关于G、C两网基站天馈共用的实验

2019-11-03 09:24:24

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供稿：网友

作者：惠州联通移动部吕锦康颜永恒陈昆
　　
　　摘要：本文重点研究移动通信网络基站建设中碰到的两个问题：1、站点天线安装受空间环境或业主关系的限制；2、GSM、CDMA共站的两网天线产生的干扰。并给出使用GSM、CDMA两网基站天馈共用的解决方法和可行性研究。
　　
　　一、绪论
　　
　　1、问题来源
　　
　　中国联通正在大力发展CDMA网络，原GSM网络的基站选点、天线摆放、天线方向角和俯仰角等要素都是经过多年的网优经验调整到现在的格局，CDMA要重新规划一个网络，从无线覆盖和容量来说，部分区域基本上可以按照GSM网络结构进行基站布点，同时使用GSM基站的天线高度、方向角、俯仰角。
　　
　　但是，在联通公司的早期阶段，由于没有估计到CDMA会在什么时候投入商用，因此在当初GSM基站的规划中，对基站选点、机房选择、天面租赁、铁塔设计等方面都没有考虑CDMA设备的摆放以及GSM、CDMA天线隔离等问题，并由此引发出CDMA建设的麻烦，出现以下情况：
　　
　　※ 基站天面位置狭小，无法再立CDMA天线杆，物业协调困难，只能将CDMA天线安装在GSM天线杆上GSM天线的下方。为了保障CDMA的覆盖效果，或者由于天线杆不够高，GSM、CDMA两网的天线上下互相挨着，两网垂直隔离度不足（如天线杆高6米，两网天线分别长2米，共4米，除去天面墙的1米高度，天线杆的空余只有1米），CDMA下行信号（前向信号，中心频率878.49MHz、带宽1.25MHz）对GSM上行信号（890.201MHz-915.201MHz）造成干扰，导致覆盖区域的GSM网络质量下降。
　　
　　※ 基站天线位置狭小，GSM、CDMA两网天线共用一个天线杆，垂直隔离度足够，但天线安装的位置在天线杆的斜拉支撑杆的固定位置上，导致无法将CDMA天线方向角调整到GSM天线相同的方向角上，影响了设计的覆盖目的。
　　
　　※ 铁塔只预留了GSM天线摆放的一层平台，CDMA天线只能摆放在塔身，CDMA与GSM的隔离足够，但由于铁塔本身不够宽，CDMA天线各扇区之间的隔离不足，导致CDMA网络质量下降。
　　
　　※ 铁塔两层平台之间相差10米以上，在天线方向角、俯仰角相同的情况下，摆放在下层的天线形成的覆盖面远比上层天线的覆盖面低。为了保证覆盖距离，只好调小下层天线的俯仰角，使基站附近不远处的深度覆盖受到损害。我们曾经测试过这样一个基站的室内信号，安装在上层平台的天线的网络信号比安装在下层平台的天线的网络信号强5-10dB。
　　
　　归根结底，我们需要解决的问题有两种：即站点的天线安装受空间环境或业主关系的限制，以及GSM、CDMA共站的两网天线所产生的干扰。
　　
　　2、解决方案
　　
　　使用GSM、CDMA两网天馈共用合路器和宽频天线，使GSM、CDMA网络使用同一根天线工作。
　　
　　二、实验过程及分析
　　
　　1、共用合路器性能分析
　　
　　由800-900M双网天馈共用合路器S参数特性可知，通过双网天馈共用合路器的CDMA信号在频带外的抑制为82dB，GSM信号在频带外的抑制为85dB。
　　
　　国家无委对杂散信号的要求如下：C网发射信号落在G网接收带内的杂散为-67dBmW，而G网接收机灵敏度为-104dBmW，加上9dB保护抑制，因此，C、G网的天线隔离为104dBm+9dB-67dBm ＝ 46dB；同样道理，G网发射机带外杂音也对C网接收机造成干扰，要求G、C网天线的隔离度大于104dBm+9dB -36dB ＝ 77dB。
　　
　　双网天馈共用合路器符合国家无委要求，信号差损0.3dB，对通过的信号衰减不大。
　　
　　2、站点选定及安装
　　
　　选择湖镇电力作为本次实验的基站。
　　
　　■ 湖镇电力基站的背景
　　
　　早期建设的GSM基站铁塔只有一个平台，铁塔的结构只允许在距离GSM平台下约15米的地方建设第二个平台来布放CDMA天线，从而导致两网天线高度相差15米，这在很大程度上降低了CDMA天线的覆盖范围和深度覆盖效果。
　　
　　通过使用CDMA、GSM共用天线可大幅提高CDMA天线的高度，从而提高C网的覆盖范围和覆盖效果。
　　
　　■ 天线的更换及参数设定
　　
　　在5月8日上午12：00对天线逐扇区进行更换，17：00三扇区天线更换完毕。在更换过程中使用了双网合路器进行天馈线的合用，参数设置如表1、2所示。
　　
　　表1 更换前天线类型和参数设置
　　

CDMA					GSM
方向角		下倾角	天线类型	挂高	方向角	下倾角	天线类型	挂高
S1	50	0	Andrew 16dBi/90/ 单极化	25m	50	2		40m
S2	180	0		25m	170	2		40m
S3	300	0		25m	300	2		40m

