CN101998421A - 一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法 - Google Patents

Abstract

一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，包括以下步骤：1)工程环境勘测；2)模型图纸建立；3)绘制衰减因子；4)模型基本参数设置；5)天线安装角度计算：根据设计人员给定参数，自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式。6)结果验证；7)循环步骤5)、6)直到最终满足设计人员给定的参数要求或在设计人员给定的参数要求中满足覆盖效果；8)结果输出：设计图纸结果输出同时给出场强预测图。通过本发明，使设计人员能够在图纸设计时能够简单、方便、准确、高效的完成室外天线的放置设计，提高了项目施工、验收中室外天线安装的效率和准确度。

Description

一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法

技术领域

本发明属于无线网络通信技术领域，特别是涉及运行于PC平台上的一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法。

技术背景

室内无线通信综合覆盖系统是城市信息化的重要组成部分，是关系到成千上万人群通信便利与工作效率的基础设施。但是，室内无线通信综合覆盖系统的实施在技术、标准上尚有不少问题需要解决。中国现在有近6亿的无线网络通信用户，这些用户所到之处无论是公共建筑、住宅建筑、市政建筑、工业建筑等室内，还是在道路、旷野的户外，都需要具备通话条件。因此，必须从通信系统无缝覆盖的角度对此进行探讨。

尽管我们之前在室外信号覆盖和室内信号覆盖都做足了文章，但是还是有一部分介于室外和室内的夹缝区域，需要室内分布覆盖系统室外天线去解决。而在无线网络通信技术领域的设计中，室内分布综合覆盖的室外天线放置的方式虽简单但重要，是无线网络通信网络设计的重要环节，是影响无线网络通信系统网络覆盖状况的关键点，覆盖效果是考察一个无线网络通信网络无缝覆盖是否优良的一个重要指标。

设计人员的在室内综合覆盖方案设计过程中需要对室外天线安装的方位角、下倾角和安装位置等凭个人经验进行评估计算，这个步骤基本是由手工计算评估，计算量大，而且没有一个统一的标准规范，使得无线网络通信网络后续的施工、验收等带来了极大的困难。而室内综合覆盖的室外天线放置技术能够自动计算室外天线的放置方式(如下倾角，方位角，覆盖区域信号强度等)解决上述问题。

通过本方法可以使室外天线的安装无论是角度，还是方位角都能够满足无线网络通信的要求，从而本发明填补了现有技术不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有室外天线安装技术的不足，提出了一种在室外天线安装合理性和经济性之间找到最佳平衡点，而保证通信信号无缝覆盖需要覆盖的区域、不需要进行实际路测数据的一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法。

一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，其主要步骤包括：

1)工程环境勘测：查看和测试现场建筑电磁环境、建筑物装修材质、天线安装视角和可安装天线的位置；

2)模型图纸建立：将无线网络通信覆盖区域环境建立二维或三维模型图纸；

3)绘制衰减因子：对覆盖区域中影响信号传播的物体衰减因子进行数据采集并在图纸中绘制衰减因子；

4)模型基本参数设置：在模型图纸中建立覆盖网络类型、站点建筑属性、天线选型、天线属性、天线安装位置和高度、覆盖区域范围(建筑高度、宽度)、天线安装位置与天线覆盖目标的中点之间直线距离；

5)天线安装角度计算：根据设计人员给定参数，自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式。

6)结果验证：对步骤5)中安装的室外天线用场强覆盖仿真来查看覆盖区域的覆盖效果，场强计算所用的公式为马恩纳马特纳公式Pr＝Pt+Ga-Lj-[32.45+20Lg(H)*20Lg(D)]-Ld；

7)循环步骤5)、6)直到最终满足设计人员给定的参数要求或在设计人员给定的参数要求中满足覆盖效果，即：站点室外天线覆盖区域内存在场强大于-85dbm的区域达到95％或更高；

8)结果输出：设计图纸结果输出同时给出场强预测图。

所述步骤1)、2)工程环境勘测和模型图纸建立，通过分析工程电磁设计环境和建筑图纸，在室内分布覆盖工程综合覆盖设计中，设计工程师设计室外天线安装位置，建立一个工程覆盖模型；

所述步骤3)绘制衰减因子，利用各种物体对无线网络信号的影响建立无线通信网络影响介质因子数据，主要是建筑物中各个物体的衰减，这些数据都是仪器在建筑物实地环境下得到，同时在覆盖区域模型图纸中绘制并保存相关数据；

