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【摘要】当服务小区天线和同频小区天线俯仰角同时调整为10o～16o时，小区C/I状况良好，但θ在14o以上时，小区覆盖范围中部出现凹陷，整个覆盖范围收缩较厉害，因此服务小区天线俯仰角在10o～12o时覆盖图较为理想。如果服务天线的俯仰角固定不变并较小时，干扰天线的俯仰角较小就能得到较好的C/I效果。
【关键词】网络优化；天线；俯仰角
前言
在蜂窝移动通信系统中，为了满足话务量的增加，系统将不断扩容，而由于采用频率复用技术，系统内小区半径将逐渐缩小，网络中将出现同频干扰现象，降低同频干扰成为网络优化的主要内容。目前，降低同频干扰的方法很多，例如：降低发射功率、降低天线高度、调整天线俯仰角、分集接收及频率配置的优化等。从工程实施方便的角度出发，较多采用降低发射功率、降低天线高度和调整天线俯仰角这几种方法。在工程中，考虑到前期工程和本期工程衔接紧密，如果立即降低已装基站的天线高度，会形成重复施工的浪费现象，所以在根据地形情况及密集市区的基站数量激增的情况下，考虑网络优化其中一种调整天线俯仰角的技术来改善网络质量，避免同频干扰现象的出现。
调整天线俯仰角是降低蜂窝移动通信网中同频干扰的一项重要措施，天线俯仰角的调整会改变小区覆盖范围，但是并非天线俯仰角越大越好。科研人员发现基站天线俯仰角调整时天线水平方向图会出现畸变现象，甚至当俯仰角达到一定程度时，水平方向图的主瓣会出现凹陷，同时副瓣场强会相应增大，反而增加了对同频小区的干扰。
1.天线俯仰角计算方法
当天线俯仰角调整时，设天线方向图的主瓣最大值处向下倾斜θ角，则偏离主瓣最大值的波束下倾ψ角，如图1所示。
由图1可知，不同偏离角处波束的倾角各不相同，其关系为：
tgψ=（rsinφtgθ）/r=sinφtgθ
ψ=arctg（sinφtgθ） （1）
计算传播路径损耗时，采用Okumura—Hata模式，在大城市中：
L=69.55+26.6lgf-13.82lgHb+（44.9-6.55lgHb）lgd-a（Hm）（dB）
（2）
A（Hm）=3.2[lg（11.75Hm）]2-4.97（f≥400MHz）
式中：f—工作频率（MHz）；
Hb—基站天线高度（m）；
Hm—移动台天线高度（m）；
d—基站和移动台之间的距离（km）；
a（Hm）—修正因子
采用式（1）并结合图2所示120o定向天线方向图来分析天线俯仰角对辐射场的影响，由式（1）计算覆盖场强情况。由图2分析调整天线俯仰角对覆盖的影响：
2.场强覆盖分析
假设天线高度为50m，天线增益为0dB，天线辐射方向图如图2所示，天线俯仰角取不同值时（0o，5o，10o，14o，16o，18o），天线辐射水平方向场强覆盖如图3所示：随着天线俯仰角增大，天线主波束正前方场强将迅速降低，而偏离天线主波束的区域变化较小。由式（1）可知，当天线俯仰角为θ角时，天线主波束下倾θ角，而偏离中心波束的某区域，实际波束下倾角为ψ=tg-1（（rsinφtgθ）/r）=tg-1（sinφtgθ），（式中φ=90o-θ），θ一定时，随着φ的增大，ψ将减小，即波束实际倾角减小。所以在天线俯仰角调整时，主波束的覆盖范围收缩较快，而离主波束范围较远的区域，覆盖范围收缩较慢。因此当调整天线俯仰角时天线方向图就会出现畸变现象。实际测量的结果是：当倾角大于12o时，主波束正前方受到抑制，当俯仰角为16o时，主波束正前方出现凹陷并明显畸变。随着俯仰角的增大，凹陷现象会越来越严重，以至天线水平方向图出现分裂，这样对C/I和覆盖的控制都不利。
由图2（a）所示知，当天线俯仰角大于24o时，将出现副瓣，副瓣的出现，会增加对同频小区的干扰。综上所述，天线俯仰角的调整是有一定的范围要求的，并不是俯仰角越大越好。
3.同频小区载干比（C/I）分析
当服务小区天线和同频小区天线同时下倾0o、5o、10o、12o、14o、16o、18o、19o时的C/I值，如图3所示：
图3 服务小区天线和同频小区天线同时下倾时的C/I分布
由图3可知：当天线俯仰角为16o时，C/I>18dB的区域最大，即抗同频干扰情况最好。当天线俯仰角小于16o时C/I大于18dB的区域有明显的特点：一是主波束覆盖区域向外扩展很慢；二是偏离主波束的部分向外扩展较快。
4.结束语
当服务小区天线和同频小区天线俯仰角同时调整为10o～16o时，小区C/I状况良好，但θ在14o以上时，小区覆盖范围中部出现凹陷，整个覆盖范围收缩较厉害，因此服务小区天线俯仰角在10o～12o时覆盖图较为理想。如果服务天线的俯仰角固定不变并较小时，干扰天线的俯仰角较小就能得到较好的C/I效果。
当然，移动通信网中服务小区的干扰源实际不止一个，则需要综合考虑每个干扰源对服务小区的影响。同时对于不同的天线，C/I的情况也是不同的，網络优化是个需要考虑诸多综合因素来采取措施的技术，本人在此也仅限于初步摸索，仍然有待于积累新的知识。
