【word】 无线移动网智能天线的建设与运行优化

【word】 无线移动网智能天线的建设与运行优化 无线移动网智能天线的建设与运行优化 2011.6数据通信 技术交流 TechnologyDiscussion 无线移动网智能天线的建设与运行优化 郝高麟(哈尔滨电信规划设计院哈尔滨150016) 摘要:主要分析TTD—scDMA系统建设中采用智能天线技术的优越性,并从各项性能指标包括覆盖,增 益,成本等方面进行了测试分析,同时结合影响无线网天馈系统性能的原因和网络优化存在的问提出了优化措施 和方法,从而得出TD—SCDMA智能天线的建设,运行和维护优化的最佳,对提高网络的覆盖和通信质量奠定了 基础. 关键词:智能天线;时变误差;主瓣;导频污染;驻波比;权重因子 1影响天馈系统的原因和网络优化中的问题 智能天线技术具有提高系统容量及频谱效率, 降低系统干扰和扩大系统的覆盖范围等优点,特别 是在TD—SCDMA系统中,由于其上下行链路的对称 性,使智能天线技术得到很好的发挥和应用.根据以 往智能天线建设的经验,在TD—SCDMA无线网智能 天线的建设,运行和维护中必须注重智能天线的优 化,确保网络的覆盖和通信质量的稳定运行. 天馈系统的性能指标较多,在日常维护中两个 指标容易劣化,一是天馈系统的驻波比增高,二是天 线增益下降.造成这两个重要指标下降的原因主要 有几个方面:(1)影响天馈系统性能的主要原因:天 线安装不,天线的俯仰角和方位角与设计不符; 馈线,跳线安装不规范;天馈系统受潮进水;天线的 外罩积结尘垢较多,造成驻波比特性不稳定.(2)无 线网络优化中的主要问题:覆盖区域改变产生新的 覆盖需求;施工及调整难度大存在安全风险;公共信 道的干扰影响网络的覆盖;特殊场景的优化较为复 杂和困难. 2天馈系统优化的重点和措施 天馈系统优化一般分为前后期优化:前期优化 是工程建设优化,优化的主要内容是根据区域基站 密度,覆盖效果及话务负荷的要求,选择合适的天线 类型以达到预期的网络效果;后期优化是无线网络 维护期的优化,使其处于良好的工作状态;对不适合 的天馈系统进行调整或更换. 2.1定期巡检对天馈系统的优化 定期巡检.通过检查天馈系统的故障或存在的 问题,特别是天馈系统指标劣化,一般数据分析难以 发现.做好天馈系统的定期巡检,建立完整详实的基 站天馈系统数据库,主要包括天线的方位角,挂高, 增益,驻波比以及馈线的驻波比,损耗等重要指标. 这些数据是定期巡检判定天馈系统是否正常的重要 依据. 2.2DT/CQT~U试对天馈系统的优化 网络DT/CQT~{试是无线网络质量综合评价的 重要手段,是对天馈系统进行优化的直接依据,主要 解决天馈系统在日常使用中出现的劣化或故障等问 题.借助DT或CQTbI!rj试对天馈系统优化的关键是建 立DT/cOT测试的基准数据库.一般情况下,将一期 工程验收时的DT/c0T测试结果作为基准数据库; 其次制定DT/CQT~{I]试作业,定期对网络尤其 是重点区域进行DT/CQT测试,并将测试结果与基 准数据库对比分析,判断天馈系统是否存在问题. 2.3无线网络指标对天馈系统的优化 无线网络指标具体包括话务掉话比,掉话率,每 信道话务量,分配失败率,无线接通率,信道干扰等. 收稿日期:2011-09-2043 圈翟望!…一 定期对指标进行综合分析,找出某基站的超超忙 小区以及最坏小区,有针对性地提出天馈系统的优 化方案并加以实施. 2.4用户投诉对天馈系统的优化 用户投诉是反映网络存在问题的最佳途径,也 是天馈系统优化的直接依据对每个用户投诉定期 汇总综合分析.集中区域进行重点DT/C0T测试分 析.用户投诉一般分两类:老用户投诉主要反映信号 逐步变差或无信号:新用户主要反映信号弱.两类情 况对天馈系统优化采取的方案不同,前者往往是天 馈系统劣化所致,需对天馈系统进行修复优化;后者 需校对天线参数或更换天线来解决. 2.5典型场景智能天线建设选型的优化 在后期优化中,当原有的天线通过调整达不到优 化要求时必然涉及天线选型问题天线选型优化是根 据不同的地形地貌,用户分布以及话务分配情况选择 合适的天线.