一种移动信号分区覆盖的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种移动信号分区覆盖的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线移动通信的蜂窝小区【技术领域】，具体涉及蜂窝移动通信系统中用 户接入技术中的实现移动信号分区覆盖的方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动用户的急剧增加以及流动人口的增长，在一些人口密集的区域，如机场、 火车站、汽车站附近等，现有的基站往往无法确保每一个用户的通信质量；话务量的急剧增 长使得基站负载过大，甚至无法满足用户业务的需求。目前，蜂窝移动通信网中的基站布置 已经相当密集（基站间距约lkm?12km)，再继续加大基站密度面临各种困难。而如果可以 将一个小区进一步细化，划分成近区和远区，分别采用不同的天线进行覆盖，这样就可以均 衡天线的话务量，满足用户的需求，提高基站利用率。
[0003] 目前蜂窝小区中基站天线采用的是1组全向天线或3组定向天线实现整个小区的 信号覆盖。这两类都存在相应的问题：对于采用1组全向天线的小区，距离基站比较远的边 缘用户的信号非常弱，信号质量比较差；此外，当小区用户比较多的话，可能会超过天线的 额定负载，会大大降低服务质量。对于3组定向天线的小区，虽说可以使边缘用户获得相对 较好的服务，但是在三个扇区分界处的用户而言，可能会出现处于信号盲区或信号重叠，不 断切换信号导致掉话以及服务的终端等问题。
[0004] 现代大都市高楼林立，随处可见楼顶上布满了天线，有的实现移动通信信号的覆 盖，有的实现无线局域网的覆盖，这些高大建筑物就构成了现成的基站。《国际电子电气工 程师协会》（IEEE，D0I :10. 1109/AusCTW. 2013. 6510052)的会议报告《用于多输入多输出卫 星通信的偏振测定的视距信道模型》(A Polarimetric Line-〇f-Sight Channel Model for ΜΙΜΟ Satellite Communications)介绍了弗里斯（Friis)提出的天线福射公式，可知天线 的峰值位置与基站的距离与天线的高度近似成正比，即天线越高，峰值增益的位置距离基 站越远；天线的峰值大小与天线的发射频率和天线高度有关，即相同高度的天线，发射信号 频率越高，则峰值越大；相同发射频率的天线，天线放置越高则峰值越小且衰减越缓慢。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种移动信号分区覆盖的方法，以克服现有技术的上述缺 陷，实现小范围内，如机场，火车站附近等用户过多时，每个用户的通信质量，均衡基站的话 务量，降低用户的掉话率。
[0006] 本发明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
【权利要求】
1. 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= +Λ2，自由空间半波偶极子天线定向增益 为G(《)=..^』cos2 冬cos# ;根据Friis公式F=IOlg言sin-#V2) ) 计算接收天线收到的信号强度；其中，Gt(C^t)是发射天线沿着指向接收天线方向的增益； / 1Λ2 Gs(Cts)是接收天线沿着指向发射天线方向的增益；P/·= 是路径损耗，λ是信号波 V 4ttR J 长；at，as分别是发射天线与接收天线的极化矢量，p=|a, 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ThSIK，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f\，f2, >f2，其中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Thsra，并确定低天线高度Ii1 ; 第二步，分别计算如下参数：仰角Φi=arctan((Vhi)，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 /\2 天线间的直线距离P1,2^ ,2 , 0路径损耗/?= ^，/ = 1,2;发射 Ri =^d +Hi ,1 =1,2；[^RjJ 天线与接收天线的极化失配因子f·a^.二cos4以)，纟=1，2 ;定向增益 G0, ) = cos2〔冬cos於= 1，2，以及高低天线在距离基站直线距离为d处的信号 SirTφ? \2J rP\ 强度i^lOlg^ =101g[C，(也).G:(l.)./VAp=l2， 第三步，根据只含单一未知数h2的不等式F2-F1彡ThSIR，即
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=2arccotd/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。
【文档编号】H04W16/24GK104270775SQ201410561924
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】尚国武, 李辉 申请人:中国科学技术大学