線，是一種新型八通道智能天線，具有垂直方向賦形能力?？梢愿鶕?jù)不同覆蓋需求（各種高層樓宇和重點(diǎn)用戶(hù)），配置合理的天線參數(shù)，半功率30°～90°可調(diào)節(jié)。前期已在多個(gè)省市移動(dòng)公司進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了6層住宅樓、13層黨政辦公樓、30層居民住宅樓（100 m左右）、35層寫(xiě)字樓（125 m）等各種高度樓宇的有效覆蓋。

2 新型天線的研制思路及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 采用針對(duì)樓宇小區(qū)的覆蓋思路

將傳統(tǒng)“地表平面覆蓋”思路轉(zhuǎn)變?yōu)橐詷求w為單位的“三維空間立體覆蓋”思路，每個(gè)樓體即為一個(gè)小區(qū)，稱(chēng)作樓體小區(qū)。以樓體高度（底層與頂層）和寬度（最左邊與最右邊）作為該樓體小區(qū)的覆蓋邊緣，以該樓體的高度作為垂直面廣播波束預(yù)置條件和掃描區(qū)域，以樓體寬度作為波束水平面寬度要求，并嚴(yán)格控制對(duì)外干擾，匹配實(shí)際場(chǎng)景需要，實(shí)現(xiàn)以最少數(shù)量天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)性精確覆蓋，適應(yīng)各種高層建筑覆蓋需求。

2.2 提出一種覆蓋能力可調(diào)節(jié)的智能天線

振子的諧振方向保持不變，例如保持垂直極化或者雙極化，橫向構(gòu)成多行陣元，而縱向?yàn)槎嗔锌烧{(diào)間距的結(jié)構(gòu)。在垂直方向上，針對(duì)覆蓋樓體高度配置匹配的廣播波束權(quán)值實(shí)現(xiàn)精確覆蓋，和利用互易傳播關(guān)系實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束在垂直面不同樓層間跟蹤用戶(hù)的通信方式。在水平方向上，可通過(guò)改變縱向多列振子間預(yù)置相位和機(jī)械進(jìn)行微調(diào)間距的結(jié)構(gòu)獲得不同的水平面波束寬度，達(dá)到覆蓋樓體寬度的要求。同時(shí)，本技術(shù)所研制天線輻射電磁波充分利用樓體小區(qū)中，樓板的縱向空間隔離效應(yīng)，提高縱向空間抗干擾能力、復(fù)用效率和系統(tǒng)容量，降低能耗的目的。利用電磁波的隧道傳播效應(yīng)獲得樓層內(nèi)的最大傳播深度。由于主波瓣控制采取精確化方式，結(jié)合在天線設(shè)計(jì)中采取了旁瓣抑制的相關(guān)技術(shù)，可保障對(duì)樓宇外側(cè)的泄漏干擾最小化。

2.3 產(chǎn)品系列化滿(mǎn)足多樣性需求

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，該新型智能天線已有多款，以滿(mǎn)足各種應(yīng)用場(chǎng)景需要。第一種為單4G型號(hào)，通過(guò)壓縮陣元尺寸，使天線的整體尺寸大大減小，僅是一般天線的1/3大小尺寸，適宜選站，降低安裝難度，提高功效，提高周?chē)飿I(yè)認(rèn)可度。第二種為太陽(yáng)能板美化型，為采用利用太陽(yáng)能板外型的美化天線思路。第三種為射燈外罩美化天線，為采用利用射燈外型的美化天線思路。第四種為支持多系統(tǒng)型，該天線集成了2G/4G振子，采用集束電纜，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)天面實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G多系統(tǒng)的的覆蓋，可節(jié)約天面資源，滿(mǎn)足部分LTE弱覆蓋的區(qū)域?qū)?G的需求也同樣強(qiáng)烈，而單LTE系統(tǒng)無(wú)法一次性解決的問(wèn)題。第五種為全向燈桿型，適用于小區(qū)內(nèi)部。

2.4 充分發(fā)揮廣播波束權(quán)值調(diào)整技術(shù)

