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1、移动通信基站天线应用选型指南,2023年2月19日,编制：王 垚西安海天天线科技股份有限公司,目录,第一部分、序言第二部分、移动通信系统概要第三部分、影响无线覆盖的主要因素第四部分、基站天线类别介绍第五部分、基站天线应用选型指南 第六部分、附录,第一部分、序言,在移动通信飞速发展的今天，中国政府投资了数以千亿计的资金打造中国的移动通信网络，历时十多年的飞速发展，现在中国的移动通信网络已经成长为全球最大的移动通信网络,现有6亿多移动用户。在这十多年的快速发展中，运营商经历了高速建设，快速扩容以及后期优化提升网络质量的各个阶段，同时也积累了丰富的运营经验。,第一部分、序言,随着网络的发展，运营商也
2、越来越意识到，在整个通信系统中，天线的作用是至关重要，虽然在网络建设中天线的投资比重连1都不到，但是天线在网络运营中的作用却远远大于50。如何选好用好基站天线，是打造一张精品移动通信网络的关键因素。本文就在移动通信网络中基站天线的应用和选型作一分析和探讨,第二部分、移动通信系统概要,第一代模拟通信系统,第二代数字通信系统,第三代第四代系统,第三部分、影响无线覆盖的主要因素,基站的发射功率覆盖强度天线的增益覆盖距离天线的水平波束宽度覆盖面积天线的垂直波束宽度覆盖强度天线的架设高度覆盖距离天线的架设高度与覆盖距离之间的关系影响基站覆盖的其他因素：无线环境,3.1基站的发射功率,基站的发射功率决定着
3、基站的覆盖距离和覆盖强度，在2G移动通信系统中常用的基站发射功率为：微基站：1W、2W、小功率基站：5W、8W、10W宏蜂窝基站：20W、40W大功率基站：100W、200W,3.2天线的增益覆盖距离,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。,常用基站天线的增益：高增益天线：1821dBi中等增益天线：1517dBi低增益天线：小于15dBi全向天线:11dBi常用室内分布天线增益：全向天线：03dBi定向天线：48dBi,3.2天线的增益覆盖距离,在单射线模条
4、件下，路损变化对覆盖距离的关系，可算出,3.3天线的水平波束宽度覆盖面积,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。常用基站天线的水平波束宽度为65度和90度，特殊的还有30度、45度、105度、120度和210度等。,(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关,3.4垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布,天线的垂直方向图决定了信号在垂直面上的垂直覆盖距离，天线下倾时可以确定主控小区的覆盖半径及覆盖小区的功率分布。由于不同地形环境同样的挂高、
5、配置，但覆盖功率将不同。对于平原环境，我们建议可用OKUMURA-HADA的经验公式进行覆盖功率的估算。EIRP=Ptm-Lf0.047(dB)-Lcb+Gbt 式中Ptm基站输出功率 Lf基站至天线接口处输出电缆长度 Lcb基站合路器损耗 Gbt基站天线增益 PR(dBm)=EIRP-69.55-26.16LgF(MHz)+13.82Lghb-(44.9-6.55Lghb)LgD(Km)+Ks 式中PR接收门限、F频率（MHg）、hb基站天线挂高、d覆盖距离（公里）、Ks不同地形修正因子。对乡村环境Ks=9.94,3.5天线的架设高度覆盖距离,根据基站高度、基站距离，可由下式计算天线倾角：=
6、arctg h/r/2式中，天线倾角，h为天线高度，r为站间距离。,实际天线下倾角还应扣除垂直波束3dB宽度，在实际调整中，波束最大点对准主要覆盖区，根据主波束宽度决定主要覆盖区的宽度及边缘区的电平。,3.6天线的架设高度与覆盖距离之间的关系,一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示,反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故,3.7影响基站覆盖的其他因素,无线环境：建筑物的变化、植被的季节性变化,第四部分、基站天线类别介绍,根据目前基站天线的结构类型可以把天线分为以下几种类型全向天线定向单极化天线定向双极化天线电调天线特型天线,4.1
7、全向天线：,全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。,垂直方向图,4.2定向单极化天线,定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。,水平方向图,垂直方向图,4.3定向双极化天线,双极化天线,组合了+45和-45两副极化方向相互
