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【摘要】 本文主要应用龙勃透镜天线，利用其具有多波束、方向性强等特点实施高密度小区覆盖方案，提升单个宏站的容量和用户感知，减少新增站址资源，达到“降本增效”的目的，解决学校等业务热点区域LTE网络无线资源利用率高，上网速率慢，用户感知差，扩容困难的问题。
【关键词】 龙勃透镜天线 高容量场景 校园场景 高密度组网
一、概述
随着国家“提速降费”政策的实施，电信运营商不断的降低移动通信流量价格，移动网络的流量业务高速发展，网络直播、网络短视频、网络游戏等大量数据应用涌现，LTE网络的容量问题日益明显;另一方面5G网络尚未普及，5G用户终端的占比还比较低，5G网络分流量较小。因此解决高校等热点区域的LTE网络的容量问题仍是近期提升用户感知的重点。
而从网络侧来看，为提高LTE网络容量一般采用室分小区分裂、宏站增加异频小区扩容或增加物理站址的方式。随着移动通信网络组网密度的增加，通过上述组网方式来提升容量的瓶颈也越来越明显。特别是宏站扩容方式面临着运营商频段有限、基站干扰严重、物理站址协调困难等问题。
随着龙勃透镜天线技术成熟，其具有更适合多波束，辐射单元更少，馈电网络更简单，可靠性更高，用电更少，功耗更低，重量更轻等特点。本文基于龙勃透镜天线多波束的特点，研究高密度小区覆盖方案，提升单点宏站的容量和用户感知，减少新增站址资源，达到“降本增效”的目的。
二、龙勃透镜天线介绍
龙勃透镜，也叫龙伯透镜，英文名Luneburg lens。這种透镜的模型最早由美国数学家鲁道夫·卡尔·卢纳伯格（Rudolf Karl Luneburg）在1944年提出。龙勃透镜工作原理与光学透镜聚焦原理相似，利用多层介质球体的折射特性，将单个天线单元的低增益、宽波束的电磁波信号汇集成高增益、窄波束的电磁波信号。不同于普通透镜宽频的焦点不在同一物理位置上，龙伯透镜满足超宽频的焦点都在同一个位置。接收信号时，把平面波通过透镜层层折射后聚焦为一点，被馈源接收;发射信号时，在透镜焦点处置一信源发射电磁波后，通过透镜折射后变成平面波。
龙勃透镜天线采用低介电常数的轻质发泡材料，在发泡材料之间填充特殊人工合成材料，使球体的介电常数由内向外渐变，其特点体积小，重量轻，带宽宽，极化特性好，辐射单元简单，损耗小，天线整体效率高，安装简单便捷。与常规板状天线比较，总体上来讲，龙勃透镜天线具有设计简单，重量轻，体积小，风阻小的特点。
目前龙勃透镜天线有单波束天线、 多波束天线、赋形天线三种。
单波束天线具有增益高，在3.5G频段可达25dBi的特点。与板状天线相比，同等增益的龙勃透镜天线有效覆盖距离增加50%以上;同等增益下垂直波宽比板状天线宽2.5倍以上，有利于强信号深度覆盖，特别适用于狭长的地带纵深覆盖，如桥梁，隧道，高铁等场景。
多波束天线具有端口隔离度高;方向图边缘滚降陡，水平旁瓣低，波束间的干扰小;容易实现立体多波束，所有波束的增益一致，覆盖更均匀;天线整体损耗小，效率高;水平波束指向在整个频段内固定不变;每个单元形成一个波束，设计简单，天线可靠性高;天线重量轻等特点。特别适合场馆、车站、广场、高校、应急通信车等场景。
赋形天线易于实现特殊场景覆盖的赋形方向图具有馈电网络简单;天线整体损耗小;天线效率高;天线的体积小，重量轻的特点。特别适用于高铁，高速公路 ，场馆等特殊场景覆盖。
三、龙勃透镜天线在高容量场景的应用验证
3.1应用环境
河南科技职业大学占地1200多亩，建筑面积38万多平方米，拥有专任教师800多人，全日制在校生11000余人，校内有教学楼、宿舍楼、食堂、操场等多个场景，是典型的热点区域、高容量场景。校内LTE网络覆盖方式为：以6个宏站做广覆盖、每栋宿舍楼做室内分布吸热的形式部署。目前校内LTE网络覆盖良好，室内分布系统以小区分裂的形式做了扩容，网络利用率基本正常，用户感知良好。部分宏站目前虽已做了带外扩容，但网络利用率仍然居高不下，用户感知较差，急需改善容量问题。
