2023/1/141第2章

網絡覆蓋優化

本章要點無線電波傳輸天線原理和使用網絡覆蓋的評估指標2023/1/1422.1

天線的基本知識一、天線的基本特性

1、天線輻射的方向圖

方向性指天線向一定方向輻射電磁波的能力對接收天線表示天線對來自不同方向的電波的接收能力方向圖天線方向的選擇性常用方向圖來表示工程設計中一般使用二維方向圖無線網絡優化中需使用三維方向圖2023/1/1432.1

天線的基本知識二維方向圖2023/1/1442.1

天線的基本知識三維方向圖2023/1/1452.1

天線的基本知識2、波束寬度方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣波束寬度：在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角10dB波束寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強度降低10dB（功率密度降至十分之一）的兩個點間的夾角.

主瓣波束寬度越窄，方向性越好，抗干擾能力越強2023/1/1462.1

天線的基本知識2023/1/1472.1

天線的基本知識3、天線增益天線功率增益表示在某特定方向上能量集中能力天線增益指在相同輸入功率下，天線在最大輻射方向上某點產生的輻射功率密度和將其用參考天線替代后在同一點產生的輻射功率密度之比參考天線為全方向性天線(在所有方向上輻射功率密度都均勻相同)：增益用dBi表示參考天線為半波振子天線:增益用dBd表示同一個天線用dBd和dBi分別表示時的轉換關系為：0dBd=2.15dBi2023/1/1482.1

天線的基本知識天線中的振子其實就是諧振單元，振子的尺寸要和接收或發射的信號波長尺寸對應才能達到最大效果。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子；每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子

。2023/1/1492.1

天線的基本知識各向同性輻射器：在所有方向上，輻射強度相等的理想無耗天線。2023/1/14102.1

天線的基本知識4、天線駐波比

駐波比是表示饋線與天線匹配程度的指標。

傳輸線(或饋線)：連接天線和發射(或接收)機輸出(或輸入)端的導線，用來傳送電磁波信號的。2023/1/14112.1

天線的基本知識饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收,饋線上只有入射波，沒有反射波。天線和饋線不匹配時，負載只能吸收部分能量,入射波的一部分能量反射回來形成反射波。駐波比越高，表示阻抗越不匹配，一般情況下做到駐波比小于1.5就算可以了。

2023/1/14122.1

天線的基本知識5、天線的極化

極化用于描述電磁波中電場的方向，分為單極化和雙極化。即電磁波中電場的方向就是天線的極化方向。移動通信中一般采用單極化全向天線（垂直極化）和雙極化定向天線。2023/1/14132.1

天線的基本知識2023/1/14142.1

天線的基本知識

極化的作用在于可以選擇性地接收極化波，或是對極化波進行隔離。垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發生極化損失。例如：當用+45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時，等等情況下，都要產生極化損失。當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。2023/1/14152.1

天線的基本知識雙極化天線是在一副天線罩下水平線極化與垂直線極化做在一起的天線。它既能收發水平極化波，又能收發垂直極化波，有利于節省天線的數量。2023/1/14162.1

天線的基本知識6、天線下傾運用天線下傾技術可以有效控制天線的覆蓋范圍，減小系統內的干擾。

天線下傾主要是改變天線的垂直方向圖主瓣指向，使垂直方向圖的主瓣信號指向覆蓋小區，而垂直方向圖的零點或副瓣對準受其干擾的同頻小區。2023/1/14172.1

天線的基本知識

天線下傾剪輯師可以通過兩種方式實現：機械下傾：通過機械裝置調節天線向下傾斜所需角度電下傾：通過調節天線各振子單元相位(相控陣天線技術)，使天線垂直方向圖主瓣下傾一定角度，而天線本身仍保持和地面成垂直放置的位置2023/1/14182.1

天線的基本知識2023/1/14192.1

天線的基本知識7、天線前后比天線方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比前后比值越大，天線定向接收性能就越好以dB表示的前后比=10log（前向功率/反向功率）典型值為25dB左右。前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。2023/1/14202.1

