关于移动通信基站天线互调指标的研究

贾瑞君

通过到货阶段互调指标的测试，可以判断出天线产品的原材料和生产工艺是否达标；通过现网测试，可以判断出天线内部的结构是否稳固、是否变形、是否出现腐蚀氧化等老化问题。但要彻底解决移动通信的网络质量问题，必须从源头开始，对天线材料及工艺进行严格的限定，对器件、线缆及接头的质量进行严格要求和检测，这才是提高移动通信网络质量的有效方法。

基站天线 互调指标 现网排查

1 引言

基站天线是移动通信系统的重要组成部分，其质量的好坏直接影响到无线网络的整体性能，只有天线质量得到有效控制，网络质量才有保证。现网中的部分天线，由于天线选材及设计方案均采用低成本的方案，天线性能会随使用时间的延长而急剧恶化。虽然此部分天线在出厂时的指标满足运营商的招标要求，但是随着在网使用时间的增加，部分天线的互调指标严重恶化，这将对网络质量产生影响。

2 天线互调对移动通信网络质量的影响

互调指标是天线质量问题的体现，是网络质量下降的间接反映，主要体现在其对基站上行接收系统的干扰上，如系统掉话率增加、基站覆盖范围缩小、通话质量降低等，一般通过系统的IOI（话音信道在空闲模式下收到的上行噪声信号强度）来体现。改善在网天线的互调指标一方面可以杜绝天线质量对网络性能的影响，另一方面也可以降低基站本身的互调干扰。

3 互调指标概述

在移动通信系统中，天线互调是指当2个或多个发射信号经过天线时，由于天线的非线性而产生的与原信号频率及倍频有和差关系的信号。即当频率为f1和f2的2个信号输入到天线后，由于天线的非线性效应，产生了f=mf1±nf2（m，n=0，1，2…）等互调分量，具体如图1所示。各分量分别称为（m+n）阶互调分量，其中2f1-f2和2f2-f1称为三阶互调分量。如果这些信号电平足够大并落在接收频带内时就会对系统产生干扰，导致系统性能的下降。其中天线的互调分量中，三阶互调的强度最大，是造成干扰的主要原因，具体如图2所示。

图1 互调分量的频率关系

图2 各阶互调分量强度示意图

因此，天线互调是否会影响系统性能取决于互调信号的大小及是否落在接收频带内。根据我国移动通信系统的频率划分，除了电信CDMA800的三阶互调会落入移动EGSM900的接收频段外，其它系统的三阶互调均不落入本系统及其它系统的接收频段，如表1所示。由此可见，国内移动通信在划分各系统频率时，已经充分考虑了互调因素，使产生的多载波三阶互调都不能落入自身的接收频段，避免了三阶互调对本系统的影响。这也是在以往的天线选型中，天线互调指标没有被引起足够重视的原因。

4 天线结构及工艺对互调的影响分析

移动通信基站天线的特点是电气指标与机械结构互为一体，机械结构的改变会带来电气性能的变化。同一款基站天线有多种设计方案可以实现，设计方案涉及天线的辐射单元设计、反射板（电磁边界条件）设计、功率分配网络设计、封装防护设计（天线罩）等，各个设计要素之间相互关联、相互制约。一个性能稳定、性价比高的天线产品必须做到综合考虑各个要素、优化设计方案、合理选择材料及加工工艺，通过这些方面来保证天线经过长期使用后性能不会发生严重恶化。

通常一副基站天线使用的材料有20种以上，它们共同组成辐射单元、馈电网络和天线罩三大关键部件。由于天线选材、工艺及加工不够优良，天线在恶劣环境中经过长期的使用后，其内部关键部件可能会发生变形断裂、表面氧化腐蚀、焊点老化、紧固件松动脱落等问题，这必然会使天线性能有所下降。天线内部各部件的材质工艺变化对电气性能的影响是不同的，具体如表2所示：

表2 天线各部件对电气性能的影响

天线组

成部件 部件图 质量

控制点 主要受影响

指标

辐射

单元 材料、镀层、尺寸 波束宽度、增益、交叉极化比、互调

馈电

网络 插损、相位稳定度、

焊点 前后比、互调、隔离度、驻波比

天线罩 材料、尺寸 天线寿命

由表2可以看出，互调是比较敏感的指标之一，天线辐射单元和馈电网络的改变都会对互调产生影响，为进一步验证它们之间的影响关系，对大量现网退役的天线进行了性能检测和开罩部件检查，发现互调较差的天线其主要部件均出现了不同程度的老化，如辐射单元生锈、变形，馈电网络焊点脱落等。具体如图3、图4、图5、图6所示。