8、正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站（三扇区）要使用9根天线，每个扇形使用3根天线（空间分集，一发两收），如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，45的极化正交性可以保证+45和-45两副天线之间的隔离 度满足互调对天线 间隔离度的要求（30dB），因此双 极化天线之间的空间 间隔仅需20-30cm；,水平方向图,垂直方向图,4.4电调天线,所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场
9、强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。,天线波束的下倾,为使波束指向朝向地面,无下倾,电下倾,机械下倾,下倾方法的比较,10电下倾,10机械下倾,6 电下倾+4 机械下倾,从上面的比较可以看出：对于天线下倾角度的调整，电调的效果是最好的。,电调的效果最好；预置下倾结合机械调整的效果稍差；纯机械调整的效果最差；对网络造成干扰的隐患也最严重。,尤其是在网络建设比较成熟，基站密度特别大的市区，基站的覆盖范围也越来越小，0度架设（不需下倾）
10、的天线已经没有了，所有的基站都要有不同程度的下倾，来控制基站的覆盖范围，在此就显现出电调天线应用的重要性和必要性。,电调天线的分类,根据目前电调天线的实现（操控）方式，可以把电调天线分为以下几种类型：1、手动电调天线：2、遥控电调天线：RCU内置型 RCU外置型3、集中控制电调天线：,4.4-1手动电调天线,电调天线中的最基本类型。在常规天线中增加了移相器用手工方式调整移相器的相位调节此时的天线是完全的无源器件,4.4-2遥控电调天线,电调天线中的高端产品，根据RCU位置不同分为：RCU内置遥控电调天线RCU外置遥控电调天线 这种电调天线是在原手动电调的基础上增加了RCU，由RCU来实现对天线
11、相位的调整，外加控制线和控制器，由技术人员在机房里实现对天线的调整操作。,4.4-3集中控制电调天线,前面讲到的手动电调天线是对单个天线而言的；遥控电调天线一般是对单个基站（可以是13副天线）而言的；集中控制主要是为了解决对计划区域内的所有基站进行远程控制和调整，当然该区域可以是一个BSC也可以是一个城市范围的所有基站，可以实现在远程控制室内集中操控。,近程、远程控制CCU1、可以通过internet进行远程控制2、可以通过WLAN局域网进行控制3、可以手动操控,Example to connect 3 RCUs with separate cables,单站使用单频双极化天线用CCU控制的连
12、接方式 可以使用一分三的分路器，往下连接一根控制电缆进行操控。,Example to connect 6 RCUs with separate cable,单站使用双频双极化天线用CCU控制的连接方式 可以使用一分三的分路器连接三个一分二的分路器，往下连接一根控制电缆进行操控。,操作时给所有基站配比相应的ID码，在操控室对所有基站进行操控。,标注1：RCU与CCU之间可以是通过符合ASIG2标准的控制线来连接也可以是通过SBT来连接。,标注2：NODE B之间CCU的连接是通过光纤来连接的。,Communication between OMC and CCU via Ethernet,交换控制
13、中心和基站之间的连接方式一：,Communication between OMC and CCU via fixed line,交换控制中心和基站之间的连接方式二：,Communication between OMC and CCU via wireless units,交换控制中心和基站之间的连接方式三：,6.3天线型号说明,4.5特型天线,所谓特型天线是指为解决特殊应用环境下覆盖问题而量身订做的天线。主要有：解决公路、铁路覆盖的公路双向天线解决远距离覆盖的窄波束高增益天线解决用户相对较少区域的广覆盖天线,4.5-1解决公路、铁路覆盖的公路双向天线,沿公路、铁路，若话务量很小，采用全向站的配
14、置，天线可采用全向天线变形的双向天线（例HTSX-08/09-14，用法如全向天线），它的双向3dB波瓣宽度为70，最大增益为14dBi。可节约一个天馈系统）其方向图为右图：,公路兼镇天线：HTD080921013,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：,4.5-2解决远距离覆盖的窄波束高增益天线,4.5-2.1超远距离覆盖的特点：在一些狭长区域、风景区，或者海域沿航向覆盖、江河上的覆盖都需要作一些超远距离覆盖。这些覆盖难度大、成本高，采用有源设备增加覆盖建设成
