CN102438251B - 移动通信基站天线下倾角的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动通信基站天线下倾角的计算方法，包括以下步骤：采集所需计算区域内全部室外宏基站小区信息；计算距离主小区设定的最大搜索距离以内的所有小区，形成邻近小区集合；采用定向信号强度对比分析方法，在主小区覆盖方向上进行定向信号强度对比；离散地理位置点循环计算；单个离散地理位置点主覆盖小区计算，计算每个离散地理位置点的信号强度，根据路径损耗计算该离散地理位置点的主服务小区；根据各个离散地理位置点的主服务小区的归属情况，计算各个主小区覆盖距离；根据各个小区天线挂高和各小区覆盖距离，计算得到各小区天线下倾角。本发明具有全局性统一计算，自动化程度高的特点，显著提高下倾角计算的准确性以及速度。

Description

移动通信基站天线下倾角的计算方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信领域，具体地说是基于覆盖电平预测，并结合站点实际分布的移动通信基站天线下倾角的计算方法。

背景技术

在规划GSM移动通信系统基站时，基站天线下倾角一般由规划人员根据经验设定。这样确定的下倾角主观性较大，小区的覆盖距离无法精确控制。如采用覆盖仿真软件确定下倾角，则要根据覆盖仿真图不断手工修改下倾角，直到认为合适为止。这种方法使得下倾角的取定速度较慢，且仿真软件价格昂贵，并且各项参数设置复杂，计算时间长。为了精确地计算小区天线下倾角，满足工程规划工作中快速确定大量基站下倾角的要求，在VB环境下开发了大量基站天线下倾角自动计算软件。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种移动通信基站天线下倾角的计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种移动通信基站天线下倾角的计算方法，包括一下步骤：

步骤一，采集所需计算区域内全部室外宏基站小区信息，包括经纬度，方向角，天线挂高。以小区为单位进行循环计算移动通信基站天线下倾角，计算至最后一个小区为止，循环中正在计算中的小区称为主小区；

本发明中的小区英文名Cell，学名蜂窝小区，用于描述无线网络中基站的基本组成结构，一般有一副室外天线，本发明的目的在于计算小区室外天线的下倾角，参考文献：烧世祥，林纲，戴美泰，吴志忠所著，人民邮电出版社出版《GSM移动通信网络优化》第18页。

步骤二，计算距离主小区设定的最大搜索距离以内的所有小区，形成邻近小区集合。对该集合按照距离主小区的远近距离进行排序，选择距离最近的设定数量的小区作为信号对比测试集合。一般设定距离为5～30km，小区数量为100个～300个小区。

步骤三，采用定向信号强度对比分析方法，在主小区覆盖方向上进行定向信号强度对比，所述定向信号强度对比缝隙方法为定义一组间距固定，数量设定，方向沿主小区覆盖方向上的以主小区所在位置为起点的离散地理位置点组合；所述离散地理位置点，就是地球表面的一组地理位置点；

步骤四，离散地理位置点循环计算，判断是否计算到最后一个离散地理位置点，如果是，则进行步骤六，否则进行步骤五；

步骤五，单个离散地理位置点主覆盖小区计算，计算每个离散地理位置点的信号强度，根据路径损耗计算该离散地理位置点的主服务小区；各个离散地理位置点的主服务小区计算由离散地理位置点的信号强度计算构成，分别计算邻近小区集合中的各个小区信号强度，信号最强的即为主服务小区。

步骤六，根据各个离散地理位置点的主服务小区的归属情况计算各个主小区覆盖距离。分别设定覆盖加强系数及越区抵抗系数。覆盖加强系数越大，则全网覆盖情况越好，出现覆盖盲区的概率相对降低，但越区覆盖会越严重，网络干扰越严重。越区抵抗系数越大则出现越区覆盖比例越小，网络干扰情况相对减轻，但出现覆盖盲区的概率上升。

结合各离散地理位置点主服务小区及设定系数得到主小区的覆盖距离，分别将各个小区作为主小区循环计算，可以得到各小区的覆盖距离。

步骤七，根据各个小区天线挂高，及得到的各小区覆盖距离。得到所需的各小区天线下倾角。

本发明中，所述最大搜索距离设定为5～30km。

本发明中，所述设定数量小区为100个～300个。

本发明中，步骤五中，所述路径损耗的计算公式为，路径损耗＝10*N*(Log(D)/Log(10))，其中N为路径损耗指数，D为各小区到目标覆盖点的距离。

有益效果：本发明具有全局性统一计算，自动化程度高的特点，显著提高下倾角计算的准确性以及速度。

具体优点包括：

1、在局部站点新建同时，修正周边站点下倾角，一步修改，同步变化，提升无线网络整体覆盖及质量。

2、采用定向离散地理位置点的信号对比方法，在真实反映基站小区覆盖情况的同时，减小计算量，加快计算时间和计算准确度。

3、采用基于链路预算及天线增益特性，定向信号强度对比分析方法，计算自动化且准确高效。

4、采用覆盖加强系数和越区抵抗系数平衡覆盖和干扰间的取舍，并提供不同场景，不同系统间的倾向性修正，获得更为准确的结算记过。

在实际使用中，该方法在基站建设工程中非常有效，可以显著提高基站下倾角校正及设置的准确性及速度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明下倾角计算方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括如下步骤：

