不同场景下的天线选型.docx
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不同场景下的天线选型
不同场景下天线选型的指导意见
1.天线选型的重要性
天线是移动通信系统的重要组成部分，通过空中无线信号的发射与接收，将移动台与基站联系起来。
天线在无线通信中有着举足轻重的作用，其关系到无线网络的覆盖范围和服务质量，与网络的运营指标如掉话率、切换成功率等密切相关。
天线选型的正确与否，直接影响到网络的性能。
1）、网络建设方面：
尽可能实现最大有效覆盖，减少基站投入、直放站投入等投资；
2）、网络维护方面：
便于维护，减少后期维护成本，减小优化调整力度；
3）、网络优化方面：
改善覆盖和干扰，提升网络质量和用户满意度；
2.天线选型的思路、流程要点
2.1.天线选型的思路
本文讨论的天线选型，是以扇区为单位的，是针对单个扇区的覆盖场景来进行天线选型的，例如一个基站的三个扇区分别覆盖了三个不同的场景，则将选择三种不同的天线类型。
目前的市场的发展对网络提出了越来越高的要求，我们的网络必须从过去分市区、县城、乡镇三大类的统一天线定制分类转变为根据实际环境需求进行天线选型，即由单一天线型号转变为根据现场无线环境及网络实际需求，灵活、多样化的天线选型，如引入大电倾角、可变电调下倾角、上旁瓣抑制、二维天线、美化天线等特种天线；同时将原先由设计院决定天线选型的工作方式转变成由网优网规、设计院共同制定天线选型，网优网规具有决定权。
具体思路如下：
1）、网优网规掌握天线选型的主动权：
谁掌握网络运行性能的数据/信息、现场实际环境的信息多就由谁来决定天线的选定；
2）、基站站址确定的同时确定天线类型；
3）、天线类型要灵活运用，允许天线有一定的特殊性，但对于整体而言建议有相对统一的选型，保证网络的整体性；
2.2.天线选型的流程要点
1）、网优参与天线的招投标及天线厂家选定；
2）、网优对新站址进行合理性评估的同时确定天线型号及其他天馈参数；
3）、网优对新站开通的情况进行检查，参与工程验收：
天线类型的选择及天线参数的最终安装必须确保与规划设计相一致，如因特殊情况需要进行调整时必须做好相关备案工作；
3.天线的分类和电气性能
只有了解现阶段主流天线应用技术和天线的电气性能，才能更好的选择适合网络的天线。
3.1.天线分类
按照极化方式，可分为水平极化、垂直极化和±45°极化。
目前使用的天线中，单极化天线属于垂直极化，双极化天线有两个极化方向，成±45°交叉。
极化分集方式使用双极化天线，空间分集方式使用单极化天线。
这两种分集方式各有优劣，分别适用于不同的范围。
双极化天线与单极化天线的比较：
（1）双极化天线前向链路有3dB功率损失，因为功率分给了两种极化波。
（2）从安装空间的角度看，双极化天线无分集距离要求，便于安装。
（3）移动台倾斜时，使用±45°双极化天线比使用单极化天线的效果好。
（4）由于极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的农村地区，极化分集效果不如空间分集。
因此在安装条件具备的情况下，应尽可能使用单极化天线。
按照方向图的分布，可分为全向天线和定向天线。
全向天线最大增益为12dBi，主要应用于话务量稀少的广覆盖区域；定向天线实际应用中增益达到21dBi，被广泛应用于各种场景。
缺点是高增益天线体积较大，外观醒目，天线支臂、抱杆长度等需重新考虑设计。
按照倾角方式，可分为机械天线、电倾角天线，其中电倾角天线又分为内置电倾角天线和可变电倾角天线。
二维天线更是可以同时调节垂直波束和水平波束，再加以伪装。
按照外观，可分为常规天线和伪装天线。
任何天线都可以加以伪装，是解决物业纠纷的最有效途径之一，但是成本比常规天线要高不少。
3.2.天线的电气性能
3.2.1.增益
天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
是天线辐射或接收电波大小的表现。
简单的说，在同等条件下，天线增益越高，方向性就越大，在相对空旷、平坦的地势中，覆盖范围也越广。
增益与水平、垂直半功率角的关系如下：
G（dBi）=10lg[32600/HV]
H--水平半功率角（度）
V--垂直半功率角（度）