所述步骤4)模型基本参数设置，根据这些基本参数判断天线的型号选择、天线具体安装位置和覆盖区域，将这些信息添加到模型中去。本步骤就是将步骤2)中建立的模型具体化，详细化。

所述步骤5)天线安装角度计算，根据模型参数，系统自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式。具体方法为：把模型中需要覆盖区域用F1表示，缩小一定比例得到一个新区域用F2表示，根据室外天线安装位置把F2均分成n(N1≤n≤N2，n、N1、N2都为正整数)个小区域，每个小区域安装一面室外天线。在完成步骤5)、6)结果验证后如果场强覆盖不理想，可以找出覆盖弱的区域部分，把该区域中的天线中心点方向朝信号弱的无线网络区域移动一定角度，如：一个天线位置极坐标为极点(0，0)，覆盖区域中心点极坐标为(P，π)，在(P，π/6)方向上信号覆盖弱，那么把覆盖区域中心点极坐标为(P，π)向(P，π/6)方向上无线网络一定距离变为(P，π7/8)，即重新把天线位置的坐标指定为(0，0)，把覆盖区域中心点极坐标重新为(P，π)，或者把原来平分好的n(n≥N1)个区域，再加个区域重新平均分配n+1(n+1≤N2)个区域，在这些新的区域的极点位置重新放入天线，重复数次直到得到满意的设计效果；

所述步骤6)结果验证，根据设计前场强仿真来预测步骤5)中天线部分的场强覆盖效果，场强计算所用的马恩纳马特纳公式Pr＝Pt+Ga-Lj-[32.45+20Lg(H)*20Lg(D)]-Ld，其中Pr表示该点的场强，Pt表示天线输出口电平，Ga表示天线增益，Lj表示介质衰减，32.45+20Lg(H)*20Lg(D)是自由空间损耗，Ld表示自由因子衰减。

本发明带来的有益效果是：在无线网络通信室内覆盖工程设计中，设计人员能够在图纸设计时能够简单、方便、准确、高效的完成室外天线的放置设计，提高了项目施工、验收中室外天线安装的效率和准确度。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为天线高于覆盖目标模型示意图；

图3为天线低于覆盖目标模型示意图；

图4为天线水平覆盖模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明的方法流程示意图如图1所示，主要步骤包括：

1)工程环境勘测；

2)模型图纸建立：建立二维和三维模型图纸；

3)绘制衰减因子：对覆盖区域中影响信号传播的物体介质进行数据采集并在图纸中绘制；对实际覆盖区域无线网络信号的影响建立无线网络影响介质因子数据，数据采用面向对象的设计方法，这些数据全部采用相适应的结构体、类来储存，处理好后的数据。这些数据都是仪器在实测环境下得到，同时在覆盖区域图纸中绘制；

4)模型基本参数设置：在模型图纸中建立网络类型，站点建筑属性，天线属性，天线安装位置和高度、覆盖区域范围(建筑高度、宽度)、天线安装位置与天线覆盖目标的中点之间直线距离；

5)天线安装角度计算：根据设计人员给定参数，自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式。具体操作如下：

a)把需要覆盖区域用F1表示缩小一定比例到图纸中得到一个新区域用F2表示；

b)把F2均分成n(N1≤n≤N2，n、N1、N2为正整数)个小区域；

c)在n个小区域中分别找出最佳覆盖的天线安装位置和覆盖区域中心点方向；

d)在完成步骤c)结果验证后如果场强覆盖不理想，可以找出覆盖弱的区域部分，把该区域中的天线中心点方向朝信号弱的无线网络区域移动一定角度，如：一个天线位置极坐标为极点(0，0)，覆盖区域中心点极坐标为(P，π)，在(P，π/6)方向上信号覆盖弱，那么把覆盖区域中心点极坐标为(P，π)向(P，π/6)方向上无线网络一定距离变为(P，π7/8)，即重新把天线位置的坐标指定为(0，0)，把覆盖区域中心点极坐标重新为(P，π)，或者把原来平分好的n(n≥N1)个区域，再加个区域重新平均分配n+1(n+1≤N2)个区域，在这些新的区域的极点位置重新放入天线，确定覆盖区域中心点方向。

e)循环步骤d)直到满足覆盖效果。即：站点室外天线覆盖区域内存在场强大于-90dbm的区域达到95％或更高；

6)结果验证：对步骤5)中安装的室外天线的天线用场强覆盖仿真来查看覆盖区域的覆盖效果，场强计算所用的公式为马恩纳马特纳公式Pr＝Pt+Ga-Lj-[32.45+20Lg(H)*20Lg(D)]-Ld；根据上述公式对覆盖区场强预测：