15、本特别高，采用一些特型天线来解决这些超远距离的覆盖，可以起到事半功倍之效。,4.5-2.2超远距离覆盖使用的特型天线 宽带高增益天线,天线型号：HTDBS093018/21主要技术指标：,4.5-2.3使用宽频高增益天线：,1、可以很大程度的提高基站的覆盖距离；2、和常规的15dB天线相比较，可以扩大一赔的覆盖范围，用于狭长区域的覆盖，可以节约基站的建设数量，降低网络建设的投入。,4.5-3、高层楼宇覆盖使用的特型天线 窄波束天线,4.5-3.1、高层楼宇覆盖的特点：在大中城市的中心区域，有大量的高大建筑，由于建设规格较高，或者一些孤立的高楼，信号太杂或者很弱，用室内分布解决成本太高，有时即使
16、运营商愿意投资但业主不允许建设等情况，属于网络覆盖中的难点和死点。,4.5-3.2、高层楼宇覆盖的解决方案,对于城市中的高层楼宇覆盖问题，除采用室内分布系统解决外，可以采用一系列的高增益、窄波束天线对高楼作室外覆盖，来解决室内的覆盖问题。这种方案投资成本低，操作方便，建设成本更低。这种情况我们早期在国内作过较多的现场案例。,采用垂直瓣宽：15、30、45度；水平瓣宽：8士2o；增益：18、20、21dB,窄波束定向天线,主要用于多栋楼宇的定向覆盖。,4.5-3.2高楼覆盖解决方案 采用高增益窄波束天线,4.5-3.3高楼覆盖天线立体方向图,4.5-4、广域覆盖使用的特型天线,4.5-4.1、广
17、域覆盖的特点：广域覆盖主要是指用户密度较低、而又特别分散需要作大面积覆盖的区域。例如：近海域覆盖，主要为近海渔民提供网络服务；人口稀少的草原、空旷郊区、地形平坦的农村区域，这些区域用户数量较少，但有一定的需求，需要作大面积广域覆盖。,4.5-4.2、广域覆盖使用的特型天线,在解决广域覆盖问题时可以使用一些宽波束天线，扩大基站的覆盖面积，降低运营商的网络建设投资，主要使用的特型天线型号有：HTDBS080910515；HTDBS080912016；,第五部分、基站天线应用选型指南,天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。在移动网络通信中从基
18、站天线到用户手机天线，或从用户手机天线到基站天线的无线连接，它的运行质量在整个网络运行质量中是一个至关重要的环节。天线虽然在整个天线组网建设中仅占经费比例的1%不到，但它在网络运行中所起到的作用却超过60%。可以说如果前期的天线选型工作没有做好，就不会有好的无线网络，更不会有高质量的无线移动通信服务。因此，要想得到良好的无线网络覆盖，天线的正确选型和应用显得尤为重要！,第五部分、基站天线应用选型指南,模型一 模型二模型三模型四模型五,模型六模型七 模型八模型九模型十,我们把全国的覆盖环境分为以下多个覆盖模型，来分析探讨在不同的覆盖模型下天线的选型问题。,5.1应用模型一,偏远郊区、落后农村覆盖
19、模型：5.1.1这种区域的用户分布以及覆盖特点是：用户疏散、不集中，建筑物以普通单层民房为主，属于移动通信的零散用户，周边由于地广人稀，绿化还比较到位，覆盖效果还随植被季节性变化受到一定的影响。在这种区域以广概覆盖为主，在该地区建网主要解决的是网络覆盖问题。这种区域在我们国家也越来越少。如下图所示:,模型图,5.1偏远郊区、农村覆盖模型：,5.1.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)全向天线:HTQ-08/09-11(0、3）2)定向单极化天线:HTDB08096518HTDB08099017,5.2应用模型二,郊区、农村住户的密集地覆盖模型：5.2.1这种区域的用户分布以及覆盖特点是：
20、这种覆盖区域主要是郊区农村、村庄的聚集地，建筑多是12层民房，建筑高度一般不超过3层，用户在村庄里还比较集中，但都属于低端用户，覆盖区域主要是村庄及连接村庄的乡村道路。在这种区域建网仍旧以解决的是网络覆盖问题为主。这种区域在我们国家还有一定的比例。而且在短期内不会减少，用户密度会随着老百姓生化的不断改善而越来越多。如下图所示:,模型图,5.2郊区、农村住户的密集地覆盖模型：,5.2.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)全向天线:HTQ-08/09-11(3、5）2)定向单极化天线:HTDB0809651718（0、3）HTDB0990173）定向双极化天线HTDBS0809651718（
