[发明专利]一种移动信号分区覆盖的方法

摘要

本发明公开了一种移动信号分区覆盖的方法，特征是利用天线的垂直波瓣宽度与信号覆盖盲区之间的关系特性以及天线放置的高度与增益曲线之间的关系特性，采用安装高度和发射频率不同的两组天线，分别对小区的近区和远区的用户提供服务。低天线采用较高的发射频率，负责为近区用户提供服务；高天线采用较低的发射频率，负责为边缘用户提供服务，并选用相应的垂直波瓣宽度的天线避免对近区用户的信号干扰。本发明在不改变基站密度的条件下，可以使用在机场，火车站，旅游景区，学校等用户密集的区域，可以提高基站的负载能力，均衡天线的话务量，缓解基站业务处理压力，提高服务质量，改善用户体验。

主权项

一种移动信号分区覆盖的方法，将小区划分成近区和远区两个区域，其中对应分区的用户分别称为中心用户和边缘用户；其特征在于：设基站天线与接收天线的垂直高度为h，水平距离为d，基站天线采用垂直放置的全向天线，天线仰角为φ＝arctan(d/h)，发射天线到接收天线间的直线距离为自由空间半波偶极子天线定向增益为$G\left(\mathrm{\φ}\right)=\frac{1.64}{{\sin }^2\mathrm{\φ}}{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\cos \mathrm{\φ}\right)$根据Friis公式$F=101g\left(\frac{P_s}{P_t}\right)=101g[G_t\left({\mathrm{\φ}}_t\right)\·G_s\left({\mathrm{\φ}}_s\right)\·\mathrm{PL}\·\mathrm{\ρ}],$计算接收天线收到的信号强度；其中，G_t(φ_t)是发射天线沿着指向接收天线方向的增益；G_s(φ_s)是接收天线沿着指向发射天线方向的增益；是路径损耗，λ是信号波长；a_t，a_s分别是发射天线与接收天线的极化矢量，即极化失配因子；采用高低两组天线分别为边缘用户和中心用户提供服务：备选发射频率有2G、3G、4G、5G信号频段；低天线采用较高的发射频率，负责为近区用户提供服务，相关参数都用下标1表示；高天线采用较低的发射频率，负责为边缘用户提供服务，并选用相应的垂直波瓣宽度的天线避免对近区用户的信号干扰，相关参数都用下标2表示；为了使边缘用户选择高天线，应使信号强度比SIR＝F₂‑F₁不小于阈值Th_SIR，其中F₁表示低天线覆盖区域的信号强度曲线，F₂表示高天线覆盖区域的信号强度曲线，阈值的大小根据移动设备自动切换信号所根据信号强度的差值设置；具体操作步骤如下：第一步，根据需求建立如图2所示的模型，确定需要划分的小区半径d，从备选频段2G、3G、4G、5G信号频段中选择发射信号中心频率f₁，f₂，f₁＞f₂，其中f₁为低天线的发射频率，f₂为高天线的发射频率；根据移动设备自动切换信号所根据信号强度的差值确定信号强度比阈值Th_SIR，并确定低天线高度h₁；第二步，分别计算如下参数：仰角φ_i＝arctan(d/h_i)，i＝1,2，下标i＝1对应于低天线相关参数，i＝2对应于高天线相关参数，下同；接收天线与发射天线间的直线距离$R_i=\sqrt{d^2+h_i^2},i=\mathrm{1,2};$路径损耗${\mathrm{PL}}_i={\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{4\mathrm{\π}{R}_i}\right)}^2,i=\mathrm{1,2};$发射天线与接收天线的极化失配因子；定向增益以及高低天线在距离基站直线距离为d处的信号强度$F_i=101g\left(\frac{P_{s,i}}{P_{t,i}}\right)=101g[G_t\left({\mathrm{\φ}}_{t,i}\right)\·G_s\left({\mathrm{\φ}}_{s,i}\right)\·{\mathrm{PL}}_i\·{\mathrm{\ρ}}_i],i=\mathrm{1,2};$第三步，根据只含单一未知数h₂的不等式F₂‑F₁≥Th_SIR，即$101g[\frac{G_t\left({\mathrm{\φ}}_{t,2}\right)G_s\left({\mathrm{\φ}}_{s,2}\right){\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{4\mathrm{\π}{R}_2}\right)}^2{|a_{t,2}\·a_{s,2}^{*}|}^2}{G_t\left({\mathrm{\φ}}_{t,1}\right)G_s\left({\mathrm{\φ}}_{s,1}\right){\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{4\mathrm{\π}{R}_1}\right)}^2{|a_{t,1}\·a_{s,1}^{*}|}^2}=101g\frac{{\cot }^4{\mathrm{\φ}}_2{\cos }^4\left(0.5\mathrm{\π}\cos {\mathrm{\φ}}_2\right)\sqrt{d^2+h_1^2}\·f_1}{{\cot }^4{\mathrm{\φ}}_1{\cos }^4\left(0.5\mathrm{\π}\cos {\mathrm{\φ}}_1\right)\sqrt{d^2+h_2^2}\·f_2}\≥{\mathrm{Th}}_{\mathrm{SIR}}$计算出高天线的高度h₂的取值范围；第四步，根据垂直波瓣宽度与盲区半径之间的关系公式β＝2arccot d/h₂，计算高天线的垂直波瓣宽度β，其中d是距离和h₂是高天线的安装高度；第五步，根据第四步的计算结果，选择垂直波瓣宽度为β的全向天线；第六步，根据上述计算结果安装天线。