在实际工作中,分密集城区,一般城区, 农村地区,铁路及公路沿线四种情况来选择. 目前.基站天线主要采用8阵元和6阵元智能天 线如何在网络建设初期既保证网络性能指标.又节 约成本将成为运营商面临的重大挑战智能天线在 性能上8阵元天线tL6阵元天线具有一定的优势6阵 元和8阵元天线覆盖外场对比测试:理论上若均为上 行覆盖受限.6阵元和8阵元天线的理论覆盖差别为 1.25dB.覆盖半径差距在8%左右:若均为下行覆盖受 限.6阵元和8阵元天线的理论覆盖差别为2.5dB.覆盖 半径差距在17%左右 实测结果:在几种不同业务下.6阵元智能天线 比8阵元智能天线的覆盖范围降低8%左右.属于上行 覆盖受限系统其中.城区环境相对复杂.实测相差比 例小于理论分析.郊区环境下实测差距与理论分析结 果基本吻合覆盖分析测试结果f见表11在成本上,6 阵元天线Lt8阵元天线低f见表21在无线网络的规划 建设中,对不同的典型环境应有不同的部署方案. 密集城区一般以宏蜂窝的方式实现室外覆盖. 为节省站址和投资.建网初期也可以使用宏蜂窝进 表16阵元$D8阵元天线覆盖分析测试结果 6阵元和8阵元天线覆盖距离相差业务类型 城区环境郊区环境 CSl22kbWs4.57%8.70% PS64kbit/s408%4.40% PS128kbit/s4-26%7.70% 44J 数据通信2011.6 表2不同场景下6阵元$n8阵元天线的建设成本对比 单位面积8阵元单位面积6建设 成本部署场景 天线建设成本元天线建设优选方案对 比 (估算)本(估算) 密集城区1O0%79%降低21%6阵元天线建设方案 一 般城区与初期选择8阵元天线建 1O0%95%差别不大设,扩容选择6阵元天缎城市郊 区 方案 农村地区lO0%l14%增加14%8阵元天线建设方案 行覆盖对于繁华商业区的覆盖.采用以特定街区覆 盖为目标的RRU或微蜂窝方式进行覆盖使用6阵元 天线解决方案可有效节约成本,工程实施快.一般城 区与密集城区的差别主要在建筑物的密度上.无线 传播环境相对简单建议也以宏蜂窝为主农村地区 由于话务密度较低.为节省成本.需要尽可能提高单 基站的覆盖能力网络建设使用8阵元天线方案可增 加覆盖能力.同时站址选择要尽可能满足重点地区 的定向覆盖高速公路上宏蜂窝站点可采用小容量 基站BBU+RRU.配合8阵元天线进行室外宏蜂窝的 广覆盖多个站点可采用级联方式连接到同一BBU. 以加大小区的覆盖范围.减少小区间的切换频率高 速铁路的用户集中在车内.可以使用固定的下行赋 形权值矢量.使覆盖为带状天线应选择水平波瓣角 窄(45o左右1,垂直波瓣角稍宽(10.1和8阵元增益高的 天线(15dBi或以上1 3无线网络优化的重点和措施 系统的无线网络优化工作主要通过调整各种相 关的无线网络工程参数和无线资源参数,来满足系统 现阶段对各种无线网络指标的要求丁程参数优化 主要通过机械调整天线的倾角,方向角和挂高等工 程参数或更换天线类型.甚至改变站址位置来达到 控制小区的覆盖范围.减少导频污染:无线资源参数 优化主要通过调整各种相关的无线资源参数.使网 络的接入成功率,切换成功率和掉话率等指标维持 在一个满意度上 3.1利用智能天线解决小区覆盖的优化 无线网络的优化主要分为两个阶段.网络开通 前的T程优化阶段和网络开通后的运维优化阶段. 覆盖优化主要解决弱覆盖,覆盖盲区,导频污染,越 区覆盖等问题优化手段主要包括对新建网络覆盖 情况的数据采集和分析,调整工程参数和公用信道 参数等 2011.6数据通信 采用调整广播波束赋形方式的流程和步骤如 下:(1)在网络全部开通或局部地区的基站已经形成 连续覆盖后.对需要覆盖的区域进行现场路测.分别 进行DT和CQT,采集路测数据;(2)对这些数据进行 分析.了解网络的PCCPCH覆盖情况.找出覆盖弱场 区,越区覆盖区和导频污染区等问题区域;(3)通过 结合Maplnfo,GoodeEarth等电子地图和TD—SCDMA 基站分布情况.