天線的基本知識2023/1/14212.1

天線的基本知識二、基站天線的類型

1、全向天線在水平各個方向上功率均勻地輻射，水平方向圖的形狀基本為圓形，典型增益值是6~9dBd。

2、定向天線定向天線的水平和垂直輻射方向圖是非均勻的，輻射功率或多或少集中在一個方向，典型增益值是9~16dBd。2023/1/14222.1

天線的基本知識2023/1/14232.1

天線的基本知識2023/1/14242023/1/14252023/1/14262023/1/14272.2

移動通信的電波傳播特性2023/1/14282.2移動通信的電波傳播特性電波傳播方式2023/1/14292.2

移動通信的電波傳播特性

1)直射波電波傳播過程中沒有遇到任何的障礙物,直接到達接收端的電波,稱為直射波。直射波更多出現于理想的電波傳播環境中。

2)反射波電波在傳播過程中遇到比自身的波長大得多的物體時,會在物體表面發生反射,形成反射波。反射常發生于地表、建筑物的墻壁表面等。

2023/1/14302.2

移動通信的電波傳播特性

3)繞射波電波在傳播過程中被尖利的邊緣阻擋時,會由阻擋表面產生二次波,二次波能夠散布于空間,甚至到達阻擋體的背面,那些到達阻擋體背面的電波就稱為繞射波。由于地球表面的彎曲性和地表物體的密集性,使得繞射波在電波傳播過程中起到了重要作用。

4)散射波電波在傳播過程中遇到障礙物表面粗糙或者體積小但數目多時,會在其表面發生散射,形成散射波。散射波可能散布于許多方向,因而電波的能量也被分散于多個方向。

2023/1/14312.3

移動信道的特征電波傳播現象2023/1/14322.3

移動信道的特征多徑衰落,或稱多徑效應，移動通信電波傳播最具特色的現象。無線電波在傳輸過程中會受到地形、地物的影響而產生反射、繞射、散射等,從而使電波沿著各種不同的路徑傳播,這稱為多徑傳播。由于多徑傳播使得部分電波不能到達接收端,而接收端接收到的信號也是在幅度、相位、頻率和到達時間上都不盡相同的多條路徑上信號的合成信號,因而會產生信號的頻率選擇性衰落和時延擴展等現象,這些被稱為多徑衰落或多徑效應。2023/1/14332.3

移動信道的特征

所謂頻率選擇性衰落是指信號中各分量的衰落狀況與頻率有關,即傳輸信道對信號中不同頻率成分有不同的、隨機的響應。由于信號中不同頻率分量衰落不一致,因此衰落信號波形將產生失真。

2023/1/14342.3

移動信道的特征所謂時延擴展是指由于電波傳播存在多條不同的路徑,路徑長度不同,且傳輸路徑隨移動臺的運動而不斷變化,因而可能導致發射端一個較窄的脈沖信號在到達接收端時變成了由許多不同時延脈沖構成的一組信號。 時延擴展可直觀地理解為在一串接受脈沖中,最大傳輸時延和最小傳輸時延的差值,即最后一個可分辨的延時信號與第一個延時信號到達時間的差值。2023/1/14352.3

移動信道的特征移動臺接收信號的強度隨移動臺的運動產生隨機變化(即衰落),這種變化的周期從幾分之一秒至幾小時不等。因此移動通信電波傳播中的衰落又常分為慢衰落和快衰落兩種。

慢衰落(也稱長期衰落)指的是接收信號強度隨機變化緩慢,具有十幾分鐘或幾小時的長衰落周期。慢衰落主要是由電波傳播中的陰影效應以及能量擴散所引起的,具有對數正態分布的統計特性。

快衰落(也稱短期衰落或多徑衰落)指的是接收信號強度隨機變化較快,具有幾秒鐘或幾分鐘的短衰落周期。快衰落主要是由電波傳播中的多徑效應所引起的,具有萊斯分布或瑞利分布的統計特性。當發射機和接收機之間有視距路徑時一般服從萊斯分布,無視距路徑時一般服從瑞利分布。2023/1/14362.3