3.2.2.半功率角
天线半功率角分为水平半功率角和垂直半功率角，水平半功率角的大小确定了在某一方向上的覆盖区域，常用半功率角为65°，针对某些需进行带状覆盖的区域如公路、跨江桥面等，可采用如30°窄波束天线，更好的控制其覆盖范围；垂直半功率的大小决定了覆盖区域内的功率分布，通常外加机械倾角以控制小区覆盖距离。
左下图为天线水平半功率角的方向图，右下图为天线垂直半功率角的方向图。
3.2.3.电压驻波比（VSWR）
天线的输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比即为电压驻波比。
行业要求是VSWR≤1.5.高驻波会增加天线口输出功率的衰耗，将严重影响天线的覆盖范围。
3.2.4.上旁瓣抑制
基站天线的第一向上旁瓣在主瓣向上8～20度之间，在基站天线施加俯角的时候，第一向上旁瓣通常是处于水平直射方向，产生越区干扰，尤其是干扰周围高层覆盖。
第一向上旁瓣是天线产生干扰的最重要因素，总部对抑制性能定标为<15dBc,行业一般达15－18dBc。
3.2.5.前后比
天线的后向180°±30°以内的副瓣电平与最大波束之差。
对于密集市区应选择前后比大的天线，以降低后瓣产生的干扰。
总部要求＞25dB，行业要求25～33dB。
3.2.6.三阶互调
天线接头、馈线、天线和滤波器等无源部件工作在多个载频的大功率信号条件下，由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。
非线性主要由以下因素引起：
不同材料的金属接触；相同材料的接表面不光滑；连接处不紧密；存在磁性物质等。
互调产物会对通信系统产生干扰，特别是落在接收带内的互调产物将对系统的接收性能产生严重影响。
这将导致信号失真、语音质量下降、造成信道忙的假象。
总部要求：
<-150dBc，行业-120～-150dB。
3.2.7.隔离度
隔离度是天线中技术含量比较高的指标。
基站天线隔离度直接影响基站射频与噪声性能：
对空间耦合技术而言，极化天线端口的隔离度直接为基站载频板的负载，ITU与ETSI建议任何系统之间隔离度为30dB以上，所有ITU与ETSI标定的系统射频噪声，低噪等均基于该标准。
如不达标，则系统低噪会大幅度提升，同时对网络上行与数字移动通讯的数据传输产生影响。
总部对隔离度定标为≥30dB,行业根据厂家技术不同一般达致25～35dB。
3.2.8.零点填充（NULLFILL）
为了使天线覆盖区内辐射电平更均匀。
在天线的垂直面内，下旁瓣第一零点采用赋形波束设计加以填充。
特别是天线挂高较高的高增益天线尤其需要零点填充技术来改善近处覆盖，避免“塔下黑”的现象，增强基站下方近距离区域的覆盖。
因此，零点填充天线的优点为：
充分集中天线有用能量；趋向均匀辐射天线能量；防止出现零点死区。
缺点为：
牺牲天线的增益；不能保证天线宽频的NULLFILL特性。
4.不同场景下的天线选型
4.1．市区
4.1.1.CBD商务区
CBD商务区是一个以多功能的景观商业街为主轴，集办公、休闲娱乐、旅游购物于一体的大型现代商业生活街区，此类区域一般是高楼林立，街道宽畅，占地面积较大，周围基站距离较远，建筑物高层信号杂乱，街道信号阴影较大，覆盖不能连续，不能保证用户正常通信。
室外宏蜂窝天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～35
双极化
±45
15～17
65
10～16
6
是
否
35～50
双极化
±45
15
65
16
6
是
否
>50
双极化
±45
15
65
16
可变
否
是
在天线挂高25～35米的情况下，基站间距决定了使用15dBi或17dBi的天线，扇区朝向的相邻基站距离超过400米，则考虑选用增益为17dBi的天线。
增益为17dBi的天线可保证深度覆盖的效果，但易引起越区覆盖；增益为15dBi的天线能较好的控制覆盖半径，但深度覆盖效果不理想。
另外还有两种常见的天线选型
（1）宏蜂窝分裂天线覆盖附近高楼
使用天线分裂从室外覆盖高层建筑时，采取倾角上仰的方式，将主瓣对准所需覆盖的建筑，建筑物的宽度将决定天线水平半功率角的大小，单栋大楼可使用水平半功率角在30°之内的窄波束的天线，如南宁干部培训中心第2扇区分裂天线覆盖新兴大厦。