判断问题区域应由哪个小区来覆盖. 确定相应小区的覆盖边界和覆盖区域形状:(4)根据 小区的边界和覆盖区域形状.确认广播波束的方向 图的大致形状.通过在仿真软件中进行仿真调整得 到每个阵元的广播波束赋形权值参数:(5)通过在 0MCR端配置相应小区智能天线的广播波束赋形权 值参数,对问题区域进行覆盖优化:(6)每次调整完 广播波束的赋形参数都要对网络按原有路线进行路 测.采集新的数据来验证优化效果是否达到预计的 水平.直到整个网络的指标达到满意度为止.以得到 最优的网络覆盖效果 3.2智能天线外场测试对整体网络性能的优化 对智能天线的测试可分为智能天线通信链路性 能测试和智能天线网络性能测试通信链路性能测 试主要关注在单小区情况下.智能天线在DOA跟踪, 天线上下行增益,干扰消除方面的性能:智能天线网 络性能验证一般需要在TD—SCDMA组网的条件下进 行尤其在同频组网条件下.可以充分验证智能天线 技术,动态信道分配技术等对于同频网络邻区干扰 的抑制作用.并可验证智能天线技术最终转化为对 系统的覆盖,容量以及网络质量的提升作用 建筑物的阻挡,多径传播与干扰,实际信道环境 与理想信道模型的差别,具体站点配置和测试业务 配置等.都可能引入一些不确定因素.进而对测试结 果造成影响.因此选择合适的测试站点,尽量简化测 试配置及排除不确定的干扰因素.可以提高测试的 准确性. 在覆盖测试中还需要注意不同的业务.首先从 链路预算及实测结果中判断业务是受限于上行还是 下行,因为这也会影响到最终结论 信号到达方向fDOA)的跟踪测试:测试终端在基 站周围的移动过程中,智能天线可通过对测试终端 上行信号的估计,产生相应的下行波束指向被测用 户在基站侧.专用的监测工具软件可以根据智能天 …呈 线不同天线单元工作时的权重因子.计算出实际天 线生成的波束指向在终端围绕基站天线移动的情 况下.由于权重因子的不断调整和变化.波束指向也 随着变化而实际终端相对于基站在某一时刻的具 体位置也可在测试过程中得知.从而判断波束赋形 DOA跟踪的有效性对于多测试终端的情况.基站分 别对每一用户的上行进行估计.并对每一用户产生 特定波束 智能天线波束赋形增益的验证:在业务为下行 受限的情况下.通过在基站侧打开和关闭波束赋形 可以测试进一步验证波束赋形增益对业务覆盖的影 响在测试中.系统功率控制会大大影响智能天线测 试结果.应该关闭测试过程选取与线阵天线0.主波 束f一90.,+90.1方向大致相同的路线进行.利用路测工 具分别记录在同一路线上测试终端在波束赋形开启 和关闭情况下的下行码功率和掉话点.并进行对比 实测路测数据显示.波束赋形开启业务覆盖可 达1.7km.波束赋形关闭覆盖仅lkm这说明在同等条 件下.波束赋形开启比波束赋形关闭对于小区业务 覆盖具有明显的信道赋形增益 智能天线容错性能测试:在实际网络运行中,有 可能发生个别天线通路由于硬件或天馈系统损坏而 发生故障的情况.所以有必要考虑8阵元天线阵_丁作 在少于额定数量阵元时的性能 广播波束.其波束赋形在整个网络运行期间要 求保持稳定.在个别天线通路发生故障时.智能天线 系统需要根据故障情况动态调整各工作天线的广播 权重因子.保证小区形状和大小不发生过度畸变并 对故障通路做定期.在广播波束的系统设计中. 需要根据具体的某个天线通路发生的问题进行实时 检测.设计并存储用于容错判决的相关数据并能根 据情况正确做出应对 业务波束.如果采用自适应的EBB算法.智能天 线能够最大限度根据算法来自动优化下行波束赋 形.不受限于天线数目.但由于阵元数量的减少.天 线的赋形性能会不同程度地降低在实际运行中保 持天线系统的运行稳定性尤为重要 3.3智能天线系统减少误差的校正 智能天线系统中许多不确定因素,使真实的阵 列流形与理想中的有较大差异而诸如下行波束形 成,基于信号到达方向估计的上行波束形成.以及空 45 技术交德 TechnologyDisc~~ssion 46 间特征估计等智能天线核心算法都要求精确知道阵 列流形,因此,将智能天线推向实用,校正是一项很 关键的技术.