關于移動通信基站天線互調指標的研究

賈瑞君

通過到貨階段互調指標的測試，可以判斷出天線產品的原材料和生產工藝是否達標；通過現(xiàn)網(wǎng)測試，可以判斷出天線內部的結構是否穩(wěn)固、是否變形、是否出現(xiàn)腐蝕氧化等老化問題。但要徹底解決移動通信的網(wǎng)絡質量問題，必須從源頭開始，對天線材料及工藝進行嚴格的限定，對器件、線纜及接頭的質量進行嚴格要求和檢測，這才是提高移動通信網(wǎng)絡質量的有效方法。

基站天線 互調指標 現(xiàn)網(wǎng)排查

1 引言

基站天線是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，其質量的好壞直接影響到無線網(wǎng)絡的整體性能，只有天線質量得到有效控制，網(wǎng)絡質量才有保證?，F(xiàn)網(wǎng)中的部分天線，由于天線選材及設計方案均采用低成本的方案，天線性能會隨使用時間的延長而急劇惡化。雖然此部分天線在出廠時的指標滿足運營商的招標要求，但是隨著在網(wǎng)使用時間的增加，部分天線的互調指標嚴重惡化，這將對網(wǎng)絡質量產生影響。

2 天線互調對移動通信網(wǎng)絡質量的影響

互調指標是天線質量問題的體現(xiàn)，是網(wǎng)絡質量下降的間接反映，主要體現(xiàn)在其對基站上行接收系統(tǒng)的干擾上，如系統(tǒng)掉話率增加、基站覆蓋范圍縮小、通話質量降低等，一般通過系統(tǒng)的IOI（話音信道在空閑模式下收到的上行噪聲信號強度）來體現(xiàn)。改善在網(wǎng)天線的互調指標一方面可以杜絕天線質量對網(wǎng)絡性能的影響，另一方面也可以降低基站本身的互調干擾。

3 互調指標概述

在移動通信系統(tǒng)中，天線互調是指當2個或多個發(fā)射信號經過天線時，由于天線的非線性而產生的與原信號頻率及倍頻有和差關系的信號。即當頻率為f1和f2的2個信號輸入到天線后，由于天線的非線性效應，產生了f=mf1±nf2（m，n=0，1，2…）等互調分量，具體如圖1所示。各分量分別稱為（m+n）階互調分量，其中2f1-f2和2f2-f1稱為三階互調分量。如果這些信號電平足夠大并落在接收頻帶內時就會對系統(tǒng)產生干擾，導致系統(tǒng)性能的下降。其中天線的互調分量中，三階互調的強度最大，是造成干擾的主要原因，具體如圖2所示。

圖1 互調分量的頻率關系

圖2 各階互調分量強度示意圖

因此，天線互調是否會影響系統(tǒng)性能取決于互調信號的大小及是否落在接收頻帶內。根據(jù)我國移動通信系統(tǒng)的頻率劃分，除了電信CDMA800的三階互調會落入移動EGSM900的接收頻段外，其它系統(tǒng)的三階互調均不落入本系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的接收頻段，如表1所示。由此可見，國內移動通信在劃分各系統(tǒng)頻率時，已經充分考慮了互調因素，使產生的多載波三階互調都不能落入自身的接收頻段，避免了三階互調對本系統(tǒng)的影響。這也是在以往的天線選型中，天線互調指標沒有被引起足夠重視的原因。

4 天線結構及工藝對互調的影響分析

移動通信基站天線的特點是電氣指標與機械結構互為一體，機械結構的改變會帶來電氣性能的變化。同一款基站天線有多種設計方案可以實現(xiàn)，設計方案涉及天線的輻射單元設計、反射板（電磁邊界條件）設計、功率分配網(wǎng)絡設計、封裝防護設計（天線罩）等，各個設計要素之間相互關聯(lián)、相互制約。一個性能穩(wěn)定、性價比高的天線產品必須做到綜合考慮各個要素、優(yōu)化設計方案、合理選擇材料及加工工藝，通過這些方面來保證天線經過長期使用后性能不會發(fā)生嚴重惡化。