移動信道的特征陰影效應（盲區）：某些特定區域中，電波被吸收后被反射而使移動臺接收不到信息。路徑損耗是上述現象的一個綜合結果,指的是信號從發射天線經無線路徑傳播到接收天線時的功率損耗。2023/1/14372.3

移動信道的特征

自由空間的傳播衰耗

自由空間是理想空間，是相對介電常數和導磁率均為1的均勻介質所存在的空間。

自由空間的路徑損耗Lbs計算公式為：

Lbs=32.45+20lgd（km）+20lgf（MHz）

2023/1/14382.4

電波傳播的路徑損耗預測

2.4.1

地形地物的分類

準平滑地形

1)地形的分丘陵地形類和定義不規則地形孤立山岳

傾斜地形

水陸混合地形

開闊區

2)地物的分郊區類和定義市區

2023/1/14396.1

電波傳播特性

2.4.2

準平坦地形電波傳播損耗中值

(1)市區傳播衰耗中值的預測

2023/1/1440

(2)郊區和開闊區的傳播衰耗中值

2023/1/14412.4.4任意地形地區電波傳播損耗中值

任意地形地物的信號中值（或傳播衰耗中值）的預測

⑴自由空間的傳播衰耗

Lbs=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)

(2)準平滑地形市區的傳播衰耗中值LT為：

LT=Lbs

+Am（f、d）-Hb（hb、d）-Hm（hm、f）

如果發射機送至天線的發射功率為PT，則準平滑地形市區接收信號功率中值PP為：

PP=PT-LT

=PT-Lbs-Am（f、d）+Hb（hb、d）+Hm（hb、f）

2023/1/1442(3)任意地形地物情況下的傳播衰耗中值LA為：

LA=LT-KT

LT為準平滑地形市區的傳播衰耗中值，

KT為地形地物的修正因子，

KT=Kmr+QO+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks

(4)任意地形地物情況下接收信號的功率中值PPCPPC=PP+KT

2023/1/14432.5分集接收技術概念：是研究如何利用多徑信號來改善系統的性能。它利用多條具有近似相等的平均信號強度和相互獨立衰落特性的信號路徑來傳輸相同信息，并在接收端對這些信號進行適當的合并以便大大降低多徑衰落的影響，從而改善傳輸的可靠性。2023/1/1444☆分集技術：方法有空間分集，時間分集和頻率分集等

2023/1/1445☆合并技術：有選擇式合并、最大比合并、等增益合并以及開關

式合并等四種。

選擇式合并就是將M個接收機的輸出信號送入選擇邏輯，選擇邏輯從M個接收信號中選出具有最高基帶信噪比的基帶信號作為輸出信號。最大比合并就是將M個分集支路經過相位調整后，按適當的增益系數同相相加，再送入檢測器。等增益合并是最大比合并的一種特殊情況。開關式合并是監視接收信號的瞬時包絡，當本支路的瞬時包絡低于預定門限時，將天線開關置到另一條支路上。2023/1/14462.6

噪聲

2.6.1.噪聲的分類與特性

2.6.2.人為噪聲

2023/1/14472.6.1噪聲的分類與特性2023/1/14482.6.1噪聲的分類與特性內部噪聲是系統設備本身產生的各種噪聲。外部噪聲又包括自然噪聲和人為噪聲,這些噪聲也屬于隨機噪聲。2023/1/14492.6.2人為噪聲

人為噪聲是指各種電氣裝置(如電動機、電焊機、電氣開關等)中電流或電壓發生急劇變化而形成的電磁輻射。這種噪聲電磁波除直接輻射外,還可以通過電力線傳播,并由電力線和接收機天線間的電容性耦合而進入接收機。在移動信道中,人為噪聲主要是車輛的點火噪聲。汽車的流量越大,這種人為噪聲的影響就越大。

