基于现网数据的天线俯仰角预规划算法研究

摘  要：文章通过对电磁波理论和不同类型天线方向图进行对比分析，结合移动通信网中的实测数据，相互验证，形成了基站天线俯仰角预规划算法，经过分析调整的简易算法可以较好地完成移动通信网络规划初期大规模基站天线俯仰角的初步设定，避免了直接继承现网工程参数与新天线不匹配的问题，可以为覆盖仿真工具提供初步的俯仰角设定值，降低天线调整工作量，也可以为现场勘察人员提供较为准确的参考值，以达到快速、精确完成规划设计的目的。

关键词：天线;俯仰角;预规划

中图分类号：TN929.5;TN02       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）06-0065-04

Abstract：In this paper，through the comparative analysis of electromagnetic wave theory and different types of antenna pattern，combined with the measured data in the mobile communication network，mutual verification，a simple algorithm of base station antenna pitch angle pre-planning is formed. The simple algorithm after analysis and adjustment can better complete the initial setting of the pitch angle of the large-scale base station antenna in the initial stage of mobile communication network planning，avoid the problem of directly inheriting the existing network engineering parameters and mismatching the new antenna，and can provide the preliminary pitch angle setting value for the coverage simulation tool，reduce the workload of antenna adjustment，and also provide more accurate for the field investigators Reference value，in order to achieve rapid and accurate completion of planning and design purposes.

Keywords：antenna;pitch angle;pre-planning

0  引  言

天线俯仰角是工程建设中的一项重要参数，其设置合理与否会很大地影响网络的覆盖水平、干扰程度。天线俯仰角的确定涉及到基站密度、天线挂高、天线型号、基站环境等多种因素，现场勘查阶段准确设定的难度比较高。如天线俯仰角设置不合理，在工程优化阶段就会产生大量的天线调整工作量，影响工程的快速完工。

在4G网络已经大规模建设完成的前提下，我们有机会使用现网的工程参数作为参考，通过理论结合实际的算法，对天线俯仰角进行预规划。通过为现场勘查人员提供俯仰角预规划值，使勘查人员只进行小幅修正，就能够较为准确地设定天线俯仰角。

本论文通过在预规划工具的理论算法上增加修正值，尽可能使勘察之前的预规划数据接近网络实际运行数据，为勘查人员提供依据，提高网络建设效率。

1  天线下俯仰角对网络的影响及预规划方法

1.1  天线俯仰角对网络的影响

天线的俯仰角从功能上可大致分为两种：机械倾角、电子倾角。

机械倾角是通过调整天线抱箍上的摆臂装置，使天线整体倾斜，从而达到调整的目的。而电子倾角则是改变振子的激励系数（幅度、相位）实现波束下倾。

从图1可以看出，电子下倾由于调整了各个振子的激勵系数，可以整体改变天线的方向图，因此覆盖落地后各个方向的信号均会有所收缩，在水平面上的方向图变化不大。而机械倾角由于未调整天线方向图特征，调整后会导致水平面上的方向图横向扩展，加大了对两侧的干扰。

因此，在网络规划设计中，必须统筹考虑上述两种倾角的组合使用，在控制覆盖范围、加强覆盖目标区域强度的同时，减少对周边基站的干扰。

1.2  天线俯仰角预规划方法

图2是天线俯仰角的预规划方法示意图。该方法通过基站覆盖距离、天线挂高、天线垂直半功率角三项参数，确定了天线俯仰角需要设定的值。

根据基站所处位置的差别，天线俯仰角计算的方式也有所区别。

在城区区域，由于基站密度较高，为避免越区覆盖、控制干扰，一般采用垂直半功率角上沿对准覆盖区域边缘的方式进行设置。而在乡镇农村区域，由于基站间距较大，互干扰情况并不严重，为增强覆盖，提高小区边缘覆盖能力，一般采用天线正面法线对准覆盖区域边缘的方式。

两种方式的计算公式如下：

通过上述方法确定的天线俯仰角，再与现网各基站工参进行拟合，从而获得最终的下倾角预测算法。

2  天线俯仰角设置算法

本文通过上述理论算法，获得了两个市州的全网基站下倾角预测值，通过对比、拟合，最终获得两个市州、不同区域的预测算法。

2.1  理论预测方法与现网数据对比

理论预测与现网工参数据对比时，以直接差值作比较，以确定预测与实际的差距。同时统计差值的偏离度分布，为后续数据调整做好准备。

两个市州分区域的预测结果与现网工参数据对比结果如表1所示。

对比值如图3、图4所示，使用理论预测的俯仰角数值，普遍比现网工参数值要小一些，且主要分布在-6°～-3°之间。同时，两个市州、不同区域内的偏离值也存在一定的差距。这些均需要通过参数拟合的方式，进行细节的调整，以保证预测数据的准确性。

2.2  调整后预测值与现网数据对比

通过对各市州分区域的数据进行调整、对比，最终确认修正参数如表2所示。

通過增加上述修正值，各市州新的计算结果如表3所示。

通过图5、图6对比可以看出，增加了修正参数的预测值明显集中在了±2°之内的区域，相对理论预测有了很大的提升。从表4的数据也能看出。

修正后的预测值能够保证大部分区域的预测值有60%以上在±2°之内，比较纯理论计算值有30%的提高。

3  结  论

通过与现网数据进行对比，使用增加修正参数的方法，使俯仰角预测工具能够在一定程度上满足预规划参数设定的需要，较好地改善了理论算法与现网优化后数据的偏差，使预规划工具能够更好地提高规划初期俯仰角预测的准确度。

但由于现实无线传播环境的多变性、复杂性，仍有1/4左右的小区预测值偏差超过3°。在设计阶段，还需要经过现场勘查→明确周边基站信息→确认覆盖目标等方式及流程，确定预测俯仰角是否满足现场的实际情况，通过现场勘查工作进一步优化、调整预测数据。同时，在市区、县城等密集区域，建议使用仿真软件进行细节调整，确保俯仰角设置能够满足网络干扰、越区覆盖等方面的要求，在工程建设之前再次进行优化调整。

任何工具均只能作为辅助设计工具，现场勘查信息的准确性、详实度，以及现场设计人员对网络的理解和了解，这些方面所带来的错误数据，是任何工具都无法弥补的。同时，准确的现网基础数据，也是本预规划工具所不可缺少的基石。

后续，我们还需要对工具中的算法进行优化，在不大幅提高复杂度和计算时间的前提下，尽可能使预测值能够向0°偏离值附近集中，为设计勘察工作提供更加准确的参考值，提高现场工作效率。

参考文献：

[1] 许福永，赵克玉.电磁场与电磁波 [M].北京：科学出版社，2010.

[2] 威廉.C.Y.李.移动通信设计原理 [M].邱兆祥，译.北京：科学技术文献出版社，1990.

作者简介：赵栋（1980-），男，汉族，河南洛宁人，移动通信规划咨询专家，工程师，工程硕士，主要研究方向：移动通信领域5G、4G网络的规划、设计及新技术应用。