7)循环步骤5、6直到最终满足设计人员给定的参数要求或在设计人员给定的参数要求中满足覆盖效果，即：站点室外天线覆盖区域内存在场强大于-85dbm的区域达到95％或更高；

8)结果输出：设计图纸结果输出同时给出场强预测图。用户可以保存图纸场强预测图以作为以后施工、维护、改造依据。

在步骤5)中，室外天线预期覆盖效果分析如下：

站点室外天线，水平面波瓣宽度α，垂直面波瓣宽度β。天线方向角决定于天线安装位置与覆盖目标方位关系和具体覆盖结构；天线下倾角决定于：天线安装位置与覆盖水平距离与现对高对差及外泄考虑因素，一般应该考虑天线垂直上波瓣覆盖区域低于覆盖目标最高以减小外泄、影响外网。几何关系如下：

(1)天线高于覆盖目标

如图2，天线水平面波瓣宽度α，垂直面宽度β，下倾角θ。天线安装位置与覆盖目标1楼地角线连线和垂直方向夹角K＝arctan(L1/H1)：下倾角θ＝K1+β/2＝arctan[(H1-H2)/L1]+β/2，覆盖边缘距1楼地脚线距离L2＝L1-L3＝L1-H1*tanK2＝L1-H1*tan(90-θ-β/2)。

(2)天线低于覆盖目标

如图3，天线水平面波瓣宽度α，垂直面宽度β，下倾角θ。天线安装位置与覆盖目标1楼地角线连线和垂直方向夹角K＝arctan(L1/H1)，下倾角θ＝β/2-K1＝β/2-arctan[(H2-H1)/L1]，覆盖边缘距1楼地脚线距离L2＝L1-L3＝L1-H1*tanK2＝L1-H1*tan(90-θ-β/2)。

(3)天线水平覆盖范围计算：

如图4，覆盖目标距离为L1，天线水平面波瓣宽度α，覆盖范围D＝2*tan(α/2)*L1。

Claims (4)

1.一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，其特征在于主要包括以下步骤：

1)工程环境勘测：查看和测试现场建筑电磁环境、建筑物装修材质、天线安装视角和可安装天线的位置；

2)模型图纸建立：将无线网络通信覆盖区域环境建立二维或三维模型图纸；

3)绘制衰减因子：对覆盖区域中影响信号传播的物体衰减因子进行数据采集并在图纸中绘制衰减因子；

4)模型基本参数设置：在模型图纸中建立覆盖网络类型、站点建筑属性、天线选型、天线属性、天线安装位置和高度、覆盖区域范围、天线安装位置与天线覆盖目标的中点之间直线距离；

5)天线安装角度计算：根据设计人员给定参数，自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式；

6)结果验证：对步骤5)中安装的室外天线用场强覆盖仿真来查看覆盖区域的覆盖效果，场强计算所用的公式为马恩纳马特纳公式Pr＝Pt+Ga-Lj-[32.45+20Lg(H)*20Lg(D)]-Ld；

7)循环步骤5)、6)直到最终满足设计人员给定的参数要求或在设计人员给定的参数要求中满足覆盖效果；

8)结果输出：设计图纸结果输出同时给出场强预测图。

2.根据权利要求1所述的一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，所述步骤4)模型基本参数设置，根据这些基本参数判断天线的型号选择、天线具体安装位置和覆盖区域。

3.根据权利要求1所述的一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，所述步骤5)天线安装角度计算：根据设计人员给定参数，自动计算天线的下倾角，根据下倾角调整天线的安装位置和数量、天线的安装方式，具体操作如下：

a)把需要覆盖区域用F1表示，缩小一定比例到图纸中得到一个新区域用F2表示；

b)把F2均分成n个小区域(N1≤n≤N2，n、N1、N2为正整数)；

c)在n个小区域中分别找出最佳覆盖的天线安装位置和覆盖区域中心点方向；

d)在完成步骤c)结果验证后如果场强覆盖不理想，可以找出覆盖弱的区域部分，把该区域中的天线中心点方向朝信号弱的无线网络区域移动；

e)循环步骤d)直到满足覆盖效果。

4.根据权利要求1所述的一种实现室内综合覆盖的室外天线放置方法，所述步骤7)的覆盖效果在站点室外天线覆盖区域内场强大于-85dbm的区域达到95％以上。

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