通常一副基站天線使用的材料有20種以上，它們共同組成輻射單元、饋電網(wǎng)絡和天線罩三大關鍵部件。由于天線選材、工藝及加工不夠優(yōu)良，天線在惡劣環(huán)境中經過長期的使用后，其內部關鍵部件可能會發(fā)生變形斷裂、表面氧化腐蝕、焊點老化、緊固件松動脫落等問題，這必然會使天線性能有所下降。天線內部各部件的材質工藝變化對電氣性能的影響是不同的，具體如表2所示：

表2 天線各部件對電氣性能的影響

天線組

成部件 部件圖 質量

控制點 主要受影響

指標

輻射

單元 材料、鍍層、尺寸 波束寬度、增益、交叉極化比、互調

饋電

網(wǎng)絡 插損、相位穩(wěn)定度、

焊點 前后比、互調、隔離度、駐波比

天線罩 材料、尺寸 天線壽命

由表2可以看出，互調是比較敏感的指標之一，天線輻射單元和饋電網(wǎng)絡的改變都會對互調產生影響，為進一步驗證它們之間的影響關系，對大量現(xiàn)網(wǎng)退役的天線進行了性能檢測和開罩部件檢查，發(fā)現(xiàn)互調較差的天線其主要部件均出現(xiàn)了不同程度的老化，如輻射單元生銹、變形，饋電網(wǎng)絡焊點脫落等。具體如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

因此，通過天線的互調指標可以判斷出天線內部的結構是否穩(wěn)固未變形，是否出現(xiàn)腐蝕氧化等老化問題，從而可以間接地判斷天線的輻射性能是否發(fā)生變化，實際的網(wǎng)絡應用能力是否下降，是否需要更換新天線等。

5 天線互調對移動通信網(wǎng)絡質量的影響

互調是天線質量問題的體現(xiàn)，是網(wǎng)絡質量下降的間接反映，主要體現(xiàn)在其對基站上行接收系統(tǒng)的干擾，如系統(tǒng)掉話率增加、基站覆蓋范圍縮小、通話質量降低等，一般通過系統(tǒng)的IOI（話音信道在空閑模式下收到的上行噪聲信號強度）來體現(xiàn)。但是需要特別注意，互調要對系統(tǒng)產生影響，必須具備下面2個條件：

（1）天線的互調落到系統(tǒng)的上行接受頻帶內，如果落不到，則不會產生干擾。

目前，從國內運營商各系統(tǒng)的頻段劃分來看，落入系統(tǒng)上行頻帶的概率較低，而且通?？梢酝ㄟ^更改系統(tǒng)頻點，來保證互調不落到系統(tǒng)上行頻帶內。

（2）天線互調值必須達到一定的大?。ㄩT限值），才會對系統(tǒng)產生干擾。

互調值大小只有達到一定程度，才會產生干擾，如0～5級干擾，其電平值都有相關的規(guī)定。

大量的現(xiàn)網(wǎng)測試發(fā)現(xiàn)，天線三階互調值較差的區(qū)域，將有可能導致其上行干擾增強、掉話率上升、切換成功率下降、干擾等級上升、網(wǎng)絡質量普遍變差，如表3所示，這嚴重影響了KPI指標及客戶的品牌感知。endprint

表3 天線三階互調對網(wǎng)絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-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

（最優(yōu)） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網(wǎng)絡的質量。因此排查現(xiàn)網(wǎng)中天線的互調指標，對現(xiàn)網(wǎng)中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網(wǎng)絡質量。

6 現(xiàn)網(wǎng)互調排查方法及要點

6.1 現(xiàn)網(wǎng)排查步驟

現(xiàn)網(wǎng)互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據(jù)話務統(tǒng)計KPI指標篩選出互調干擾小區(qū)，分析基站掃頻數(shù)據(jù)，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統(tǒng)互調測試的準確性。