　　
　　表2 更换后天线类型和参数设置
　　

方向角		下倾角	天线类型	挂高	天线型号	频率范围
S1	50	2	RFS 17.5dBi/65°/单极化	40m	AP906516-2T0	824-960MHZ
S2	180	2		40m
S3	300	2		40m

　　
　　3、天线更换前后路测数据及OMCR统计数据对比
　　
　　■ CDMA基站天线更换前后覆盖效果对比
　　
　　在更换天线前，CDMA基站天线由于站址只有25米高，而基站周围房屋的高度也有20米左右，站址又在湖镇的镇中心，因此信号在距离基站稍远地方的衰减很大，覆盖范围极为有限，图1为第二扇区的覆盖图。【注】由于当时GPS故障，只取回了第二扇区的数据。
　　

　　
图1 更换天线前的手机接收电平值覆盖图
　　
　　更换天线后，由于天线挂高比原来高出15米，且天线增益由16dbi变为17.5dbi，因此覆盖效果明显提高。图2为更换天线后的手机接收电平值覆盖效果图，图3为更换天线前CDMA基站覆盖效果图（EC/IO），图4为更换天线后CDMA基站覆盖效果图（EC/IO）。
　　

　　
图2 更换天线后的手机接收电平值覆盖图
　　

　　
图3 更换天线前CDMA基站覆盖效果图（EC/IO）
　　

　　
图4 更换天线后CDMA基站覆盖效果图（EC/IO）
　　
　　从接收电平、EC/IO覆盖图的对比可以明显地看到，更换天线后，CDMA基站的覆盖效果得到了很大的改善，这说明更换此类天面狭窄基站天线的效果是明显的。
　　
　　■ CDMA基站天线更换前后OMCR统计对比
　　
　　图5、6、7为湖镇电力CDMA基站天线更换前后几天从OMCR取得的话务量、掉话次数、接入失败率等基站话务量的统计结果。通过统计对比不难发现，在5月8日更换天线后基站的话务量有略微增长，掉话次数有所下降，呼叫次数略有上升，接入失败率有下降的趋势，证明我们对特殊基站天线的更换具有明显的改善效果。
　　
　　5月10日、11日为双休日，话务量却与更换前保持同一水平，说明话务量是增长的。
　　

图5 湖镇电力CDMA基站话务量统计对比图
　　

图6 湖镇电力CDMA基站掉话次数统计对比图
　　

　　
图7 湖镇电力CDMA基站接入失败率统计对比图
　　
　　■ GSM基站天线更换前后覆盖效果对比
　　
　　图8、9为更换天线前后GSM基站的覆盖效果。
　　

　　
图8 更换天线前GSM基站的RxlevFull路测图

　　
图9 更换天线后GSM基站的RxlevFull路测图
　　
　　从路测结果来看，G网RxlevFull指标并没有很大差别，均达到了更换前的指标。
　　
　　■ GSM基站天线更换前后OMCR统计对比
　　
　　表3为天线更换前、后忙时（19:00-20:00）的话务统计结果。【注】更换天线完成时间为5月8日17:00，取5月7日-5月9日忙时话统，天线更换前后结果没有很大差别。
　　
　　表3 天线更换前后的忙时话务统计结果

　　
　　三、结论
　　
　　通过以上实验可以得出以下结论：
　　
　　1、更换天线后，天线搬到上层平台的CDMA基站的覆盖范围得到扩大，覆盖效果得到提高，各项统计指标均有好转趋势。
　　
　　2、更换天线后，原先天线就在上层平台的GSM基站的覆盖范围几乎没有变化，覆盖效果、统计指标均与未更换前的情况持平。
　　
　　3、对于原来使用单极化天线的两网基站而言，使用双网天馈共用合路器和宽频天线可节省六根天线和馈线窗到天线段馈线，无需增加天线杆，无需再次与业主协商增加天面使用面积，既节省资源，又降低了工程难度，提高了整体施工效率。
　　
　　4、双网天馈共用合路器和转接头的衰减在允许的范围内。
　　
　　由此说明，天线更换方案具有明显的改善效果。
　　
　　在使用双网天馈共用合路器和宽频天线时，需要注意以下几点：
　　
　　1、在使用前，对该站点进行设备检查和网络优化，确保没有设备问题和网优的原因导致网络覆盖和质量达不到设计目标，确定是否需要使用双网天馈共用合路器和宽频天线。
　　
　　2、该站点的GSM、CDMA基站的覆盖目的必须相同，即天线高度、方向角、俯仰角一致。
　　
　　3、使用高层天线位置作为宽频天线的安装位置。
　　
　　4、注意安装工艺，尤其双网天馈共用合路器部份，安装不当会导致信号衰减过大，影响效果。
　　
　　5、对于在网运行的基站更换天线，要在话务量最低的非忙时进行调整。
　　
　　四、规划建议
　　
　　在天线安装受空间环境或业主关系限制的站点，以及GSM、CDMA两网天线产生干扰的站点可以使用本文推荐的技术，而在覆盖目的不一致的地方和城区话务量密集地区，则不建议使用该技术。

　　由CHINA通信网组稿

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