此类天线应用的缺点为信号难以控制，容易产生越区覆盖。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～35
双极化
±45
15
<30
>30
否
否
否
（2）裙楼天线朝上覆盖主楼
此类建筑楼层较高且有裙楼，一般为商住楼，定向天线可以安装在裙楼平台上，正对主楼。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
15～25
双极化
±45
11
≤90
30
0
否
否
4.1.2.密集住宅区或城中村
这类区域多为私人住宅楼，面积较大，建筑不高，大部分为4～6层，平均高度约为15～18米，但楼间距通常只有4米，单排房屋通常多达20户，十分密集，不利于无线信号的传播。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～35
双极化
±45
17～21
40～65
7～10
3～6
否
否
在天线挂高25～35米的情况下，在不发生明显越区覆盖的前提下，因尽量使用高增益的天线，有利于加强深度覆盖。
高增益天线使用时需注意其挂高以及周边建筑环境，已避免引起越区覆盖。
4.1.3沿江、沿湖覆盖
部分城市中心都有大型河流穿过，如南宁、柳州、桂林、梧州等广西大部分地市，因江面反射效应，易造成越区覆盖；跨江桥面因信号杂乱，无主覆盖小区，频率干扰严重。
市区内的大面积湖泊也存在问题。
现阶段有效解决此类问题的方法为：
使用1800M扇区覆盖沿河和沿湖区域，同时在900M扇区使用窄波束天线减少越区覆盖，同时应注意天线主瓣方向与江岸垂直，减少越区覆盖产生的频率干扰。
其中900M天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～35
双极化
±45
15
<30
15
可变
是
无
窄波束天线优点为：
能量集中，水平半功率角小，有效防止旁瓣产生的干扰。
缺点为：
垂直半功率角较大，不易控制其覆盖范围，可能会在天线主瓣方向出现越区覆盖。
4.1.5.大型住宅小区
按照无线环境来看，大型住宅小区有以下几种分类：
按照楼层高度可以分为：
Ø高层（小高层）住宅区：
10层（30米）以上；
Ø多层住宅区：
5～8层（15～30米）；
Ø别墅区和低矮住宅区：
4层（12米）以下。
按建筑密度可分为：
Ø高密度住宅区：
楼间距10米以内；
Ø中等密度住宅区：
楼间距10～20米；
Ø低密度住宅区：
楼间距20米以上。
从建筑类型上看，高密度的多层住宅区一般为厂矿和企事业住宅区，物业谈判相对容易，基站一般可位于住宅区内，覆盖比较容易控制，因此建议采用高增益天线加强深度覆盖。
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～50
双极化
±45
17～21
40～65
7～10
6
是
否
>50
双极化
±45
15～16
65
13～16
可变
否
是
中等密度的多层、高层住宅区在市区内住宅区的占据比例通常最大，宏蜂窝的天线选型可参考上文“高密度的多层住宅区”天线的选型，可选用伪装天线。
此类型小区的物业谈判难度很大，解决此类覆盖问题的趋势为小区分布。
下面通过几种典型场景来说明天线选型的方向。
增益为21dBi的天线可保证深度覆盖的效果，但易引起越区覆盖，高增益天线体积较大，外观醒目，安装时需进行抱杆、支臂的改装。
增益为15dBi的天线能较好的控制覆盖半径，但深度覆盖效果不理想。
（1）规则分布的小区
当住宅小区规模较大且楼群排列规则时，定向天线可安装在墙角或伪装为路灯等，使天线主瓣直接辐射到楼房之间的空隙，避免天线主瓣直接正对附近楼房的墙壁。
如南宁荣和山水美地等。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
0～35
双极化
±45
8
90～120
>30
0
否
否
（2）错落分布的小区
当楼群排列不规则且楼层较高，楼房相连成带状或筒状分布时，定向天线可以安装在大楼的顶楼或墙壁上，天线正对建筑物墙壁，利用墙壁反射、折射、衍射信号，提供覆盖周围的非天线主打方向建筑物。