因此，通过天线的互调指标可以判断出天线内部的结构是否稳固未变形，是否出现腐蚀氧化等老化问题，从而可以间接地判断天线的辐射性能是否发生变化，实际的网络应用能力是否下降，是否需要更换新天线等。

5 天线互调对移动通信网络质量的影响

互调是天线质量问题的体现，是网络质量下降的间接反映，主要体现在其对基站上行接收系统的干扰，如系统掉话率增加、基站覆盖范围缩小、通话质量降低等，一般通过系统的IOI（话音信道在空闲模式下收到的上行噪声信号强度）来体现。但是需要特别注意，互调要对系统产生影响，必须具备下面2个条件：

（1）天线的互调落到系统的上行接受频带内，如果落不到，则不会产生干扰。

目前，从国内运营商各系统的频段划分来看，落入系统上行频带的概率较低，而且通常可以通过更改系统频点，来保证互调不落到系统上行频带内。

（2）天线互调值必须达到一定的大小（门限值），才会对系统产生干扰。

互调值大小只有达到一定程度，才会产生干扰，如0～5级干扰，其电平值都有相关的规定。

大量的现网测试发现，天线三阶互调值较差的区域，将有可能导致其上行干扰增强、掉话率上升、切换成功率下降、干扰等级上升、网络质量普遍变差，如表3所示，这严重影响了KPI指标及客户的品牌感知。endprint

表3 天线三阶互调对网络质量的影响

三阶互调

/dBm 干扰带（1-5级） TCH

掉话率 TCH分配失败率 切换

成功率 上行

质量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最优） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天线的互调指标会直接影响移动通信网络的质量。因此排查现网中天线的互调指标，对现网中互调值较差的天线进行更换，可以有效改善网络质量。

6 现网互调排查方法及要点

6.1 现网排查步骤

现网互调排查工作首要是进行干扰定位，排除外界干扰。目前的做法是：根据话务统计KPI指标筛选出互调干扰小区，分析基站扫频数据，结合经验算法分析干扰成因，排除CDMA等外部干扰。对存在上行外部干扰的站点，先进行外部干扰的整治工作，再进行互调测试，以保证天馈系统互调测试的准确性。

天馈系统中任何一个器件互调性能不佳、接头损坏或者有松动，都会导致整个天馈系统互调性能的下降。且天线一般位于天馈最前端，直接进行在网排查难度较大，因此天馈系统的互调排查应由下至上，分段排查，最后才对天线进行排查，具体如图7所示。考虑到现网中馈线和接头对天线互调的影响，以及根据大量的现网天馈互调排查经验，独立天线三阶互调值一般要求<-90dBm；含馈线在内的三阶互调值一般要求<-80dBm。图8、图9、图10分别是在天馈系统不同位置排查互调指标的现场实测图，测试点分别位于机柜射频端口、避雷器前端及塔顶天线入口。

6.2 现网排查要点

（1）必须保证天线辐射面前方空旷、无遮挡、无高压磁场的影响。

由于天线在发射时，同时也在接收外界的信号，如果天线辐射面前方有遮挡，则会反射部分信号回来。由于反射部分的信号带有较大的上行频段的杂散，则会导致天线的测试互调指标偏高。同时如果在天线的前方较近处（辐射近场区）有金属物质或者有高压磁场（高压线），这些物质或者磁场则会变成天线辐射的一部分，修正天线本身的电气特性，影响天线本身的指标，导致天线的互调偏差。

案例分析：在网天线由于前方遮挡导致互调变差。

测试设备：罗森博格交调测试仪。

被测天线：ODP-065R15G。

测试环境：塔顶。

测试结果：天线（被测天线GSM900系统）主瓣指向同高度天线（同扇区GSM1800）背面，互调为-80dBm，调整GSM900系统天线方位角至空旷状态下测试，互调为-100dBm，改善了20dB。具体场景如图11所示：

图11 天线前方遮挡引起互调变差

（2）必须保证测试配件（跳线、接头）等互调性能优秀，同时保证其接触状态良好，拧紧接头。

测试天线的互调，一般会加上跳线以及接头，所测得的天线互调其实是这一个测试系统的互调。根据短木板的原理，系统的最终互调值受最差器件的互调值影响最大。目前，互调指标是个量级非常小的指标，接触不良或者接触状态不好，都会对互调指标造成非常大的影响。

7 结束语

通过对天线互调指标的分析发现，天线的互调会造成系统的干扰等级上升，进而影响移动通信网络质量。结合后台分析及现场测试，可以快速地判断在网天线的互调指标是否满足系统要求，从而筛查出互调指标恶化的天线，有利于及时排除网络隐患。文中还描述了天馈系统互调指标现场测试的步骤及注意要点，希望对网络优化人员及现场网络干扰排查工作有所帮助。

参考文献：

[1] Theodore S Rappaport. 无线通信原理与应用[M]. 周文安，付秀花，王志辉，等译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[2] 赵建勋，陆曼如，邓军. 射频电路基础[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2010.