新型天線其垂直方向半功率角可配置成30°～90°。通過(guò)天線模型生成對(duì)應(yīng)的方向圖，或者通過(guò)微波暗室測(cè)試結(jié)果方向圖，可供不同場(chǎng)景選擇需要，選擇合適的權(quán)值時(shí)，結(jié)合勘察情況給出初始配置權(quán)值，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，進(jìn)行調(diào)整。假定50 m的樓間距，采用90°權(quán)值，向上的覆蓋高層能力為H=50×tan(90/2)=50 m，若天線掛高在樓宇中間位置，其可以覆蓋100 m高度的樓宇?？梢钥闯觯颂炀€在垂直方向上具有很強(qiáng)的覆蓋能力。同時(shí)，此天線廣播波束水平面波束寬度20°～30°，可滿(mǎn)足一般樓體水平覆蓋要求。針對(duì)不同的高層樓宇，規(guī)劃和設(shè)計(jì)合理的廣播波束賦形可以充分發(fā)揮智能天線的優(yōu)勢(shì)。

2.5 提供網(wǎng)優(yōu)服務(wù)產(chǎn)品

依托上述的新型天線，形成了一種室外覆蓋室內(nèi)的低成本、低工程量、易協(xié)調(diào)的覆蓋方法，提供一種網(wǎng)優(yōu)服務(wù)產(chǎn)品，圖1給出了技術(shù)方案示意圖。該項(xiàng)目的推廣不僅改善了網(wǎng)絡(luò)覆蓋，同時(shí)也在加深各地市TD-LTE網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員對(duì)智能天線權(quán)值的理解，提升運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、優(yōu)化水平與能力。

圖1 技術(shù)方案示意圖

3 新型天線適用場(chǎng)景與應(yīng)用效果

典型場(chǎng)景1：32層樓宇，附近底商安裝單4G型層層通實(shí)現(xiàn)“低打高”的覆蓋形式，如圖2所示。

典型場(chǎng)景2：32層樓宇，樓頂安裝射燈型層層通實(shí)現(xiàn)“高打低”的覆蓋形式，如圖3所示。

典型場(chǎng)景3：高山景區(qū)或滑雪場(chǎng)等有需求場(chǎng)景，可安裝層層通實(shí)現(xiàn)“低打高”的覆蓋形式。

圖2 某樓宇應(yīng)用效果（左圖：樓宇外觀；右圖：31層入戶(hù)RSRP）

圖3 某樓宇應(yīng)用效果（左圖：樓宇外觀；右圖：8層入戶(hù)RSRP)

該新型天線曾參展中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)，并入選中國(guó)移動(dòng)2017年4G無(wú)線網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)，并在遼寧、河北、內(nèi)蒙古、寧夏、青海、甘肅、云南、新疆、山西、貴州、山東、天津、湖北、福建等省市得到了現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。

多地測(cè)試結(jié)果中，整樓公共區(qū)域（如樓道、電梯前等公共區(qū)域），RSRP通常可提升15.1 dB，SINR提升13.3 dB，平均RSRP可達(dá)-94.7 dBm，SINR可達(dá)9.4 dB，速率平均提升30.3 Mbit/s，提升效果顯著。LTE室分覆蓋目標(biāo)為室內(nèi)分布的覆蓋區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足RSRP＞-105 dBm的概率大于95%，SINR＞6 dB的概率大于95%。由于上述測(cè)試結(jié)果為公共區(qū)域，RSRP與上述標(biāo)準(zhǔn)相差一面墻或門(mén)的衰減（10-15 dB），可以推斷本方案滿(mǎn)足無(wú)線寬帶的接入設(shè)計(jì)要求。

4 小結(jié)

針對(duì)當(dāng)前高層建筑室內(nèi)TD-LTE深度覆蓋不足的問(wèn)題，本文研制出新型天線，并結(jié)合廣播波束賦形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各種高度的高層樓宇、山區(qū)道路等區(qū)域的有效覆蓋。結(jié)果表明該方案可作為高層樓宇和重點(diǎn)用戶(hù)深度覆蓋的一種技術(shù)手段，具有成本低、建設(shè)周期短，兼容性好等特點(diǎn)。

[1] 李曉明，董健, 等. 一種適合高層建筑密集區(qū)域覆蓋的智能天線[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2012(5).

[2] 董健，李曉明, 等，一種低成本易協(xié)調(diào)LTE高層住宅覆蓋解決方案[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2015(12).

[3] 董健，李曉明, 等. 一種樓宇高度自適應(yīng)的TD-LTE深度覆蓋解決方案[J]. 移動(dòng)通信，2016(7).