一種移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法，特征是利用天線的垂直波瓣寬度與信號(hào)覆蓋盲區(qū)之間的關(guān)系特性以及天線放置的高度與增益曲線之間的關(guān)系特性，采用安裝高度和發(fā)射頻率不同的兩組天線，分別對(duì)小區(qū)的近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的用戶提供服務(wù)。低天線采用較高的發(fā)射頻率，負(fù)責(zé)為近區(qū)用戶提供服務(wù)；高天線采用較低的發(fā)射頻率，負(fù)責(zé)為邊緣用戶提供服務(wù)，并選用相應(yīng)的垂直波瓣寬度的天線避免對(duì)近區(qū)用戶的信號(hào)干擾。本發(fā)明在不改變基站密度的條件下，可以使用在機(jī)場(chǎng)，火車站，旅游景區(qū)，學(xué)校等用戶密集的區(qū)域，可以提高基站的負(fù)載能力，均衡天線的話務(wù)量，緩解基站業(yè)務(wù)處理壓力，提高服務(wù)質(zhì)量，改善用戶體驗(yàn)。
【專利說明】一種移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線移動(dòng)通信的蜂窩小區(qū)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中用 戶接入技術(shù)中的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)用戶的急劇增加以及流動(dòng)人口的增長(zhǎng)，在一些人口密集的區(qū)域，如機(jī)場(chǎng)、 火車站、汽車站附近等，現(xiàn)有的基站往往無法確保每一個(gè)用戶的通信質(zhì)量；話務(wù)量的急劇增 長(zhǎng)使得基站負(fù)載過大，甚至無法滿足用戶業(yè)務(wù)的需求。目前，蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中的基站布置 已經(jīng)相當(dāng)密集（基站間距約lkm?12km)，再繼續(xù)加大基站密度面臨各種困難。而如果可以 將一個(gè)小區(qū)進(jìn)一步細(xì)化，劃分成近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)，分別采用不同的天線進(jìn)行覆蓋，這樣就可以均 衡天線的話務(wù)量，滿足用戶的需求，提高基站利用率。
[0003] 目前蜂窩小區(qū)中基站天線采用的是1組全向天線或3組定向天線實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)的 信號(hào)覆蓋。這兩類都存在相應(yīng)的問題：對(duì)于采用1組全向天線的小區(qū)，距離基站比較遠(yuǎn)的邊 緣用戶的信號(hào)非常弱，信號(hào)質(zhì)量比較差；此外，當(dāng)小區(qū)用戶比較多的話，可能會(huì)超過天線的 額定負(fù)載，會(huì)大大降低服務(wù)質(zhì)量。對(duì)于3組定向天線的小區(qū)，雖說可以使邊緣用戶獲得相對(duì) 較好的服務(wù)，但是在三個(gè)扇區(qū)分界處的用戶而言，可能會(huì)出現(xiàn)處于信號(hào)盲區(qū)或信號(hào)重疊，不 斷切換信號(hào)導(dǎo)致掉話以及服務(wù)的終端等問題。
[0004] 現(xiàn)代大都市高樓林立，隨處可見樓頂上布滿了天線，有的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信信號(hào)的覆 蓋，有的實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)的覆蓋，這些高大建筑物就構(gòu)成了現(xiàn)成的基站。《國際電子電氣工 程師協(xié)會(huì)》（IEEE，D0I :10. 1109/AusCTW. 2013. 6510052)的會(huì)議報(bào)告《用于多輸入多輸出衛(wèi) 星通信的偏振測(cè)定的視距信道模型》(A Polarimetric Line-〇f-Sight Channel Model for ΜΙΜΟ Satellite Communications)介紹了弗里斯（Friis)提出的天線福射公式，可知天線 的峰值位置與基站的距離與天線的高度近似成正比，即天線越高，峰值增益的位置距離基 站越遠(yuǎn)；天線的峰值大小與天線的發(fā)射頻率和天線高度有關(guān)，即相同高度的天線，發(fā)射信號(hào) 頻率越高，則峰值越大；相同發(fā)射頻率的天線，天線放置越高則峰值越小且衰減越緩慢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺 陷，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)，如機(jī)場(chǎng)，火車站附近等用戶過多時(shí)，每個(gè)用戶的通信質(zhì)量，均衡基站的話 務(wù)量，降低用戶的掉話率。