[3] 朱辉. 实用射频测试和测量[M]. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[4] 陈邦媛. 射频通信电路[M]. 2版. 北京： 科学出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射频电路设计：理论与应用[M]. 王子宇，译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[6] 石明卫，莎柯雪，刘原华. 无线通信原理与应用[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2014.

[7] 雷振亚. 射频/微波电路导论[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2005.

[8] 中国移动通信集团公司. GSM天线设备规范[Z]. 2011.

[9] 中国移动通信集团公司. 中国移动无源器件测试规范[Z]. 2012.endprint

表3 天线三阶互调对网络质量的影响

三阶互调

/dBm 干扰带（1-5级） TCH

掉话率 TCH分配失败率 切换

成功率 上行

质量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最优） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天线的互调指标会直接影响移动通信网络的质量。因此排查现网中天线的互调指标，对现网中互调值较差的天线进行更换，可以有效改善网络质量。

6 现网互调排查方法及要点

6.1 现网排查步骤

现网互调排查工作首要是进行干扰定位，排除外界干扰。目前的做法是：根据话务统计KPI指标筛选出互调干扰小区，分析基站扫频数据，结合经验算法分析干扰成因，排除CDMA等外部干扰。对存在上行外部干扰的站点，先进行外部干扰的整治工作，再进行互调测试，以保证天馈系统互调测试的准确性。

天馈系统中任何一个器件互调性能不佳、接头损坏或者有松动，都会导致整个天馈系统互调性能的下降。且天线一般位于天馈最前端，直接进行在网排查难度较大，因此天馈系统的互调排查应由下至上，分段排查，最后才对天线进行排查，具体如图7所示。考虑到现网中馈线和接头对天线互调的影响，以及根据大量的现网天馈互调排查经验，独立天线三阶互调值一般要求<-90dBm；含馈线在内的三阶互调值一般要求<-80dBm。图8、图9、图10分别是在天馈系统不同位置排查互调指标的现场实测图，测试点分别位于机柜射频端口、避雷器前端及塔顶天线入口。

6.2 现网排查要点

（1）必须保证天线辐射面前方空旷、无遮挡、无高压磁场的影响。

由于天线在发射时，同时也在接收外界的信号，如果天线辐射面前方有遮挡，则会反射部分信号回来。由于反射部分的信号带有较大的上行频段的杂散，则会导致天线的测试互调指标偏高。同时如果在天线的前方较近处（辐射近场区）有金属物质或者有高压磁场（高压线），这些物质或者磁场则会变成天线辐射的一部分，修正天线本身的电气特性，影响天线本身的指标，导致天线的互调偏差。

案例分析：在网天线由于前方遮挡导致互调变差。

测试设备：罗森博格交调测试仪。

被测天线：ODP-065R15G。

测试环境：塔顶。

测试结果：天线（被测天线GSM900系统）主瓣指向同高度天线（同扇区GSM1800）背面，互调为-80dBm，调整GSM900系统天线方位角至空旷状态下测试，互调为-100dBm，改善了20dB。具体场景如图11所示：

图11 天线前方遮挡引起互调变差

（2）必须保证测试配件（跳线、接头）等互调性能优秀，同时保证其接触状态良好，拧紧接头。

测试天线的互调，一般会加上跳线以及接头，所测得的天线互调其实是这一个测试系统的互调。根据短木板的原理，系统的最终互调值受最差器件的互调值影响最大。目前，互调指标是个量级非常小的指标，接触不良或者接触状态不好，都会对互调指标造成非常大的影响。

7 结束语

通过对天线互调指标的分析发现，天线的互调会造成系统的干扰等级上升，进而影响移动通信网络质量。结合后台分析及现场测试，可以快速地判断在网天线的互调指标是否满足系统要求，从而筛查出互调指标恶化的天线，有利于及时排除网络隐患。文中还描述了天馈系统互调指标现场测试的步骤及注意要点，希望对网络优化人员及现场网络干扰排查工作有所帮助。

参考文献：

[1] Theodore S Rappaport. 无线通信原理与应用[M]. 周文安，付秀花，王志辉，等译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[2] 赵建勋，陆曼如，邓军. 射频电路基础[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2010.

[3] 朱辉. 实用射频测试和测量[M]. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[4] 陈邦媛. 射频通信电路[M]. 2版. 北京： 科学出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射频电路设计：理论与应用[M]. 王子宇，译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[6] 石明卫，莎柯雪，刘原华. 无线通信原理与应用[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2014.