3.2试点龙勃透镜天线选型
根据龙勃球天线的参数特性，本次测试使用的两个龙勃透镜天线是4波束天线，每个波束的水平半功率角30度，垂直半功率角30度，分别替换北操场南基站第一扇区和南操场东基站第三扇区，进行高密度覆盖。替换后北操场南基站第一扇区采用4个波束每个波束1个1800MhzRRU，另外第一波束合路一个2100Mhz RRU的形式，共使用了5个RRU，总带宽140M，理论容量是之前1800MhzRRU+2100MhzRRU部署方式的2.8倍;南操场东基站第三扇区采用4个波束每个波束1个2100MhzRRU的形式，共使用了4个RRU，总带宽80M，理论容量是之前单1800MhzRRU部署方式30M带宽的2.67倍。
3.3应用效果评估
经过龙勃透镜天线改造，并对校园的LTE网络覆盖进行了一轮优化后，在学校里进行DT扫频测试，并对改造前后的指标进行了对比分析如下。
3.3.1天线改造前后覆盖对比
更换龙勃球天线后，通过DT测试，北操场南基站周围平均RSRP由-78.07DBm提升至-75.04DBm，提升3.03DBm，大于-85DBm采样点占比由72.7%提升到83.4%，提升10.7%;南操场东基站周围平均RSRP由-79.15DBm提升至-75.18DBm，提升3.97DBm，大于-85DBm采样点占比由74.8%提升到81.6%，提升6.8%。;基站周边的覆盖明显改善。
3.3.2天线改造前后干扰对比 更换龙勃球天线后，北操场南基站周围平均SINR由7.15提升至8.36，提升1.21，SINR大于6采样点占比由56.4%提升到70.7%，提升14.3%;南操场东基站周围平均SINR由7.09提升至8.49，提升1.4，SINR大于，6采样点占比由51.2%提升到60.3%，提升9.1%。;基站小区间的干扰情况得到了有效控制。
3.3.3天线改造前后感知对比
在更换龙勃球天线后，北操场南基站周围速率由38.83Mbps提升至54.13Mbps，提升15.3Mbps，速率小于5Mbps采样点占比由15.3%减少到4.5%，降低10.8%;南操场东基站周围平均速率由20.18Mbps提升至30.57Mbps，提升10.39Mbps，速率小于5Mbps采样点占比由34.5%减少到16.4%，降低18.1%。。
对天线改造前投诉过上网速度慢、玩游戏卡顿的12名校内用户进行回访，用户全部表示满意。其中10名用户表示上网或玩游戏体验正常，2名用户表示上网速度有改善。
3.3.4天线改造前后日均流量对比
通过查询网管指标，天线改造为龙勃透镜天线前北操场南基站和南操场东基站日均总流量397.6GB，改造后提升为日均649.3GB，提升63.3%。
3.3.5天线改造前后PRB资源利用率对比
天线改造前两基站的平均PRB资源利用率最大值73.21%，天线改造后两基站PRB资源利用率变化较平缓，最大值为41.24%，基站资源的整体利用率高的情况得到缓解。同时由于龙勃透镜天线的覆盖性能较好，可以对室内流量进行吸收，有效的解决了校园高容量场景的潮汐效应问题。
四、结束语
通過对河南科技职业大学北操场南和南操场东两个基站的高业务小区进行普通平板天线替换为4波束龙勃透镜天线改造后的指标对比，表明在高容量场景龙勃透镜天线相对传统平板天线具有覆盖效果好、干扰控制容易、容量大、能有效解决容量潮汐效应等优点，能够提升网络覆盖水平和质量，改善用户体验，降低用户投诉。在实际应用中也要注意到目前龙勃透镜天线的成本较高，需要综合考虑多种其他容量解决方案。
参 考 文 献
[1]曾召华，LTE基础原理与关键技术，西安电子科技大学出版社，2010.
[2]张明和，深入浅出4G网络—LTE/EPC，人民邮电出版社，2016.
[3]董江波.无线网络规划设计类工具实操指南[M].北京：人民邮电出版社，2020：56-62.
[4]刘威.无线网络技术[M].北京：电子工业出版社，2012：45-51.
[5]周峰，高峰，张武荣，等移动通信天线技术与工程应用[M1.北京：人民邮电出版社，2015：73-76.