如南宁翡翠园，南宁南湖碧园等。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
20～50
双极化
±45
9.5～11
90
30～40
0
否
否
4.1.5普通城区
这里的普通城区指的市区或县城内，建筑物的高度介于住宅区和CBD商务区之间，约为20~40米，建筑物密集程度和基站密集程度介于郊区和市中心的广大区域,此类区域在所有区域中占的比例最大，扇区覆盖区域无线环境相对简单，天线选型具有普遍性。
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
25～35
双极化
±45
15～16
65
13～16
6
是
否
35～50
双极化
±45
15～16
65
13～16
6
是
否
>50
双极化
±45
15～16
65
13～16
可变
否
是
对于天线挂高低于50米，要注意考虑上旁瓣对高层覆盖的影响。
对于天线挂高高于50米的，无须考虑上旁瓣造成的影响，但要考虑因挂高产生的“塔下黑”现象，注意零点填充的作用。
4.2.市郊、乡镇、村屯
在市郊、乡镇、村屯区域，建筑物的密集度较小，基站间距一般大于800米，无线环境比较简单，同时兼顾建筑群和周边道路的覆盖，对广度覆盖的要求略高于深度覆盖的要求，这类区域的典型环境如下：
天线选型建议：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
20～80
双极化
±45
17
65
10
3
否
否
>80
双极化
±45
17
65
10
6
否
是
铁塔
单极化
垂直
17～21
40～65
7～10
3～6
否
是
需要注意的是，如果选用21dBi的高增益天线，天线方向的覆盖得到加强，但是由于水平半功率角变小，扇区间的边缘覆盖会有所削弱。
因此天线选型时应该注意建筑物或用户的分布情况，若相对集中，可考虑使用高增益天线；若分布比较分散，则建议使用水平半功率角较大（65°～90°）的天线，以保证扇区间的边缘覆盖。
4.3.道路
包括高速公路，国道，省道和铁路，此类型区域基站间距很大，地广人稀、话务量较小，主要考虑广度覆盖，对周边基站干扰教小，因此在上旁瓣抑制、零点填充的选取时可不用重点考虑。
若为宏蜂窝，一般采用定向天线：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
双极化
±45
17
65
10
0
否
否
铁塔
单极化
垂直
17～21
40～65
7～10
0
否
否
若为微蜂窝，可以考虑采用双向天线：
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
双极化
±45
17～21
30～45
8～15
0
否
否
4.4.海面
无线电波在海平面、沙漠等环境传播时，传播路径主要是通过空气传播的直达波和经过海面或地面的反射波。
由于传播损耗很小，信号可以传播到很远的地方。
由于需要尽可能地增大覆盖范围，在天线的增益方面一般选择高增益的天线。
海面及沙漠覆盖一般要求天线具有比较宽的水平波瓣宽度，而对天线的垂直波瓣宽度则要求较窄，这样能保证良好的水平覆盖面，并提供足够的增益满足远覆盖距离的要求。
挂高（米）
安装方式
极化方式
增益（dBi）
水平半功率角
垂直半功率角
电倾角
上旁瓣抑制
零点填充
双极化
±45
20～21
45～60
5～6
0
否
否
单极化
垂直
21
45～60
6
0
否
否
5.天馈安装工程规范
5.1.支臂安装
（1）支臂的位置应与设计相符。
（2）支臂应保证施工人员安装天线时的安全和方便。
（3）支臂安装必须垂直。
（允许误差0.5°）
（4）全向站支臂到塔身的距离应大于3米。
（5）定向站支臂应符合定向天线安装距离要求。
（6）单极化天线支臂必须符合安装标准，同一扇区两个支架的水平间距必须保持在3.5m以上，相邻的两个扇区支架之间的水间距必须保持在1.0m以上。
5.2.天线安装
5.2.1.全向天线
（1）铁塔顶平台安装全向天线时，天线水平间距必须大于4M。
（2）天线安装于铁塔塔身平台上时，天线与塔身的水平距离应大于3M。
（3）同平台全向天线与其它天线的间距应大于2.5m。
（4）上下平台全向天线的垂直距离应大于1M。
如果上平台天线为（GSM:
900MHz）下平台天线为（CDMA:
800MHz）时上下平台天线的垂直间距应≥5m。
（5）天线的固定底座上平面应与支臂的顶端平行。
（允许误差±5cm）
（6）全向天线安装时必须保证天线垂直。
（允许误差±0.5°）
5.2.2.定向天线
（1）天线的空间隔离度按照如下的原则：
同系统共站的天线
a.同扇区天线：
GSM900系统水平隔离度3.5米以上；DCS1800系统水平隔离度1.5米以上。
b.不同扇区的天线:
GSM900系统水平隔离度2.5米以上；DCS1800系统水平隔离度2米以上。
c.GSM900与DCS1800天线的水平隔离度2.5米以上。
异系统共站的天线
a.水平隔离度2米以上。
b.垂直隔离度1米以上。
（2）同一扇区两个单极化天线在水平方向上间距应大于4M。
（最小3.5m）,相邻的两个扇区之间两天线的水平间距应大于0.5m。
（3）上下平台间天线垂直分极距离应大于1m。
如果上平台天线为（GSM:
900MHz）下平台天线为（CDMA:
800MHz）时上下平台天线的垂直间距应≥5m,GSM900MHz天线和DCS1800MHz天线安装在同一平台上时，天线水平间距应大于1M。
（4）天线安装完成后，必须保证天线在主瓣辐射面方向上，前方范围10M距离内无任何金属障碍物。
（5）天线安装时，支臂顶端应高出天线上安装支架顶部20cm。
支臂底端应比天线长出20cm,以保证天线的牢固。
（6）微波天线与GSM天线安装于同一平台上时，微波天线朝向应处于GSM同一小区两天线之间。
（7）天线安装在楼顶围墙上时，天线底部必须高出围墙顶部最高部分，应大于50cm。
（8）安装楼顶桅杆基站时，天线与楼面的夹角应大于45º。
（9）直放站中的施主天线和重发天线的水平间距≥30m，垂直间距≥15m。
5.3.馈线安装
（1）馈线的量裁布放，按照节约的原则，先量后裁。
馈线的允许余量为3％。
（2）制作馈线接头时，馈线的内芯不得留有任何遗留物。
（3）接头必须紧固无松动、无划伤、无露铜、无变型。
（4）布放馈线时，应横平竖直，严禁相互交叉，必须做到顺序一致。
两端表识明确，并两端对应。
表识应粘贴与两端接头向内约20CM处。
（5）馈线必须用馈线卡子固定，垂直方向馈线卡子间距≤1.5m，水平方向馈线卡子间距≤1m。
如无法用馈线卡子固定时，用扎带将馈线之间相互绑扎。
（6）馈线的单次弯曲半径应符合以下要求：
7／8″馈线＞30CM；5／4″馈线＞40CM，15/8″＞50CM。
（或大于馈线直径的10倍）。
馈线多次弯曲半径应符合以下要求：
7／8″馈线＞45CM；5／4″馈线＞60CM，15/8″＞80CM。
（7）馈线在布放、拐弯时，弯曲度应圆滑、无硬弯。
并避免接触到尖锐物体，防止划伤进水，造成故障。
（8）馈线进线窗外必须有防水弯，防止雨水沿馈线进入机房。
防水弯的切角应大于等于60º。
（9）馈线、信号线必须与（220V以上）的电源线有20cm以上的间距。
（10）天线、馈线等器件、线缆必须标识明确，一一对应。
（11）室外必须用黑扎带，室内必须用白扎带，绑扎时应整齐美观、工艺良好。
5.4.跳线安装
（1）1／2″跳线的单次弯曲半径应≥20cm；多次弯曲半径应≥30cm。
（2）跳线与天线、馈线的接头应连接可靠，密封良好。
（3）跳线应用扎带绑扎牢固，松紧适宜，严禁打硬折、死弯，以免损伤跳线。
（4）应避免跳线与尖锐物体直接接触。
（5）跳线与天线的连接处应留有适当的余量，以便日后维护。
（6）跳线与馈线的接头处应固定牢靠，防止晃动。
6.结束语
无线网络优化的工作重点由解决覆盖问题，细化至研究天线在不同场景下的选型是对整个无线系统优化的基础和保证。
天线选型从网络优化方面考虑：
对有效解决话务吸收、减少干扰、提升全网指标有直接作用，同时能提高资源利用率、节省设备费用的开支；从用户方面考虑：
可提高用户对网络的感知度和满意度。
总的来说，因地制宜的选用天线，考虑天线合适的挂高，打破常规统一的天线选型模式，根据不同场景对应的地理环境及话务模型，参考、比较、规划出适宜一定区域内的无线环境的天线，灵活选用天线，以达到提高网络质量的目的。
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