[0006] 本發(fā)明移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法，將小區(qū)劃分成近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)兩個(gè)區(qū)域，其中對(duì)應(yīng) 分區(qū)的用戶分別稱為中心用戶和邊緣用戶；其特征在于：設(shè)基站天線與接收天線的垂直高 度為h，水平距離為d，基站天線采用垂直放置的全向天線，天線仰角為Φ =arctan(d/h)， 發(fā)射天線到接收天線間的直線距離為

【權(quán)利要求】
1. 一種移動(dòng)信號(hào)分區(qū)覆蓋的方法，將小區(qū)劃分成近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)兩個(gè)區(qū)域，其中對(duì)應(yīng)分 區(qū)的用戶分別稱為中心用戶和邊緣用戶；其特征在于：設(shè)基站天線與接收天線的垂直高度 為h，水平距離為d，基站天線采用垂直放置的全向天線，天線仰角為Φ=arctan(d/h)， 發(fā)射天線到接收天線間的直線距離為= +Λ2，自由空間半波偶極子天線定向增益 為G(《)=..^』cos2 冬cos# ;根據(jù)Friis公式F=IOlg言sin-#V2) ) 計(jì)算接收天線收到的信號(hào)強(qiáng)度；其中，Gt(C^t)是發(fā)射天線沿著指向接收天線方向的增益； / 1Λ2 Gs(Cts)是接收天線沿著指向發(fā)射天線方向的增益；P/·= 是路徑損耗，λ是信號(hào)波 V 4ttR J 長(zhǎng)；at，as分別是發(fā)射天線與接收天線的極化矢量，p=|a, 即極化失配因子； 采用高低兩組天線分別為邊緣用戶和中心用戶提供服務(wù)：備選發(fā)射頻率有2G、3G、4G、 5G信號(hào)頻段；低天線采用較高的發(fā)射頻率，負(fù)責(zé)為近區(qū)用戶提供服務(wù)，相關(guān)參數(shù)都用下標(biāo)1 表示；高天線采用較低的發(fā)射頻率，負(fù)責(zé)為邊緣用戶提供服務(wù)，并選用相應(yīng)的垂直波瓣寬度 的天線避免對(duì)近區(qū)用戶的信號(hào)干擾，相關(guān)參數(shù)都用下標(biāo)2表示；為了使邊緣用戶選擇高天 線，應(yīng)使信號(hào)強(qiáng)度比SIR=F2-F1不小于閾值ThSIK，其中F1表示低天線覆蓋區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度 曲線，F(xiàn)2表示高天線覆蓋區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度曲線，閾值的大小根據(jù)移動(dòng)設(shè)備自動(dòng)切換信號(hào)所 根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的差值設(shè)置； 具體操作步驟如下： 第一步，根據(jù)需求建立如圖2所示的模型，確定需要?jiǎng)澐值男^(qū)半徑d，從備選頻段2G、 3G、4G、5G信號(hào)頻段中選擇發(fā)射信號(hào)中心頻率f\，f2, >f2，其中為低天線的發(fā)射頻率， f2為高天線的發(fā)射頻率；根據(jù)移動(dòng)設(shè)備自動(dòng)切換信號(hào)所根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的差值確定信號(hào)強(qiáng)度 比閾值Thsra，并確定低天線高度Ii1 ; 第二步，分別計(jì)算如下參數(shù)：仰角Φi=arctan((Vhi)，i= 1，2，下標(biāo)i= 1對(duì)應(yīng)于低天線相關(guān)參數(shù)，i= 2對(duì)應(yīng)于高天線相關(guān)參數(shù)，下同；接收天線與發(fā)射 /\2 天線間的直線距離P1,2^ ,2 , 0路徑損耗/?= ^，/ = 1,2;發(fā)射 Ri =^d +Hi ,1 =1,2；[^RjJ 天線與接收天線的極化失配因子f·a^.二cos4以)，纟=1，2 ;定向增益 G0, ) = cos2〔冬cos於= 1，2，以及高低天線在距離基站直線距離為d處的信號(hào) SirTφ? \2J rP\ 強(qiáng)度i^lOlg^ =101g[C，(也).G:(l.)./VAp=l2， 第三步，根據(jù)只含單一未知數(shù)h2的不等式F2-F1彡ThSIR，即
計(jì)算出高天線的高度h2的取值范圍； 第四步，根據(jù)垂直波瓣寬度與盲區(qū)半徑之間的關(guān)系公式β=2arccotd/h2，計(jì)算高天 線的垂直波瓣寬度β，其中d是距離和h2是高天線的安裝高度； 第五步，根據(jù)第四步的計(jì)算結(jié)果，選擇垂直波瓣寬度為β的全向天線； 第六步，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果安裝天線。
【文檔編號(hào)】H04W16/24GK104270775SQ201410561924
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】尚國武, 李輝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)