大张角射灯天线对高层居民小区4G 深度覆盖提升研究

侯兴华，赵承祖，梁 娟

（1.中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230041；2.中国移动通信集团安徽有限公司，合肥 230088）

0 引言

当前，城区4G 网络弱覆盖多发生在居民小区，根据某省全年室分建设数量统计，约65%的分布系统建设是用于解决居民小区覆盖。从解决方案上看，使用普通射灯天线对打已经成为解决居民小区4G 覆盖的有效手段之一。随着城市高层住宅小区不断增多，大张角射灯天线也成为解决小区弱覆盖的有效选择。

1 天线参数对比

大张角天线通过高增益大张角理论上可以获得较常规天线5 dB 的增益。本方案中使用的普通天线和大张角天线电性能如表1所示。大张角射灯天线相比普通天线在垂直波束宽度上大10°左右，增益上高2 dBi。

表1 普通射灯天线、大张角射灯天线电性能指标

2 试点方案及结论

2.1 测试场景及覆盖现状

某高层居民小区1共有5栋28层、14栋32层高层住宅楼，楼间距约60 m；某高层居民小区2共有18栋28-32层高层住宅楼，楼间距约40 m。通过将两个住宅小区部分楼宇的射灯天线替换为大张角天线，天线挂高85-90 m，对天线等位替换前后的MR 弱覆盖指标、楼道内/室内RSRP 以及在小区周围道路的泄露情况开展对比测试。

2.2 高层住宅小区1

2.2.1 MR 弱覆盖指标

比较替换前4天和调整优化完成后4天平均MR 弱覆盖比例。该住宅小区2小区改善6-7个百分点，1小区无明显改善，仅提升1-2个百分点。

2.2.2 楼道内RSRP 指标

选取1栋、4栋中的底层、中层和高层进行测试。各层平均RSRP 普遍有改善，总体上电平提升了2-5 dB。

2.2.3 室内RSRP 指标情况

选取1 栋，4 栋进行室内测试。天线更换前18 层室内与天线更换后19 层室内对比。室内平均RSRP 由-118.71 dBm 提升至-107.29 dBm，提升约11 dB。

天线更换前9层室内与天线更换后10层室内对比：室内平均RSRP 由-104.81 dBm 下降至-109.47 dBm。恶化的原因一是测试区域有所差异，在10层室内对书房进行了测试，信号质量较差；二是本次测试在替换完成后即开展，大张角天线下倾角设置在20°左右，而最终验证结果显示35°时信号更好。

2.3 高层居民小区2

2.3.1 MR 弱覆盖指标

比较替换前3天和调整优化完成后3天平均MR 弱覆盖比例，指标提升了约4个百分点。

2.3.2 楼道内RSRP 指标

17号楼平层测试结果如表2所示：平均RSRP 提升2.5 dB 左右。

表2 楼道内RSRP指标情况

2.3.3 室内RSRP 指标

通过对102 室替换进行测试：-110 dBm 以下采样点占比由9.68%下降至0，室内信号改善明显。

2.4 测试结论

高层居民小区替换大张角射灯天线测试结果如表3 所示。MR 弱覆盖指标可提升5 个百分点左右，平均RSRP 提升2 至5 dB；使用大张角天线一定条件下可以改善室分泄露，但对建筑架构无法有效遮挡室分信号的小区难以改善。

表3 测试结果统计表

3 高层住宅小区大张角射灯天线建设方案

3.1 下倾角与覆盖高度

根据楼高、楼间距、垂直半功率角和天线倾角，可以计算出主覆盖区域高度，覆盖高度Hb=Ha+Db*tan（α-β），Db≥Da；Da=Ha/tan（α+β）。如图1所示：

图1 主覆盖区域高度测算

假定天线安装楼宇和目标楼宇高度一致，使用1副大张角射灯天线（垂直波瓣宽度65°），天线主瓣上瓣边缘对准目标楼宇顶层。经简单计算可知：若楼宇为20层，楼高60 m，楼间距15 m 条件下，一副大张角天线仅能保证半层楼宇得到覆盖，此时需要两幅大张角天线才能完成目标楼宇的全覆盖；楼间距到达28 m时一副大张角天线可以完成对面楼宇的全覆盖；同理，30层楼宇（楼高90 m）若使用一副大张角天线进行覆盖，楼间距需要到达42 m；40层楼宇（楼高120 m）使用1副大张角天线进行覆盖，楼间距需要到达56 m。

3.2 下倾角设计要求

为探究大张角射灯天线不同下倾角状态下楼层的覆盖效果情况，找寻最佳的下倾角度数，开展下倾角比对测试。下倾角对比测试主要考虑主瓣下线对底层打、天线主瓣中间对目标楼宇中间打、主瓣中间对底层打三种方案。根据三种方案结合测试楼宇（楼高90 m，楼间距60 m），分别计算出三种方案下的理论下倾角：主瓣下线对底层打，α=ATAN（90÷60）*180÷π-65（垂直波瓣宽度）÷2=23.81°；主瓣中间对目标楼宇中间打，理论倾角为：α=ATAN（90÷2÷60）*180÷π=36.87°；主瓣中间对底层打，计算理论倾角为：α=ATAN（90÷60）*180÷π=56.31°；实际测试了下倾角分别设置为13°、28°、35°和45°四种场景。各场景测试结果见表4。

表4 大张角射灯天线不同倾角测试结果

射灯下倾角在35°时即瓣中间对目标楼宇中间打，理论倾角为：α=ATAN（90÷2÷60）*180÷π=36.87°，目标楼宇整体低层区域（10层以下包含10层）平均RSRP 电平值最好：在4F-10层之间楼宇平层信号明显高于其他倾角角度，平均RSRP比相对较好的45°高出2.36 dB。同时室内平均RSRP 也好于28°和45°。此外，根据相关测试，天线下倾角过大时底层信号不好的原因主要是由于入室倾角加大，而入射角越大，信号下降越明显。

4 结束语

根据试点结果，高层居民小区可以使用大张角改善覆盖，相比普通射灯天线，采用大张角天线带来的指标改善在5个百分点左右，RSRP 亦有一定提升。对于室分小区MR 弱覆盖指标长期高于20%的物业点不建议采用大张角天线进行替换改造（MR 高于20%的站点弱覆盖通常不是因采用射灯覆盖导致）。在设计时需要综合考虑楼层高度、楼间距以及小区楼宇分布特点，选择合适的天线安装点位和下倾角设置。