2023/1/1450

互調干擾

鄰道干擾同頻干擾

2.7干擾2023/1/1451互調干擾互調干擾：兩個或多個干擾信號作用于非線性器件，產生與有用信號頻率相接近的組合頻率，從而對接收機造成的干擾即為。

在實際組網時，可根據具體情況采用無三階互調信道組，分區分組分配法，等頻距分配法。

2023/1/1452減小發射機互調干擾可采取以下措施：

①盡量增大發射機間的耦合損耗LC。當各發射機共用一副天線時，應加入單向隔離器件，如3dB定向耦合器、單向環行器等；在發射機輸出端和饋線之間插入高Q值的帶通濾波器，增大頻率隔離度；發射機、共用器、饋線、天線之間必須良好地匹配；選用良好的饋線等。②為了減小移動臺發射機互調干擾，應采用移動臺自動功率控制系統。③選用無三階互調信道組工作。

減小發射機互調干擾2023/1/1453減小接收機互調可采取以下措施：①提高接收機的射頻互調抗拒比，一般要求優于70dB。如：高放、混頻級采用平方律器件；提高輸入回路的選擇性、高放增益不宜過高、接收機采用抗干擾性強的方案等。②移動臺發射機采用自動功率控制系統；減小無線小區半徑、降低最大接收電平等。③選用無三階互調信道組工作。

減小接收機互調2023/1/1454鄰道干擾是指相鄰或相近信道之間的干擾。發射機調制邊帶擴展干擾鄰道干擾發射機邊帶輻射。

2023/1/1455發射機調制邊帶擴展干擾是指語音信號經調頻，它的某些邊帶頻率落入鄰近信道所形成的干擾。發射機邊帶輻射是指存在于發射機載頻兩側的噪聲，頻譜很寬，可能在數MHz范圍內對接收機產生干擾。發射機邊帶輻射的大小，主要取決于振蕩器、倍頻器的噪聲、IDC電路和調制電路的噪聲以及電源脈動、脈沖等引起的噪聲。

2023/1/1456同頻干擾是指相同載頻電臺之間的干擾。在電臺密集的地方，若頻率管理或系統設計不當，就會造成同頻干擾。

同頻干擾

同頻單工方式的同頻干擾示意圖

網絡覆蓋的評估指標GSM網絡覆蓋標準：Rx_Power≥-90dBmCDMA網絡覆蓋標準：Ec/Io≥-12dB且Rx_Power≥-90dBm且Tx_Power≤15dBmRx_PowerGSM系統中，Rx_Power表示在工作頻點上接收的電平強度。CDMA系統中，Rx_Power表示在整個1.2288MHz帶寬上總的接收功率。Ec/IoEc/Io指每碼片信號能量與總功率密度之比。在CDMA系統中，Ec/Io反映了信號的干擾水平。Tx_Power在CDMA系統中，移動臺發射電平Tx_Power反映網絡的反向覆蓋能力。無線網絡覆蓋的問題及優化弱覆蓋問題及優化對于G網來說，如果DT和CQT指標顯示Rx_Power弱，對于C網來講，如果顯示Rx_Power弱、Tx_Power高，同時Ec/Io較差，說明該區域屬于弱覆蓋區域。1.調整天線方位角對于不在天線主覆蓋方向的，可以調整天線方位角，使天線水平波瓣的主瓣正對覆蓋區，增強信號強度。例題2-5：在日常投訴處理中發現，某市的望都樓小區出現用戶投訴，通過現場測試，望都樓小區的室內接收電平Rx_Power為-90dBm，信號較弱，通話質量較差。問題分析與解決：通過分析，該小區屬于新建居民小區，周圍最近的基站A的2扇區方位角為310度，由于小區剛剛建成，天線主瓣方向沒有正對小區，造成小區內信號較弱，引起投訴。解決方案是對基站A的2扇區天線方位角進行調整，將基站A的方位角由310度調整為270度，使其主波瓣正對該居民小區（見圖2-17）。調整后，經測試，該小區室內信號達到-72dBm，通話質量良好，弱覆蓋問題得到解決。2.調整天線傾角例題2-6：在GSM網絡例行測試時發現某村莊的Rx_Power介于-88～-95dBm之間，通話時常常發生掉話。問題分析與解決：發現問題地區周邊基站的分布如圖2-18所示。其中基站A距離該村莊1.5km,其余基站距離該村莊都在2km以上。但是在測試中發現在該村莊基站A的信號強度并沒有明顯強于基站B、C、D,因而決定對基站A進行現場勘查。基站D基站B基站C基站A村莊經現場勘查發現，基站A的1扇區天線掛高為55米，方位角為150度，其水平波瓣的主瓣方向基本正朝向該村莊，因而不需要調整；其傾角為6度，可以計算出，其覆蓋半徑約為520米，可見其傾角設置偏大。根據測量，基站A、C之間距離為4.2km，按照相鄰基站覆蓋到站距2/3的原則（相鄰基站之間有一定的重疊覆蓋區域以保證覆蓋的連續性），可知基站A的2扇區天線傾角應設置為：θ=arctan(h/R)+2=arctan[55/(4200*0.67)]+2