步骤一，收集所需计算区域内全部室外宏基站小区信息，包括经纬度，方向角，天线挂高。以小区为单位进行循环计算，计算至最后一个小区为止。下文中称循环中计算到的小区为主小区。

步骤二，设定最大搜索距离为某一特定距离，该参数需综合考虑覆盖区域内一般站点间距及实际考虑越区的强度。可以参考设定为3倍于区域内站点间距为最大的前5％的站点间距。一般设置范围为5～30km，在较发达地区可考虑设定为半径10km，欠发达地区可考虑适当增加例如为30km。

计算距离主小区最大搜索距离以内的所有小区，形成邻近小区集合。对该集合按照距离主小区的距离进行由近至远地排序，一般选择距离最近的100个～300个小区作为信号对比测试集合，本实施例选择为200个。

步骤三，采用定向信号强度对比分析方法，在主小区覆盖方向上进行定向信号强度对比；所述定向信号强度对比分析方法为定义一组间距固定，数量设定，方向沿主小区覆盖方向上的以主小区所在位置为起点的离散地理位置点组合；所述离散地理位置点，就是地球表面的一组地理位置点；

根据设定的间距和离散地理位置点的总数，计算在主小区覆盖方向上间距为计算精度，数量为计算点的总数的等距离的离散地理位置点集合。

计算精度可以设置为10～200米，本实施例中间距设定为50米，该精度足以满足计算需求。离散地理位置点的总数设定需根据站点密集程度，一般来说站点密度较密集的东南部区域可以设定为40个，设定为40时，最大计算距离为2公里，对于站点密集的东南部地区可以基本满足需求。

对于有大量站点间距超过3公里的区域可以合理设置计算点的总数，密度较稀疏地区可适当增加。

离散地理位置点的总数＝该区域内站点间距为最大的前5％的站点间距(米)×2÷3÷50，取整得到需进行计算点的总数。

步骤四，离散地理位置点循环计算，判断是否计算到最后一个离散地理位置点，如果是，则进行步骤六，否则进行步骤五；

步骤五，单个离散地理位置点主服务小区计算。在循环计算每个离散地理位置点的信号强度时，根据路径损耗计算各点的主服务小区。

各个离散地理位置点的主服务小区计算由离散地理位置点的信号强度计算构成，信号最强的即为主服务小区。

离散地理位置点的信号强度＝发射功率-路径损耗+天线方向增益；

发射功率在一般的城市中基本采用相同的值，即使在调整较多的情况下，一般差距也在3～5dB以内，有条件的情况下可以取得实际各个小区的发射功率，获得更为精确的计算值。一般条件下，可沿用相同的发射功率，设定为20w(43dB)

根据邻近小区和该离散地理位置点的距离路径损耗指数计算路径损耗。

路径损耗＝10*N*(Log(D)/Log(10))；

其中N为路径损耗指数，一般环境中可考虑设置为2.5～5，本实施例中设置为3.5，D为周边各邻近小区到目标覆盖点的距离，避免繁琐计算，D的数值计算公式如下：

在各小区信号强度计算中，分别计算各个邻近小区相对离散地理位置点的距离及覆盖方向的夹角；

根据夹角和无线环境中常用天线的增益模型计算天线在该覆盖方向上的增益强度，即天线方向增益。传统无线网络中不同天线模型间虽有区别但有相似性，可以利用最常见的天线增益模型作为统一计算的基础。

根据如上公式的各个参数的计算，分别计算各个小区在离散地理位置点的信号强度，得到离散地理位置点上的最强信号的服务小区。对计算结果进行判断，并以数组形式记录数据，按照离散地理位置点的顺序若为第i个离散地理位置点，若信号强度最强小区为主小区则a(i)＝1，否则a(i)＝-1。