[6] Joseph JC.实用天线手册[M].刘佳琪，张生俊，王明亮，等译北京：电子工业出版社，2015：61-64.
【关键词】 龙勃透镜天线 高容量场景 校园场景 高密度组网
一、概述
随着国家“提速降费”政策的实施，电信运营商不断的降低移动通信流量价格，移动网络的流量业务高速发展，网络直播、网络短视频、网络游戏等大量数据应用涌现，LTE网络的容量问题日益明显;另一方面5G网络尚未普及，5G用户终端的占比还比较低，5G网络分流量较小。因此解决高校等热点区域的LTE网络的容量问题仍是近期提升用户感知的重点。
而从网络侧来看，为提高LTE网络容量一般采用室分小区分裂、宏站增加异频小区扩容或增加物理站址的方式。随着移动通信网络组网密度的增加，通过上述组网方式来提升容量的瓶颈也越来越明显。特别是宏站扩容方式面临着运营商频段有限、基站干扰严重、物理站址协调困难等问题。
随着龙勃透镜天线技术成熟，其具有更适合多波束，辐射单元更少，馈电网络更简单，可靠性更高，用电更少，功耗更低，重量更轻等特点。本文基于龙勃透镜天线多波束的特点，研究高密度小区覆盖方案，提升单点宏站的容量和用户感知，减少新增站址资源，达到“降本增效”的目的。
二、龙勃透镜天线介绍
龙勃透镜，也叫龙伯透镜，英文名Luneburg lens。這种透镜的模型最早由美国数学家鲁道夫·卡尔·卢纳伯格（Rudolf Karl Luneburg）在1944年提出。龙勃透镜工作原理与光学透镜聚焦原理相似，利用多层介质球体的折射特性，将单个天线单元的低增益、宽波束的电磁波信号汇集成高增益、窄波束的电磁波信号。不同于普通透镜宽频的焦点不在同一物理位置上，龙伯透镜满足超宽频的焦点都在同一个位置。接收信号时，把平面波通过透镜层层折射后聚焦为一点，被馈源接收;发射信号时，在透镜焦点处置一信源发射电磁波后，通过透镜折射后变成平面波。
龙勃透镜天线采用低介电常数的轻质发泡材料，在发泡材料之间填充特殊人工合成材料，使球体的介电常数由内向外渐变，其特点体积小，重量轻，带宽宽，极化特性好，辐射单元简单，损耗小，天线整体效率高，安装简单便捷。与常规板状天线比较，总体上来讲，龙勃透镜天线具有设计简单，重量轻，体积小，风阻小的特点。
目前龙勃透镜天线有单波束天线、 多波束天线、赋形天线三种。
单波束天线具有增益高，在3.5G频段可达25dBi的特点。与板状天线相比，同等增益的龙勃透镜天线有效覆盖距离增加50%以上;同等增益下垂直波宽比板状天线宽2.5倍以上，有利于强信号深度覆盖，特别适用于狭长的地带纵深覆盖，如桥梁，隧道，高铁等场景。
多波束天线具有端口隔离度高;方向图边缘滚降陡，水平旁瓣低，波束间的干扰小;容易实现立体多波束，所有波束的增益一致，覆盖更均匀;天线整体损耗小，效率高;水平波束指向在整个频段内固定不变;每个单元形成一个波束，设计简单，天线可靠性高;天线重量轻等特点。特别适合场馆、车站、广场、高校、应急通信车等场景。
赋形天线易于实现特殊场景覆盖的赋形方向图具有馈电网络简单;天线整体损耗小;天线效率高;天线的体积小，重量轻的特点。特别适用于高铁，高速公路 ，场馆等特殊场景覆盖。
三、龙勃透镜天线在高容量场景的应用验证
3.1应用环境
河南科技职业大学占地1200多亩，建筑面积38万多平方米，拥有专任教师800多人，全日制在校生11000余人，校内有教学楼、宿舍楼、食堂、操场等多个场景，是典型的热点区域、高容量场景。校内LTE网络覆盖方式为：以6个宏站做广覆盖、每栋宿舍楼做室内分布吸热的形式部署。目前校内LTE网络覆盖良好，室内分布系统以小区分裂的形式做了扩容，网络利用率基本正常，用户感知良好。部分宏站目前虽已做了带外扩容，但网络利用率仍然居高不下，用户感知较差，急需改善容量问题。
3.2试点龙勃透镜天线选型