天饋系統(tǒng)中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統(tǒng)互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網(wǎng)排查難度較大，因此天饋系統(tǒng)的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示?？紤]到現(xiàn)網(wǎng)中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據(jù)大量的現(xiàn)網(wǎng)天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統(tǒng)不同位置排查互調指標的現(xiàn)場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現(xiàn)網(wǎng)排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發(fā)射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區(qū)）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網(wǎng)天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環(huán)境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統(tǒng)）主瓣指向同高度天線（同扇區(qū)GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統(tǒng)天線方位角至空曠狀態(tài)下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優(yōu)秀，同時保證其接觸狀態(tài)良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統(tǒng)的互調。根據(jù)短木板的原理，系統(tǒng)的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態(tài)不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發(fā)現(xiàn)，天線的互調會造成系統(tǒng)的干擾等級上升，進而影響移動通信網(wǎng)絡質量。結合后臺分析及現(xiàn)場測試，可以快速地判斷在網(wǎng)天線的互調指標是否滿足系統(tǒng)要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網(wǎng)絡隱患。文中還描述了天饋系統(tǒng)互調指標現(xiàn)場測試的步驟及注意要點，希望對網(wǎng)絡優(yōu)化人員及現(xiàn)場網(wǎng)絡干擾排查工作有所幫助。

參考文獻：

[1] Theodore S Rappaport. 無線通信原理與應用[M]. 周文安，付秀花，王志輝，等譯. 2版. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2012.

[2] 趙建勛，陸曼如，鄧軍. 射頻電路基礎[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2010.

[3] 朱輝. 實用射頻測試和測量[M]. 2版. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2012.

[4] 陳邦媛. 射頻通信電路[M]. 2版. 北京： 科學出版社， 2006.

[5] Reinhold Ludwig. 射頻電路設計：理論與應用[M]. 王子宇，譯. 2版. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2012.

[6] 石明衛(wèi)，莎柯雪，劉原華. 無線通信原理與應用[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[7] 雷振亞. 射頻/微波電路導論[M]. 西安： 西安電子科技大學出版社， 2005.

[8] 中國移動通信集團公司. GSM天線設備規(guī)范[Z]. 2011.

[9] 中國移動通信集團公司. 中國移動無源器件測試規(guī)范[Z]. 2012.endprint

表3 天線三階互調對網(wǎng)絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-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

（最優(yōu)） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網(wǎng)絡的質量。因此排查現(xiàn)網(wǎng)中天線的互調指標，對現(xiàn)網(wǎng)中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網(wǎng)絡質量。

6 現(xiàn)網(wǎng)互調排查方法及要點

6.1 現(xiàn)網(wǎng)排查步驟

現(xiàn)網(wǎng)互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據(jù)話務統(tǒng)計KPI指標篩選出互調干擾小區(qū)，分析基站掃頻數(shù)據(jù)，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統(tǒng)互調測試的準確性。

天饋系統(tǒng)中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統(tǒng)互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網(wǎng)排查難度較大，因此天饋系統(tǒng)的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示?？紤]到現(xiàn)網(wǎng)中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據(jù)大量的現(xiàn)網(wǎng)天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統(tǒng)不同位置排查互調指標的現(xiàn)場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現(xiàn)網(wǎng)排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發(fā)射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區(qū)）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網(wǎng)天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環(huán)境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統(tǒng)）主瓣指向同高度天線（同扇區(qū)GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統(tǒng)天線方位角至空曠狀態(tài)下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優(yōu)秀，同時保證其接觸狀態(tài)良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統(tǒng)的互調。根據(jù)短木板的原理，系統(tǒng)的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態(tài)不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發(fā)現(xiàn)，天線的互調會造成系統(tǒng)的干擾等級上升，進而影響移動通信網(wǎng)絡質量。結合后臺分析及現(xiàn)場測試，可以快速地判斷在網(wǎng)天線的互調指標是否滿足系統(tǒng)要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網(wǎng)絡隱患。文中還描述了天饋系統(tǒng)互調指標現(xiàn)場測試的步驟及注意要點，希望對網(wǎng)絡優(yōu)化人員及現(xiàn)場網(wǎng)絡干擾排查工作有所幫助。

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[9] 中國移動通信集團公司. 中國移動無源器件測試規(guī)范[Z]. 2012.endprint

