一种测算移动通信基站天线方位角的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天线方位角测算方法，尤其涉及一种针对移动通信基站定向型天线的特点，通过测算天线辐射相对增益分布信息以确定天线水平安装方位角的方法，属于移动通信技术领域。
【背景技术】
[0002]在移动通信系统中，信号的发射和接收都需要依靠天线来实现。特别是在蜂窝移动通信网络中，基站主要使用定向型天线(简称为基站天线)进行特定区域的信号覆盖。因此，基站天线的水平安装方位角(简称方位角)作为非常重要的工程施工参数，对蜂窝小区实际覆盖效果和网络整体性能起着至关重要的作用。
[0003]但是，在蜂窝移动通信网络的实际运行过程中，基站天线的方位角有时会因为强风、地震等外部原因而发生偏移，也有可能由于工程施工质量原因产生偏差甚至错误，这将会导致蜂窝小区信号的实际覆盖效果产生偏差甚至较大变化，从而无法实现蜂窝移动通信网络的预期运行目标。
[0004]在现有技术中，为了确定因各种原因导致的基站天线的方位角偏差，主要采用如下的三种测量方式:
[0005]I)人工测量方式:由测量人员进行现场实地勘查，利用测量仪表手工测量各个蜂窝小区基站天线的方位角。这种方式的测量结果较为准确，但对小区遍布且数目庞大的蜂窝移动通信网络来说，非常耗费时间、资源和人力。加之测量人员需要临近天线进行作业，基站设备往往要中断运行。
[0006]2)硬件遥测方式:在基站天线上安装专用的远程测量装置，并通过无线方式将基站方位角的测量信息传输至远端系统或专用接收终端。例如在申请号为201310026133.1的中国专利申请中，公开了一种既能实时监测天线的机械角度参数，且能将检测数据远程上传至网管中心服务器，网管中心服务器通过对电调装置进行控制，从而实现对天线的电倾角参数进行调节的支持电调功能的天线姿态监控系统。但是，硬件遥测方式的测量结果虽然较为准确，但施工安装成本和测量设备投资仍然较高。
[0007]3)软件测算方式:基于网络设备收集到的路测终端测量上报数据，利用源小区和各个路测终端测量点所在小区的载干比和距离关系进行基站天线最大概率方位角的统计测算。例如在专利号为ZL200910089769.4的中国发明专利中，公开了一种通过软件测算方式确定基站天线方位角偏差的具体方法。但是，此类方式虽然实施成本较低，在部分场景下也可以获得基站方位角的大致估算信息。但由于其算法存在一定的理论局限，其核心计算过程仅能依靠概率统计进行推算，受样本数量和测试点分布等因素影响，计算结果会有一定波动而导致准确度、可靠度不高。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种测算移动通信基站天线方位角的方法。
[0009]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0010]一种测算移动通信基站天线方位角的方法，包括如下步骤:
[0011]对蜂窝移动通信网络开展路测，测算目标基站天线在安装水平面的各个方向角上的辐射相对增益分布信息；
[0012]基于所述辐射相对增益分布信息形成的增益包络线的外形特征，提取所述目标基站天线在水平方向上的主瓣分布信息以及其中心射线角度；
[0013]根据所述主瓣分布信息以及其中心射线角度得到天线方位角。
[0014]其中较优地，在开展路测的过程中，周期性记录当前时间、测试采样点的位置信息和测试采样点所在位置的无线网络参数，作为路测数据。
[0015]其中较优地，所述无线网络参数包括服务小区和邻区标识信息、各小区下行信号接收场强数据。
[0016]其中较优地，基于所述路测数据，提取目标小区的信号接收场强测量信息。
[0017]其中较优地，提取信息还包括目标小区中属于服务小区和邻区的所有测试采样点的信号接收场强测量信息。
[0018]其中较优地，所述目标基站天线的辐射相对增益通过如下公式获得:
[0019]辐射相对增益Gpr =小区信号场强RSS+201g(F)+201g(D)；
[0020]其中，小区信号场强RSS为所述信号接收场强测量信息，F为无线信号频率，D为测试采样点到目标基站的距离。
[0021]其中较优地，在计算所述辐射相对增益的过程中，对信号接收场强的数据序列进行滤波处理，消除其中的高频成份。
[0022]其中较优地，对于所述增益包络线，利用主、旁瓣在外形特征上的差异，识别、抑制或去除旁瓣部分影响后，识别和提取主瓣部分。