根据龙勃球天线的参数特性，本次测试使用的两个龙勃透镜天线是4波束天线，每个波束的水平半功率角30度，垂直半功率角30度，分别替换北操场南基站第一扇区和南操场东基站第三扇区，进行高密度覆盖。替换后北操场南基站第一扇区采用4个波束每个波束1个1800MhzRRU，另外第一波束合路一个2100Mhz RRU的形式，共使用了5个RRU，总带宽140M，理论容量是之前1800MhzRRU+2100MhzRRU部署方式的2.8倍;南操场东基站第三扇区采用4个波束每个波束1个2100MhzRRU的形式，共使用了4个RRU，总带宽80M，理论容量是之前单1800MhzRRU部署方式30M带宽的2.67倍。
3.3应用效果评估
经过龙勃透镜天线改造，并对校园的LTE网络覆盖进行了一轮优化后，在学校里进行DT扫频测试，并对改造前后的指标进行了对比分析如下。
3.3.1天线改造前后覆盖对比
更换龙勃球天线后，通过DT测试，北操场南基站周围平均RSRP由-78.07DBm提升至-75.04DBm，提升3.03DBm，大于-85DBm采样点占比由72.7%提升到83.4%，提升10.7%;南操场东基站周围平均RSRP由-79.15DBm提升至-75.18DBm，提升3.97DBm，大于-85DBm采样点占比由74.8%提升到81.6%，提升6.8%。;基站周边的覆盖明显改善。
3.3.2天线改造前后干扰对比 更换龙勃球天线后，北操场南基站周围平均SINR由7.15提升至8.36，提升1.21，SINR大于6采样点占比由56.4%提升到70.7%，提升14.3%;南操场东基站周围平均SINR由7.09提升至8.49，提升1.4，SINR大于，6采样点占比由51.2%提升到60.3%，提升9.1%。;基站小区间的干扰情况得到了有效控制。
3.3.3天线改造前后感知对比
在更换龙勃球天线后，北操场南基站周围速率由38.83Mbps提升至54.13Mbps，提升15.3Mbps，速率小于5Mbps采样点占比由15.3%减少到4.5%，降低10.8%;南操场东基站周围平均速率由20.18Mbps提升至30.57Mbps，提升10.39Mbps，速率小于5Mbps采样点占比由34.5%减少到16.4%，降低18.1%。。
对天线改造前投诉过上网速度慢、玩游戏卡顿的12名校内用户进行回访，用户全部表示满意。其中10名用户表示上网或玩游戏体验正常，2名用户表示上网速度有改善。
3.3.4天线改造前后日均流量对比
通过查询网管指标，天线改造为龙勃透镜天线前北操场南基站和南操场东基站日均总流量397.6GB，改造后提升为日均649.3GB，提升63.3%。
3.3.5天线改造前后PRB资源利用率对比
天线改造前两基站的平均PRB资源利用率最大值73.21%，天线改造后两基站PRB资源利用率变化较平缓，最大值为41.24%，基站资源的整体利用率高的情况得到缓解。同时由于龙勃透镜天线的覆盖性能较好，可以对室内流量进行吸收，有效的解决了校园高容量场景的潮汐效应问题。
四、结束语
通過对河南科技职业大学北操场南和南操场东两个基站的高业务小区进行普通平板天线替换为4波束龙勃透镜天线改造后的指标对比，表明在高容量场景龙勃透镜天线相对传统平板天线具有覆盖效果好、干扰控制容易、容量大、能有效解决容量潮汐效应等优点，能够提升网络覆盖水平和质量，改善用户体验，降低用户投诉。在实际应用中也要注意到目前龙勃透镜天线的成本较高，需要综合考虑多种其他容量解决方案。
参 考 文 献
[1]曾召华，LTE基础原理与关键技术，西安电子科技大学出版社，2010.
[2]张明和，深入浅出4G网络—LTE/EPC，人民邮电出版社，2016.
[3]董江波.无线网络规划设计类工具实操指南[M].北京：人民邮电出版社，2020：56-62.
[4]刘威.无线网络技术[M].北京：电子工业出版社，2012：45-51.
[5]周峰，高峰，张武荣，等移动通信天线技术与工程应用[M1.北京：人民邮电出版社，2015：73-76.
[6] Joseph JC.实用天线手册[M].刘佳琪，张生俊，王明亮，等译北京：电子工业出版社，2015：61-64.