21、0、3）HTDBS099017,5.3应用模型三,县城以及县级市地区的覆盖模型5.3.1这种区域的用户分布以及覆盖特点是：这种覆盖区域主要是新、老县城以及县城周边区域。建筑多是37层砖混结构民房，在县城中心区域会有少量超过10层的建筑，用户相对还比较集中，但都属于中、低端用户。在这种区域建网仍旧以解决的是网络覆盖问题为主，主要会通过宏蜂窝进行外围覆盖，对少数的高层建筑会通过室内分布来解决。这种区域在我们国家还有一定的比例，而且在短期内不会减少，随着时间的推移，这些区域逐渐会升级为小城市。如下图所示:,模型图,5.3县城以及县级市地区的覆盖模型,5.3.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)
22、定向单极化天线:HTDB08096517HTDB0990172）定向双极化天线HTDBS08096515、17（3、6）HTDBS099015、17（3、6）,5.4应用模型四,中、小城市的覆盖模型中小城市主要是指，人口相对集中，有一定的城市规模，主要是指西部、北部内陆城市以及沿海经济相对落后的城市。,模型图,5.4中小城市的覆盖模型,5.4.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)定向双极化天线HTDBS08096515、17（3、6）HTDBS099015、17（3、6）HTDBS186518（0、3、6）2）电调天线（以手动电调天线为主）HTDTBS0809651716153）美化天线
23、（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516,5.5覆盖模型五,大城市（省会）覆盖模型,西安钟鼓楼广场,模型图,武汉洪山广场,5.5大城市（省会）覆盖模型,5.5.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)定向双极化天线HTDBS08096515、16（3、6）HTDBS18651815（0、3、6）HTDBSS0918 6565 15162）电调天线（以手动电调天线为主）HTDTBS08096516153）美化天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516,5.6覆盖模型六,特大型大城市的覆盖模型(北京、上海、广州、深圳等）,模型图,广州火车站“风调雨顺”时的情景,广州
24、火车站节假日的情景,5.6特大型大城市的覆盖模型(北京、上海、广州等）,5.6.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)定向双极化天线HTDBS08096515、14（6）HTDBS18651815（3、6）HTDBSS0918 6565 15162）电调天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS08096515HTDTBS1865183）美化天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516,5.7覆盖模型七,快速发展型城市以及特区型城市的覆盖模型（主要是沿海经济开发区以及内陆大型城市设立的国家级开发区等）,模型图,深圳地王大厦,5.7快速发展型城市以及特区型城市的覆盖模型,5.7.2
25、该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)电调天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS08096515HTDTBS186518HTDTBSS0918 6565 14162）美化天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516HTDTBSS0918 6565 1416,5.8覆盖模型八,“城中村”覆盖模型“城中村”属于大城市中的一个特殊区域，一般属于即将拆迁原有村落，房子都是村民自己建造，没有统一规划，建筑物之间超密集，根本就没有楼间距的概念，高度一般都在37层，住户是以外来务工人员为主，属于用户密集区域，在这里居住的人员，几乎每人都有手机，属于建筑和人员都超密集的区域。,模型图,5.8“
26、城中村”覆盖模型,5.8.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)电调天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS08096515HTDTBS186518HTDTBSS0918 6565 14162）美化天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516HTDTBSS0918 6565 1416,5.9覆盖模型九,展览馆、会议中心、体育中心等区域的覆盖模型特点：这些区域属于用户随时间性变化特明显的区域，在某一时间段用户特别密集，在该时间段后用户用户有非常少。对这种区域的覆盖除了现场使用应急通信车以外，对周边的宏基站使用遥控或者集中控制的电调天线进行覆盖是最佳方案。,模型图,中国国家体育馆鸟
