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WCDMA无线网络规划软件中天线的建模

付春云，杨大成
北京邮电大学电信工程学院，北京，100876

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中文摘要：本文介绍了在开发WCDMA无线网络规划软件过程中如何对天线进行建模。天线的
设计在WCDMA网络规划中至关重要，直接影响整个网络的运行质量。文中详细介绍了天线参
数的配置以及空间增益的计算。仿真结果表明，天线设计的好坏直接影响到网络的干扰、覆
盖以及全网服务质量。
关键词：WCDMA，覆盖，方向图，增益，下倾角

1.引言

无线网络规划指的是根据网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标，以及为实现该目标
所进行的基站位置和配置的设计。WCDMA系统由于采用了复杂的无线传输技术，其网络
规划比GSM，TACS系统规划要复杂的多。因此，WCDMA系统在建设网络之前，如果能
够借助规划软件对实际的系统进行计算机仿真，经过细致的规划，设计出一个合理的规划方
案，指导实际中的网络建设，就能以最小的成本获得最佳的性能。
天线在无线网络规划中的作用至关重要，其设计的好坏将直接影响到网络的整体性能。
[1]介绍了密集基站组网时的天线倾角规划，没有详细介绍基站稀疏地区的倾角设计以及天
线倾角对网络性能的具体影响。[2]对天线的设计没有系统的介绍。本文详细介绍了天线参
数的配置和空间增益的计算，并结合软件仿真分析了天线的设计对网络干扰，覆盖和服务质
量的影响，

2.理论基础

2.1天线的基本概念

在无线通信中，我们将能有效的辐射或接收无线电波的装置称之为天线。

图2.1无线电系统中信号通信方框图
图2.1是无线电系统中信号通信的简单方框图。已调信号经发射机产生已调高频振荡电
流送到馈线，馈线以束缚电磁波的形式传送到发射天线，发射天线再把它转变成自由电磁波
向周围空间辐射；在接收端，接收天线接收空间传来的电磁波，将其转变成束缚电磁波，经

馈线到接收机解调还原成信号。

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2.2天线的重要参数

z方向图
如果用从原点出发的矢量长短来表示天线各方向辐射的强度，则连接全部矢量端点所形
成的包络就是天线的方向图。这种方向图称为立体方向图，它显示出天线的在不同方向辐射
的相对大小。对于线天线，通常人们采用立体方向图的两个主平面表示天线的方向性，并称

为水平方向图和垂直方向图。

(a)水平方向图(b)垂直方向图(c)立体方向图

图2.2天线方向图
z波瓣宽度
波瓣是由电磁波在各个方向的辐射强度不同而形成的，其中包含最大辐射方向的波瓣称
为主瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射功率降低3dB（即功率密度降低一半）的两点间的
夹角定义波瓣宽度。
z天线增益
天线的增益不仅描述了天线的方向特性，而且体现了天线的效率。其定义是：在输入功
率相等的条件下，实际天线与无方向性的理想点源天线在空间同一点处所产生的场强幅度的
平方之比，也等于功率密度之比。

3.天线参数对网络性能的影响

天线是移动通信基站无线信号的出入口，是基站设备的重要组成部分。天线的选择（类
型、位置）不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响整个移动通信网络的运行质量。
尤其在基站数量多、站距小、载频数量多的高话务量地区，天线选择及参数设置是否合适，
对移动通信网络的干扰、覆盖率、接通率及全网服务质量都有很大影响。因此，在网络规划
中，天线的设计就显得尤为重要。

3.1天线高度

在进行网络规划时，对于业务量较小，覆盖受限的区域来说，适当的增加天线高度，将
扩大基站的覆盖范围，节省网络的建设成本。而对于密集城区来说，情况就完全不同了。此
时如果天线的高度过高，则会将信号辐射到周围的小区内，造成严重的系统内干扰。一般而

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言，在不采用分层网的情况下，同一基站密度区域内各基站天线有效挂高应该大致相等，否
则将导致不同基站覆盖范围内的业务严重不均衡；并且基站越密，天线有效挂高应该越低。
表3.1给出了不同环境类型对应的天线挂高参考值：

表3.1不同环境类型对应的天线挂高
环境类型天线挂高（米）
密集城区30
一般城区35
郊区40
农村55

3.2天线方位角

天线的水平方位就是指天线水平方向最大增益处与基准方向间（一般为正北方向）的夹
角。天线水平方位角的确定，需要根据服务区的覆盖情况来确定。在设置天线的水平方位角
时，需要注意基站与基站之间覆盖相互补充，扇区与扇区之间的配合，使整个系统尽量不要
出现覆盖的漏洞，也不要出现大量的重复覆盖。
理想的蜂窝移动通信模型，即各基站均匀分布、不考虑地形地物等因素、各基站均为定
向站的情况下，采用三扇区基站，每个扇区的覆盖范