≈3度根據上述計算結果，將基站A的第二扇區天線傾角由6度調整為3度，問題得到解決。3、增加基站發射功率

例題2-7：某市下伍旗鎮位于比較偏遠的農村地區，CDMA網絡在下伍旗鎮建設有1個基站，但由于與周邊其它基站站距較大，下伍旗鎮境內仍有一些地區覆蓋質量較差問題分析與解決：下伍旗基站距離周邊的五百戶等基站的站距均在6-10km左右，下伍旗基站與周邊幾個基站之間均不能形成連續覆蓋。由于站距較大，通過天線參數調整的手段已經無法解決周邊地區的弱覆蓋問題。由于該地區人口稀少，經濟較不發達，既有基站的話務量很低，因而不適合通過增建基站來解決此處的問題。經詢問基站設備生產廠家，該廠家生產的大功率CDMA基站可達到80w的發射功率，考慮可將原來20w發射功率的基站用80w發射功率的基站替代。更換基站后，下伍旗基站的覆蓋范圍明顯增大，較好地解決了周邊弱覆蓋的問題。4、增加第四扇區如果基站周邊的用戶分布比較分散，三個扇區無法照顧到各個方向的用戶群，而且基站的話務量較高，可以考慮在該基站增加第四扇區來解決覆蓋和容量的問題。例題2-8：通過測試發現，某市的樂群公寓內信號較弱，屬于弱覆蓋區。附近的基站B周邊是校園，教學樓、宿舍樓、居民小區分布密集。問題分析與解決：樂群公寓位于基站B的0扇區和2扇區之間，加上樓體的阻擋，雖然距離基站不遠，但室內信號較弱。如果將0扇區天線的方位角調整到樂群公寓方向，則影響到目前0扇區方向的覆蓋質量。考慮到該基站話務量也很高，因而決定采取在基站B上增加一個扇區的方法來解決問題。這樣基站B由三個扇區變為了四個扇區，同時解決了覆蓋問題和容量問題。5.增建基站對于距離基站較遠、面積較大且有一定用戶群體的弱覆蓋區域，可以考慮向網絡規劃部門提出新建基站的建議方案，通過增建基站解決。例題2-9：某縣城在縣城周邊地區新建了一些居民小區，原來的平房被改建成居民樓。其中寶鑫景苑小區的居民入住后，出現手機通信困難的情況，紛紛向通信運營公司提出投訴。問題分析與解決：根據現場勘查了解到，該小區規模較大，以6-7層居民樓為主。距該小區最近的基站是寶坻圖書館基站，直線距離大約1500m5.增建基站對于距離基站較遠、面積較大且有一定用戶群體的弱覆蓋區域，可以考慮向網絡規劃部門提出新建基站的建議方案，通過增建基站解決。例題2-9：某縣城在縣城周邊地區新建了一些居民小區，原來的平房被改建成居民樓。其中寶鑫景苑小區的居民入住后，出現手機通信困難的情況，紛紛向通信運營公司提出投訴。問題分析與解決