[7] 雷振亚. 射频/微波电路导论[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2005.

[8] 中国移动通信集团公司. GSM天线设备规范[Z]. 2011.

[9] 中国移动通信集团公司. 中国移动无源器件测试规范[Z]. 2012.endprint

表3 天线三阶互调对网络质量的影响

三阶互调

/dBm 干扰带（1-5级） TCH

掉话率 TCH分配失败率 切换

成功率 上行

质量

-45

（最差） 4-5 1.10% 8.69% 92.83% 2.56%

-78 1-2 0.38% 0.49% 98.48% 0.14%

-86 1 0.16% 0.50% 99.56% 0.15%

-110

（最优） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天线的互调指标会直接影响移动通信网络的质量。因此排查现网中天线的互调指标，对现网中互调值较差的天线进行更换，可以有效改善网络质量。

6 现网互调排查方法及要点

6.1 现网排查步骤

现网互调排查工作首要是进行干扰定位，排除外界干扰。目前的做法是：根据话务统计KPI指标筛选出互调干扰小区，分析基站扫频数据，结合经验算法分析干扰成因，排除CDMA等外部干扰。对存在上行外部干扰的站点，先进行外部干扰的整治工作，再进行互调测试，以保证天馈系统互调测试的准确性。

天馈系统中任何一个器件互调性能不佳、接头损坏或者有松动，都会导致整个天馈系统互调性能的下降。且天线一般位于天馈最前端，直接进行在网排查难度较大，因此天馈系统的互调排查应由下至上，分段排查，最后才对天线进行排查，具体如图7所示。考虑到现网中馈线和接头对天线互调的影响，以及根据大量的现网天馈互调排查经验，独立天线三阶互调值一般要求<-90dBm；含馈线在内的三阶互调值一般要求<-80dBm。图8、图9、图10分别是在天馈系统不同位置排查互调指标的现场实测图，测试点分别位于机柜射频端口、避雷器前端及塔顶天线入口。

6.2 现网排查要点

（1）必须保证天线辐射面前方空旷、无遮挡、无高压磁场的影响。

由于天线在发射时，同时也在接收外界的信号，如果天线辐射面前方有遮挡，则会反射部分信号回来。由于反射部分的信号带有较大的上行频段的杂散，则会导致天线的测试互调指标偏高。同时如果在天线的前方较近处（辐射近场区）有金属物质或者有高压磁场（高压线），这些物质或者磁场则会变成天线辐射的一部分，修正天线本身的电气特性，影响天线本身的指标，导致天线的互调偏差。

案例分析：在网天线由于前方遮挡导致互调变差。

测试设备：罗森博格交调测试仪。

被测天线：ODP-065R15G。

测试环境：塔顶。

测试结果：天线（被测天线GSM900系统）主瓣指向同高度天线（同扇区GSM1800）背面，互调为-80dBm，调整GSM900系统天线方位角至空旷状态下测试，互调为-100dBm，改善了20dB。具体场景如图11所示：

图11 天线前方遮挡引起互调变差

（2）必须保证测试配件（跳线、接头）等互调性能优秀，同时保证其接触状态良好，拧紧接头。

测试天线的互调，一般会加上跳线以及接头，所测得的天线互调其实是这一个测试系统的互调。根据短木板的原理，系统的最终互调值受最差器件的互调值影响最大。目前，互调指标是个量级非常小的指标，接触不良或者接触状态不好，都会对互调指标造成非常大的影响。

7 结束语

通过对天线互调指标的分析发现，天线的互调会造成系统的干扰等级上升，进而影响移动通信网络质量。结合后台分析及现场测试，可以快速地判断在网天线的互调指标是否满足系统要求，从而筛查出互调指标恶化的天线，有利于及时排除网络隐患。文中还描述了天馈系统互调指标现场测试的步骤及注意要点，希望对网络优化人员及现场网络干扰排查工作有所帮助。

参考文献：

[1] Theodore S Rappaport. 无线通信原理与应用[M]. 周文安，付秀花，王志辉，等译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[2] 赵建勋，陆曼如，邓军. 射频电路基础[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2010.

[3] 朱辉. 实用射频测试和测量[M]. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[4] 陈邦媛. 射频通信电路[M]. 2版. 北京： 科学出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射频电路设计：理论与应用[M]. 王子宇，译. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2012.

[6] 石明卫，莎柯雪，刘原华. 无线通信原理与应用[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2014.

[7] 雷振亚. 射频/微波电路导论[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2005.

[8] 中国移动通信集团公司. GSM天线设备规范[Z]. 2011.

[9] 中国移动通信集团公司. 中国移动无源器件测试规范[Z]. 2012.endprint