27、巢,模型图,5.9展览馆、会议中心等区域的覆盖模型,5.9.2该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)电调天线（以遥控、集中控制电调天线为主）HTDTBS08096515HTDTBS186518HTDTBSS0918 6565 14162）美化天线（以遥控电调天线为主）HTDTBS0809651516HTDTBSS0918 6565 1416,5.10覆盖模型十,海域覆盖模型海域覆盖主要分为两种类型：其一是：近海域覆盖。近海域覆盖主要是保证近海区域的面覆盖，服务于港口码头以及近海渔民。其二是：沿航向覆盖。主要是覆盖海上运输航线，属于线覆盖。,模型图近海覆盖,中国海洋国土面积300多万平方公里,
28、5.101近海域覆盖模型,5.101该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)定向双极化天线HTDBS08096518（0、3）HTDBS08099017（0、3）2）电调天线HTDTBS08096518HTDTBS08099017,模型图航线覆盖,5.102航线覆盖模型,5.102该覆盖模型区域所使用的主要天线类型:1)定向双极化天线HTDBS08096518HTDBS080930212）电调天线HTDTBS08096518HTDTBS08093021,第六部分：附录,天线驻波对覆盖的影响基站覆盖范围缩小的原因分析天线型号说明,6.1天线驻波对覆盖的影响,电压驻波比（VSWR）对网络的影响：V
29、SWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比 3.0 25%2.15dB 40%2.0 11%0.86dB 18%1.8 8%0.67dB 14%1.5 4%0.36dB 8.0%1.4 2.8%0.21dB 4.7%1.3 1.7%0.13dB 2.9%1.2 0.8%0.07dB 1.1%,6.2基站覆盖范围缩小的原因分析,前面我们我们分析了影响基站覆盖的各种因素，这些因素都属于设备正常工作情况下影响覆盖的因素。下面我们再简单的分析一下一些非正常原因对基站覆盖造成的影响。我们现在遇到运营商反馈最多的问题是：一个基站在刚建好后,覆盖、工作都正常，但是工作半年以后会随着时间的推移，基站的覆盖范
30、围会越来越小。就此问题我们下面进行分析和讨论。,影响基站覆盖范围缩小的原因分析,影响基站覆盖范围缩小的原因分析1、基站功率的调整2、基站覆盖环境的变化新建筑物的阻挡3、附着植被的季节性变化4、基站覆盖区域内的用户增加（主要是CDMA网络）5、基站天馈系统部分发生异常造成基站覆盖范围的缩小 上面前四条原因也同样属于正常原因，第五条原因是我们在工程应用中最常见的问题，也是我们下面要重点讨论的问题。在分析之前，我们先认识一下基站的天馈系统：,基站天馈系统示意图,影响基站覆盖范围缩小的原因分析,在上面示意图中，从天线到机房的机柜顶的连接都属于基站天馈系统。除了正常原因会影响基站覆盖范围缩小外，在基站的
31、天馈系统还会有以下非正常原因造成基站覆盖范围的缩小：1、基站天线安装不够紧固，经过大雨大风的冲击，会使天线的安装角度发生变化，改变基站的覆盖范围。,影响基站覆盖范围缩小的原因分析,2、由于长期的风吹摇动，使连接天线与主馈线的条线长时间的摇动，使馈线基站天线安装不够紧固，经过大于大风的冲击，会使天线的安装角度发生变化，改变基站的覆盖范围。,影响基站覆盖范围缩小的原因分析,3、由于昼夜温差变化，接头中吸入空气中的水蒸气而凝结成冷凝水，在馈线接头中而聚集起来，增大了天馈系统的损耗，而影响了基站的覆盖范围。,以上三个原因是影响基站覆盖范围变小的最主要原因，当然这些原因也都属于工程原因所造成。,电调天线型号：手动遥控集中控制,GSM900：HTDTBS09 65 15161718GSM900：HTDTBS09 90 1416GSM/CDMA：HTDTBS0809 65 15161718GSM/CDMA：HTDTBS0809 90 1416GSM1800：HTDTBS18651517183G天线：HTDTBS17216515161718GSM9001800：HTDTBSS0918 6565 1415 161718GSMCDMA3G全频天线：HTDTBSS08091721656514151617,谢谢！,