在实际智能天线系统中,天线阵列各射 频通道间存在两种误差:非时变误差和时变误差非 时变误差主要包括由阵列排布引起的如阵元几何位 置差异,阵元间的互耦效应,天线方向图差异和各阵 元间馈线差异等带来的误差:时变误差是指阵列各 射频通道随温度而变化的放大器相位和增益差异, 混频器等器件的老化,滤波器时延及其幅频相频特 性失真,以及正交调制解调器I/Q不平衡等引起的频 率响应不一致所带来的误差通过检测和校正射频 通道间的误差.使智能天线有效地控制波束方向和 形状.实现智能发射和智能接收 智能天线阵列误差在线校正基本要求:时变误 差在线校正方法分为有源校正和无源校正两类.效 果较好的是无源校正一盲校正方法盲校正方法是 将智能天线在上行链路f或下行链路1接收到f或发射) 的信号作为校正检测信号.因此不用校正功分器的 非理想性.校正检测信号也不会对用户产生干扰.相 对简化了校正系统的设计此外.该方法对上行链路 和下行链路都适用.并且NLMS算法的快收敛性使得 该算法能够跟踪阵列各通道幅相误差的变化. 就盲校正上行链路来说.智能天线阵列接收的 用户信号经过射频通道后.将附加额外的增益C1, C2,…,CM其增益的影响,使各射频通道幅相特性 产生不一致校正参数检测单元借助经过射频通道 的用户信号.得到这些增益值.再将其从用户信号中 去除.达到阵列射频通道校正的目的盲校正基带信 号处理可采用NLMS自适应算法.仿真结果表明这种 算法收敛特性非常好 数据通信2011.6 通过使用该方法.网络优化人员可以更加充分 地了解智能天线优点,并掌握智能天线的特性,发挥 智能天线在进行网络优化,提高网络质量方面的智 能作用.该方法对未来Bey0nd3G及4G系统中使用多 阵元天线系统建网和优化起到指导性的作用. 4结束语 实践证明,无线网络TD—SCDMA系统智能天线 的建设,运行和维护,必须注重网络和天馈线系统的 优化,而做好无线网络优化首先要做好天馈系统的 优化,这是无线网络优化的基础.网络和天馈系统优 化的好坏不仅直接关系到无线网络指标的优劣,而 且对提高网络资源利用率,加强网络覆盖,调整基站 容量,降低运营成本有直接的效果. 参考文献 【1】吴志忠.移动通信无线电波传播[M].北京:人民邮电出版 社.2005 [2】啜钢.无线网络规化与优化[M】.北京:机械工业出版社,2004 [3]李世鹤.第三代移动通信系统标准[M】.北京:人民邮电出版 社.2003 【4]苏华鸿.蜂窝移动通信[M】.北京:人民邮电出版社,2007 [5】谢显忠.TD—SCDMA第三代移动通信系统技术与现实【M]. 北京:电子工业出版社.2004 【6]祁玉生,邵世祥.现代移动通信系统【M].北京:人民邮电出 版社.2002 作者简介:都高麟,历任哈尔滨联通公司工程师,主任工程师, 电信处处长,哈尔滨电信规化设计院高级工程师.主要研究新 一 代通信网络规化,设计与建设工作.? 简讯 Ruckus推出高容量无线控制器 优科无线(RuckusWire1ess)日前推出zoneDirector5000控制器和全新版本的ZoneFlex软件(v9.2).产品提供了更高的可扩 展性,简化性与安全性.适合为多种场合的不同用户群体提供Wi—Fi接入同时,Ruckus~,-z-.布未来一年内其智{gwi—Fi系统将 集成支持IEEE802.1lu协议.目前已完成Wi—Fi联盟提出的Hotspot2.0标准的演示实验. RuckusZoneFlex智{gwi—Fi系统增加了硬件和软件功能,从而扩展,简化大型Wi—Fi网络并维护其安全性.ZoneDirector 5000~够灵活地进行在线或数据路径外部署.支持多达2万个客户端,1000个接入点N-2048个WLAN在一个独立,易用的平台 上实现此外RLICkus还提升了ZoneF1ex双频802.1in接入点的客户端容量.每个接入点支持256个并发客户端.使其适合Wi—Fi服 务和扩展覆盖范围的高容量,密集用户环境