作者简介：杨华，男，2000年毕业于西安电子科技大学，2000-2003供职于中国通讯第二工程局，2003年至今供职于中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西移动GSM网无线扩容工程项目负责人，甘肃移动2009年GSM网扩容工程项目总负责人。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】网络优化；天线；俯仰角
前言
在蜂窝移动通信系统中，为了满足话务量的增加，系统将不断扩容，而由于采用频率复用技术，系统内小区半径将逐渐缩小，网络中将出现同频干扰现象，降低同频干扰成为网络优化的主要内容。目前，降低同频干扰的方法很多，例如：降低发射功率、降低天线高度、调整天线俯仰角、分集接收及频率配置的优化等。从工程实施方便的角度出发，较多采用降低发射功率、降低天线高度和调整天线俯仰角这几种方法。在工程中，考虑到前期工程和本期工程衔接紧密，如果立即降低已装基站的天线高度，会形成重复施工的浪费现象，所以在根据地形情况及密集市区的基站数量激增的情况下，考虑网络优化其中一种调整天线俯仰角的技术来改善网络质量，避免同频干扰现象的出现。
调整天线俯仰角是降低蜂窝移动通信网中同频干扰的一项重要措施，天线俯仰角的调整会改变小区覆盖范围，但是并非天线俯仰角越大越好。科研人员发现基站天线俯仰角调整时天线水平方向图会出现畸变现象，甚至当俯仰角达到一定程度时，水平方向图的主瓣会出现凹陷，同时副瓣场强会相应增大，反而增加了对同频小区的干扰。
1.天线俯仰角计算方法
当天线俯仰角调整时，设天线方向图的主瓣最大值处向下倾斜θ角，则偏离主瓣最大值的波束下倾ψ角，如图1所示。
由图1可知，不同偏离角处波束的倾角各不相同，其关系为：
tgψ=（rsinφtgθ）/r=sinφtgθ
ψ=arctg（sinφtgθ） （1）
计算传播路径损耗时，采用Okumura—Hata模式，在大城市中：
L=69.55+26.6lgf-13.82lgHb+（44.9-6.55lgHb）lgd-a（Hm）（dB）
（2）
A（Hm）=3.2[lg（11.75Hm）]2-4.97（f≥400MHz）
式中：f—工作频率（MHz）；
Hb—基站天线高度（m）；
Hm—移动台天线高度（m）；
d—基站和移动台之间的距离（km）；
a（Hm）—修正因子
采用式（1）并结合图2所示120o定向天线方向图来分析天线俯仰角对辐射场的影响，由式（1）计算覆盖场强情况。由图2分析调整天线俯仰角对覆盖的影响：
2.场强覆盖分析
假设天线高度为50m，天线增益为0dB，天线辐射方向图如图2所示，天线俯仰角取不同值时（0o，5o，10o，14o，16o，18o），天线辐射水平方向场强覆盖如图3所示：随着天线俯仰角增大，天线主波束正前方场强将迅速降低，而偏离天线主波束的区域变化较小。由式（1）可知，当天线俯仰角为θ角时，天线主波束下倾θ角，而偏离中心波束的某区域，实际波束下倾角为ψ=tg-1（（rsinφtgθ）/r）=tg-1（sinφtgθ），（式中φ=90o-θ），θ一定时，随着φ的增大，ψ将减小，即波束实际倾角减小。所以在天线俯仰角调整时，主波束的覆盖范围收缩较快，而离主波束范围较远的区域，覆盖范围收缩较慢。因此当调整天线俯仰角时天线方向图就会出现畸变现象。实际测量的结果是：当倾角大于12o时，主波束正前方受到抑制，当俯仰角为16o时，主波束正前方出现凹陷并明显畸变。随着俯仰角的增大，凹陷现象会越来越严重，以至天线水平方向图出现分裂，这样对C/I和覆盖的控制都不利。
由图2（a）所示知，当天线俯仰角大于24o时，将出现副瓣，副瓣的出现，会增加对同频小区的干扰。综上所述，天线俯仰角的调整是有一定的范围要求的，并不是俯仰角越大越好。
3.同频小区载干比（C/I）分析
当服务小区天线和同频小区天线同时下倾0o、5o、10o、12o、14o、16o、18o、19o时的C/I值，如图3所示：
图3 服务小区天线和同频小区天线同时下倾时的C/I分布
由图3可知：当天线俯仰角为16o时，C/I>18dB的区域最大，即抗同频干扰情况最好。当天线俯仰角小于16o时C/I大于18dB的区域有明显的特点：一是主波束覆盖区域向外扩展很慢；二是偏离主波束的部分向外扩展较快。
4.结束语
当服务小区天线和同频小区天线俯仰角同时调整为10o～16o时，小区C/I状况良好，但θ在14o以上时，小区覆盖范围中部出现凹陷，整个覆盖范围收缩较厉害，因此服务小区天线俯仰角在10o～12o时覆盖图较为理想。如果服务天线的俯仰角固定不变并较小时，干扰天线的俯仰角较小就能得到较好的C/I效果。
当然，移动通信网中服务小区的干扰源实际不止一个，则需要综合考虑每个干扰源对服务小区的影响。同时对于不同的天线，C/I的情况也是不同的，網络优化是个需要考虑诸多综合因素来采取措施的技术，本人在此也仅限于初步摸索，仍然有待于积累新的知识。
作者简介：杨华，男，2000年毕业于西安电子科技大学，2000-2003供职于中国通讯第二工程局，2003年至今供职于中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西移动GSM网无线扩容工程项目负责人，甘肃移动2009年GSM网扩容工程项目总负责人。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文