[0023]其中较优地，对于所述增益包络线，获得所述主瓣部分所在的扇区位置，计算其扇区的中心射线角度，得到所述天线方位角。
[0024]其中较优地，在得到所述天线方位角之后，定期和所述目标基站天线的工程安装参数进行比较，判断所述天线方位角是否偏差和偏差多少；如果所述偏差大于偏差度容忍范围阈值，向网络维护人员提供报告。
[0025]与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有如下的技术特点:
[0026]I)无需硬件支持:无需采购和上塔安装专门硬件，仅利用现有路测终端或扫频仪的路测数据即可完成，成本低，工程实施容易；
[0027]2)信息丰富:除方位角信息外，还能提供基站信号实际辐射增益的全向分布图形信息，便于掌握覆盖范围内的信号传播情况和天线发射增益变化；
[0028]3)数据利用率高:计算过程充分利用路测数据中的各类有效信息，包括服务小区和邻区的信号接收场强测量信息，可以最大程度地恢复提取天线辐射增益信息以便计算方位角；
[0029]4)可用性强:一次路测数据可供批量化测算多个天线方位角，并且计算过程算法可靠，计算结果准确度、稳定性高，可以满足蜂窝移动通信网络优化工作的要求。
【附图说明】
[0030]图1为蜂窝移动通信网络中，基站天线在水平方向上的增益分布示意图；
[0031]图2为蜂窝移动通信网络中，基站天线在垂直方向上的增益分布示意图；
[0032]图3为本发明所提供的测算移动通信基站天线方位角的方法流程图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容展开详细具体的说明。
[0034]在移动通信系统中，所使用的基站天线在安装水平面的各个方向角上具有不同的辐射增益。在以基站为中心点的空间坐标下，取各角度增益数值点连接起来可以形成一个类似扇形区域，其水平面或垂直面外沿即为该基站天线的水平或垂直方向上的增益包络线。
[0035]如图1和图2所示，基站天线的增益包络线外形包含多个相邻而大小不一的波瓣，各波瓣外形类似纺锤，其中主瓣相对其他旁瓣的增益强很多，并处于中间位置。依据基站天线的设计制作规格，增益包络线具有确定的水平面宽度和波瓣外形，以实现基站小区信号在特定方向上的定向覆盖目标，构成蜂窝状的移动通信网络。
[0036]由移动通信原理可知，天线方位角的射线方向正居于此基站天线在水平或垂直方向上的增益包络线的主瓣中央，且具有最高的发射增益。虽然受到周边地形、地貌、建筑物等影响，基站天线的发射信号在各个方向上的实际辐射增益会受到不同程度的减弱，其实际的水平或垂直方向上的增益包络线和理论上的增益包络线会有一定差别，但其中心射线角度不会改变。通过一定的外形修正处理，该增益包络线可以有效地用于测算天线方位角。
[0037]本发明充分利用基站天线具有固定的增益包络线的技术特性，通过提取基站天线在安装水平面上各个方向角的辐射相对增益分布信息，获得实际的增益包络线，然后通过适当的修正计算，基于增益包络线的外形特征获取其主瓣分布信息以及其中心射线角度，由此计算得到天线方位角。
[0038]下面结合图3对此展开详细具体的说明。
[0039]首先，利用路测终端或扫频仪等专用路测设备对蜂窝移动通信网络开展实际路测。这里所说的路测终端可以由笔记本电脑配合GPS接收机、专门路测软件共同构成，用于连续测量并记录无线信号场强等蜂窝移动通信网络信息。在本发明的一个实施例中，路测终端也可以由内置GPS接收芯片的智能手机，配合专门开发的路测软件予以实现。
[0040]在蜂窝移动通信网络的路测过程中，路测终端或扫频仪除了周期性记录当前时间和测试采样点的位置信息外，还需要测量并记录测试采样点所在位置的无线网络参数。这些无线网络参数包括服务小区和邻区标识信息、各小区下行信号接收场强数据等。基于上述的实际路测数据，提取出目标小区的信号接收场强测量信息。其中为了提高数据利用率，提取信息还应该包括目标小区中属于服务小区和邻区的所有测试采样点的信号接收场强测量信息。
[0041]在路测过程中，为减少特定区域内天线发射信号不规则分布特性对后继计算结果的干扰，测试采样点距离基站天线不能太近，也不能太远。实践中一般在200米以上、2000米以内。另外，各个测试采样点的位置分布应该尽量覆盖基站天线的各水平方向角，以便完整计算出各个水平方向角上的辐射相对增益分布信息。因此在实际测量过程中，专用路测设备的移动路线应争取水平环绕基站天线360度。
[0042]通过上述步骤所获得的蜂窝移动通信网络的路测数据，结合各测试采样点所在的位置、信号接收