步骤六，计算各小区覆盖距离。

根据上一步计算出的a(i)序列进行处理，分别设定覆盖加强系数及越区抵抗系数。

覆盖加强系数越大，则全网覆盖情况越好，出现覆盖盲区的概率相对降低，但越区覆盖会越严重，网络干扰越严重。

越区抵抗系数越大则出现越区覆盖比例越小，网络干扰情况相对减轻，但出现覆盖盲区的概率上升。

由于网络覆盖中覆盖因素为第一位，干扰情况也应该适当重视，建议设置覆盖加强系数为2，越区抵抗系数为1。适当侧重覆盖方面的因素，加强各小区覆盖强度。

对各个离散地理位置点计算得到b(i)值。

$E\left(i\right)=\underset{j=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}b\left(j\right)$

对不同的i值，分别进行b序列的求和，获得E(i)值，其中最大的E(i)值可以得到最大覆盖距离。

当E(i)最大时，i取值乘以离散地理位置点间距，则为最大覆盖距离。

根据以上公式计算可以得到主小区的覆盖距离，分别将各个小区作为主小区循环计算，可以得到各小区的覆盖距离。

步骤七，计算个小区下倾角：

θ＝arctan(h/dist)*180/π+α

其中h为各个小区天线挂高，dist为上一步骤中计算的得到的各小区覆盖距离。α为考虑天线半功率角后设置的额外下倾角度，现网常见的无线网络用天线中，垂直半功率角一般在7-14度之间，考虑一般的适应性，设置额外下倾角a为半功率角的一半3.5度。在满足覆盖需求的同时尽可能减少过多重叠覆盖造成的干扰问题。

最终得到θ即为所需的各小区天线下倾角。

实施例

步骤一，收集并以表格形式输入各项数据，包括天线经纬度、方向角，天线挂高；

表1为部分数据输入样式展现，每一行为一个小区网元的数据，循环计算每个小区的结果。

表1

小区网元名称	经度	纬度	天线方位角	天线挂高
					D白云饭店A	120.5864	31.29917	0	64
D白云饭店C	120.5864	31.29917	240	64
					D彩香C	120.5947	31.30556	240	64
D沧浪亭B	120.6208	31.29361	120	45
					D沧浪亭C	120.6208	31.29361	240	45
D阊胥路A	120.5997	31.30944	0	45
					D阊胥路B	120.5997	31.30944	120	40
D阊胥路C	120.5997	31.30944	240	40
					D道前街A	120.6133	31.30111	0	40
D道前街B	120.6133	31.30111	120	25
					D第二制药厂A	120.6042	31.30028	0	25
D第二制药厂B	120.6042	31.30028	120	25
					D第二制药厂C	120.6042	31.30028	240	40
D电力技校A	120.595	31.29639	0	40
					D电力技校B	120.595	31.29639	120	40
D电力技校C	120.595	31.29639	240	44

步骤二，输入必要参数，各参数均为在整个计算过程中可人为干预的各项参数。输入的各项参数将在后续自动计算过程中发挥作用，各项参数作用已在具体实施方式中加以描述。本次试验中设定邻近小区集合为200个，设定最大搜索距离为10km。以D白云饭店A为例，搜索该主小区周围最大搜索距离10km内，最近的200个邻近小区集合。

步骤三，信号强度对比分析离散地理点形成。

根据形成的邻近小区集合，以集合内的小区为限，采用基于链路预算及天线增益特性的，定向信号强度对比分析方法，在主小区(D白云饭店A)覆盖方向上(0度方向上)进行定向信号强度对比，预先设定计算精度设定为50米，计算点的总数设定为40个，以此形成40个间距为50米离散地理点集合

步骤四，40个离散地理位置点循环计算，判断是否计算到最后一个离散地理位置点，如果是，则进行步骤六，否则进行步骤五；

步骤五，单个离散地理位置点主覆盖小区计算。

预先设定路径损耗指数为3.5，沿主小区(D白云饭店A)覆盖方向上的定向离散地理位置点组合分别计算各个离散地理点上的各个邻近小区信号强度。信号强度计算中基于链路预算综合计算因距离造成的路径损耗(路径损耗指数为3.5)和天线方向性增益。计算得到在各个离散地理位置点上信号最强的小区。

步骤六、计算主小区覆盖距离。

预先设定越区抵抗系数为1，覆盖加强系数为2然后针对覆盖区域的重叠覆盖干扰抑制以及合理越区覆盖的平衡计算，使用已设定的覆盖加强系数和越区抵抗系数，从主小区位置上的第一个离散地理位置点开始，进行加权累加，以最大累加值作为参考，计算最大覆盖距离，实际D白云饭店A小区的覆盖距离经过计算为600米。

步骤六、计算下倾角。

根据D白云饭店A小区64米的挂高和600米的覆盖距离，按照下倾角计算公式，计算得到下倾角为10度。按照此范例依次计算各个小区可以得到全部小区的覆盖距离和下倾角，完成本次计算。