表3 天線三階互調對網(wǎng)絡質量的影響

三階互調

/dBm 干擾帶（1-5級） TCH

掉話率 TCH分配失敗率 切換

成功率 上行

質量

-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

（最優(yōu)） 1 0.08% 0.41% 99.27% 0.14%

天線的互調指標會直接影響移動通信網(wǎng)絡的質量。因此排查現(xiàn)網(wǎng)中天線的互調指標，對現(xiàn)網(wǎng)中互調值較差的天線進行更換，可以有效改善網(wǎng)絡質量。

6 現(xiàn)網(wǎng)互調排查方法及要點

6.1 現(xiàn)網(wǎng)排查步驟

現(xiàn)網(wǎng)互調排查工作首要是進行干擾定位，排除外界干擾。目前的做法是：根據(jù)話務統(tǒng)計KPI指標篩選出互調干擾小區(qū)，分析基站掃頻數(shù)據(jù)，結合經驗算法分析干擾成因，排除CDMA等外部干擾。對存在上行外部干擾的站點，先進行外部干擾的整治工作，再進行互調測試，以保證天饋系統(tǒng)互調測試的準確性。

天饋系統(tǒng)中任何一個器件互調性能不佳、接頭損壞或者有松動，都會導致整個天饋系統(tǒng)互調性能的下降。且天線一般位于天饋最前端，直接進行在網(wǎng)排查難度較大，因此天饋系統(tǒng)的互調排查應由下至上，分段排查，最后才對天線進行排查，具體如圖7所示?？紤]到現(xiàn)網(wǎng)中饋線和接頭對天線互調的影響，以及根據(jù)大量的現(xiàn)網(wǎng)天饋互調排查經驗，獨立天線三階互調值一般要求<-90dBm；含饋線在內的三階互調值一般要求<-80dBm。圖8、圖9、圖10分別是在天饋系統(tǒng)不同位置排查互調指標的現(xiàn)場實測圖，測試點分別位于機柜射頻端口、避雷器前端及塔頂天線入口。

6.2 現(xiàn)網(wǎng)排查要點

（1）必須保證天線輻射面前方空曠、無遮擋、無高壓磁場的影響。

由于天線在發(fā)射時，同時也在接收外界的信號，如果天線輻射面前方有遮擋，則會反射部分信號回來。由于反射部分的信號帶有較大的上行頻段的雜散，則會導致天線的測試互調指標偏高。同時如果在天線的前方較近處（輻射近場區(qū)）有金屬物質或者有高壓磁場（高壓線），這些物質或者磁場則會變成天線輻射的一部分，修正天線本身的電氣特性，影響天線本身的指標，導致天線的互調偏差。

案例分析：在網(wǎng)天線由于前方遮擋導致互調變差。

測試設備：羅森博格交調測試儀。

被測天線：ODP-065R15G。

測試環(huán)境：塔頂。

測試結果：天線（被測天線GSM900系統(tǒng)）主瓣指向同高度天線（同扇區(qū)GSM1800）背面，互調為-80dBm，調整GSM900系統(tǒng)天線方位角至空曠狀態(tài)下測試，互調為-100dBm，改善了20dB。具體場景如圖11所示：

圖11 天線前方遮擋引起互調變差

（2）必須保證測試配件（跳線、接頭）等互調性能優(yōu)秀，同時保證其接觸狀態(tài)良好，擰緊接頭。

測試天線的互調，一般會加上跳線以及接頭，所測得的天線互調其實是這一個測試系統(tǒng)的互調。根據(jù)短木板的原理，系統(tǒng)的最終互調值受最差器件的互調值影響最大。目前，互調指標是個量級非常小的指標，接觸不良或者接觸狀態(tài)不好，都會對互調指標造成非常大的影響。

7 結束語

通過對天線互調指標的分析發(fā)現(xiàn)，天線的互調會造成系統(tǒng)的干擾等級上升，進而影響移動通信網(wǎng)絡質量。結合后臺分析及現(xiàn)場測試，可以快速地判斷在網(wǎng)天線的互調指標是否滿足系統(tǒng)要求，從而篩查出互調指標惡化的天線，有利于及時排除網(wǎng)絡隱患。文中還描述了天饋系統(tǒng)互調指標現(xiàn)場測試的步驟及注意要點，希望對網(wǎng)絡優(yōu)化人員及現(xiàn)場網(wǎng)絡干擾排查工作有所幫助。

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