分布式射灯天线在小区深度覆盖中的应用研究

作者:中国电信集团有限公司廊坊分公司 郭晓明 责任编辑:吕萌 2020.05.21 07:30 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)随着城镇不断扩大,大型小区、高层小区逐年增多,仅依靠宏基站难以达到预期覆盖效果,而使用传统的平层室分覆盖,造价又太高。如何在保障网络能力的条件下,对居民小区进行低成本有效覆盖的建设,成为现阶段运营商比较关注的问题。

当前,居民小区的覆盖方式可分为宏站覆盖、小区分布(射灯天线)方式覆盖、室内分布方式覆盖及几种方式的混合。多层小区及12层以下的小高层以宏站覆盖为主;大型小区优先采用宏站或室内外协同方式混合覆盖;在宏站覆盖不到的地方采用小区分布滴灌式覆盖;宏站与小区分布无法解决的高端小区的塔楼,采用室内平层覆盖。

分布式射灯天线的覆盖方式

针对小区覆盖,目前采用较多的是分布式射灯小区分布的覆盖方式,其一般采用射灯天线等特型天线,运用多种覆盖方式对目标小区进行覆盖,力求在最佳投资性价比的基础上完善全方位覆盖能力。

假设射灯安装于楼顶或外墙互打方案进行覆盖:设定居民区为整齐排列的板状楼宇,纵深10~15m,楼高分别为18米、30米、45米、60米,楼间距分别为30米、50米、80米;采用双极化射灯天线,水平波瓣宽度为30度,垂直波束宽度为60度,天线增益为14.5dBi,射灯天线安装在小区内部楼宇楼顶或外墙,天线对打覆盖对面楼宇;通过不同的下倾角设置,计算一面双极化天线在不同楼间距,估算对住宅楼全楼的覆盖情况。

传播模型采用经典COST231-Hata模型,水平覆盖楼宇高度和垂直覆盖楼宇高度参数及计算数值如下所述(实际路损建议根据覆盖场景和实际测试数据进行修正)。

水平覆盖楼宇宽度

住宅楼水平覆盖情况如表1所示,覆盖楼宇长度(水平波瓣30°,增益为14.5dBi):先根据楼间距计算一面双极化天线的覆盖长度,再根据楼宇实际长度预估需要安装的天线数量,可考虑30%的旁瓣覆盖余量(楼间距较大时信号衰减严重,不建议考虑旁瓣覆盖)。

同理,换成一面单极化板状天线时,覆盖楼宇长度(水平波瓣60°,增益为11dBi):先根据楼间距计算一面双极化天线的覆盖长度,再根据楼宇实际长度预估需要安装的天线数量(水平宽波瓣天线增益较低,楼间距较大时信号衰减严重,不建议采用)。

1 住宅楼水平覆盖情况

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垂直覆盖楼宇高度

覆盖楼宇高度(垂直波瓣60°,增益为14.5dBi):根据链路预算计算公式(终端接收功率=天线输出功率+增益-自由空间损耗-遮挡损耗-衰落余量)计算出在不同楼间距(30m、50m、80m),在射灯增益为14.5dBm,天线口功率为6dBm时,射灯能至多覆盖20~24层。在覆盖楼层超过24层时,为保证全覆盖,需采用低层射灯、低层室内平层天线进行补充覆盖。

典型小区覆盖案例

以HT小区为例,对比小区分布的覆盖方式和室内分布平层覆盖方式以及在投资上的差异,从而在经济性方面对后续方案提出更有建设性的建议。

HT居民小区有19栋33层楼宇,排列整齐,为阵列型小区。该小区楼间距50米,北侧距离约388米有一个基站(如图1所示)。天线为双极化射灯天线,天线出口功率为6dBm~9dBm,下倾角45度,天线增益:14dBi~15dBi,采用双极化射灯天线+宏站补充覆盖,将射灯天线放于楼顶覆盖垂直覆盖全楼。水平方向根据天线的波瓣角计算覆盖。

1 小区楼宇效果图

相比室内平层覆盖方式,射灯式小区分布可以大幅度降低投资成本。笔者实际对比了新建单路平层和新建小区分布两种建设方案的投资估算(参考某省招标文件中所提供的室内分布案例设计要求、设备材料价格表、概预算编制原则、室内分布施工取费标准),小区分布造价1.6元/平方米,平层覆盖在3.8元/平方米(如表2所示)。

2 新建平层和小区分布方案单位造价对比

小区分布采用双极化射灯双通道,房间内有一定优势;以15楼东单元东户的测试为例(如图2所示),中上层的客厅主卧等南侧房间均优于平层覆盖;北侧房间略差也能达到不错的效果;在底层不放置天线的情况下,底层覆盖效果较差。不同楼层的信号覆盖效果如表3所示。

图片1.png

2 室内信号测试

3 不同楼层覆盖效果

综合对比效果看,对于普通小区,可以采用射灯天线等小区分布方式解决,无论从经济性、工期及施工便利性等方面,均具有较大优势,同时可满足区域内大部分用户需求;而对于高端小区,建议采用小区分布+室内分布结合方式,实现区域内信号的全覆盖,打造精品网。

对于居民小区的深度覆盖,应根据楼宇高低、分布的形态、楼宇结构等类型选择适合的覆盖方式及方法。例如:多层小区应选宏站覆盖;高层选择小区分布或与宏站混合的覆盖方式;排列整齐的宜选用射灯分散型,环抱形的宜选射灯集中型;楼宇下面有条件放置射灯天线的,应尽量选择上下覆盖,效果更好。

小区分布射灯天线的覆盖能力,应根据楼间距与射灯天线的下倾角综合判断,如果下倾角过大,通过链路预算难以测算准确,结合模拟测试更为科学合理。


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