各种计算方法和计算思路均自动进行，目前大型城市全网全部小区下倾角计算主流计算机可以控制在1分钟以内，而传统的通过手工计算，需要一天以上的时间对于这类长时间重复性工作，人工处理易犯错误并且没有较好的错误检查机制，而自动化运算错误可避免错误的发生，在自动计算的过程中覆盖距离可以精确到50米以内，相应计算出的下倾角也有相应的精度，而人工由于距离测量的模糊性通常会有100-200米的误差，在开阔区域，这个误差还会更大。

结算的各小区覆盖距离及天线下倾角将直接以表格形式输出，与各个小区相对应。部分输出数据显示如表2。

计算结果将直接指导工程建设和网优调整。在目前的实际使用中，已采用该方法计算结果直接用于工程建设，目前反馈效果良好。

本方法在计算过程中只需手动输入站点经纬度，站高以及各小区方向角。主要针对移动通信基站各小区天线信号在主覆盖方向上的传播覆盖特性，计算各个小区理论覆盖距离，充分考虑合理的越区补盲以及干扰抑制。于一般常见的人工计算或仿真验证人工调整相比，本发明方法可以显著提高下倾角计算的准确性以及速度。

表2

本发明提供了一种移动通信基站天线下倾角的计算方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种移动通信基站天线下倾角的计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤一，采集所需计算区域内全部室外宏基站小区信息，包括每个小区的天线经纬度，方向角，天线挂高； 

以小区为单位进行循环计算移动通信基站天线下倾角，计算至最后一个小区为止，循环中正在计算的小区称为主小区； 

步骤二，计算距离主小区设定的最大搜索距离以内的所有小区，形成邻近小区集合；对邻近小区集合按照距离主小区的远近进行排序，选择距离最近的设定数量小区作为信号对比测试集合； 

步骤三，采用定向信号强度对比分析方法，在主小区覆盖方向上进行定向信号强度对比；所述定向信号强度对比分析方法为定义一组间距固定，数量设定，方向沿主小区覆盖方向上的以主小区所在位置为起点的离散地理位置点组合；所述离散地理位置点，就是地球表面的一组地理位置点； 

步骤四，离散地理位置点循环计算，判断是否计算到最后一个离散地理位置点，如果是，则进行步骤六，否则进行步骤五； 

步骤五，单个离散地理位置点主覆盖小区计算，计算每个离散地理位置点的信号强度，根据路径损耗计算该离散地理位置点的主服务小区； 

各个离散地理位置点的主服务小区计算由离散地理位置点的信号强度计算构成，分别计算邻近小区集合中的各个小区信号强度，信号最强的即为主服务小区； 

步骤六，根据各个离散地理位置点的主服务小区的归属情况，计算各个主小区覆盖距离；分别设定覆盖加强系数及越区抵抗系数，根据这个两个系数计算得到主小区的覆盖距离，分别将各个小区作为主小区循环计算，得到各小区的覆盖距离； 

步骤七，根据各个小区天线挂高和各小区覆盖距离，计算得到各小区天线下倾角； 

步骤六中包括，以数组形式记录数据，按照离散地理位置点的顺序若为第i个离散地理位置点，若信号强度最强小区为主小区则a（i）=1，否则a（i）=-1； 

计算各小区覆盖距离： 

根据计算出的a（i）序列进行处理，分别设定覆盖加强系数及越区抵抗系数； 

对各个离散地理位置点计算得到b（i）值： 

对不同的i值，分别进行b序列的求和，获得E（i）值，其中最大的E（i）值可以得到最大覆盖距离； 

当E（i）最大时，i取值乘以离散地理位置点间距，则为最大覆盖距离； 

根据以上公式计算可以得到主小区的覆盖距离，分别将各个小区作为主小区循环计算，可以得到各小区的覆盖距离； 

步骤七中，计算各小区下倾角θ包括： 

θ=arctan(h/dist)*180/π+α， 

其中h为各个小区天线挂高，dist为上一步骤中计算的得到的各小区覆盖距离，设置额外下倾角α为半功率角的一半。 

2.根据权利要求1所述的移动通信基站天线下倾角的计算方法，其特征在于，所述最大搜索距离设定为5～30km。 

3.根据权利要求1所述的移动通信基站天线下倾角的计算方法，其特征在于，所述设定数量小区为100个～300个。 

4.根据权利要求1所述的移动通信基站天线下倾角的计算方法，其特征在于，步骤五中，所述路径损耗的计算公式为，路径损耗=10*N*(Log(D)/Log(10))，其中N为路径损耗指数，D为各小区到目标覆盖点的距离。 

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