CN107682875A - 毫米波室外智能无源覆盖方法 - Google Patents

Abstract

毫米波室外智能无源覆盖方法在直射区（21）采用直接照射覆盖，在阴影区（22）采用无源反射器（3）照射覆盖；基站（1）和无源反射器（3）的位置使得基站（1）信号经过无源反射器（3）到阴影区（22）路径（5）的总反射次数尽可能少、总距离尽可能短；无源反射器（3）的反射波（6）的波束方向（61）、波束数量和极化方向（62）可以根据业务需要实时调整改变。该方法可以减少毫米波大尺度传播的路径损耗，减小损耗因子，可以改善阴影区（22）的路径损耗，还可以改善MIMO信道独立性，并可根据业务需要、实时调节阴影区（22）波束数量和特性；具有节能、工作频带宽、成本低的特点，而且易于与现有环境及建筑物融合。

Description

毫米波室外智能无源覆盖方法

技术领域

本发明涉及移动通信，尤其是一种毫米波室外智能无源覆盖方法。

背景技术

移动通信的速率越来越高，为了满足高速率的需要，移动通信的工作频率也越来越高，进入到了毫米波频段。在城市环境，建筑物对毫米波的传播具有遮挡效应，成为毫米波传播的遮挡物，被遮挡物遮挡的区域就是毫米波传播的阴影区。毫米波在阴影区的传播主要靠毫米波的绕射，但是毫米波的波长比较短，毫米波的绕射能力远远低于频率较低的频段。因此毫米波的路径损耗大于频率较低的频段，毫米波的路径损耗因子大于频率较低的频段，有时达到8以上，毫米波的覆盖效果低于频率较低的频段，尤其是在阴影区更是如此。即使在直射区，有时散射体的数量和强度都不理想，也影响信道容量。

为了改善阴影区的覆盖效果，通常采用有源中继的方法，例如直放站。有时直接增加基站以减少阴影区的范围。这些方法功耗高、成本也高。而且不能根据业务的动态变化，实时调节中继参数。

随着移动通信技术的发展，多输入多输出（MIMO）技术得到了越来越广泛的应用。MIMO技术要求多个信道之间的独立性强，因此毫米波的覆盖不仅要解决路径损耗大的问题，也要解决MIMO信道独立性的问题。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种毫米波室外智能无源覆盖方法，该方法可以改善阴影区的路径损耗，提高信道容量，并可以根据业务需要动态调节信道特性，具有节能、工作频带宽、成本低的特点，而且易于与现有环境及建筑物融合。

技术方案：本发明的毫米波室外智能无源覆盖方法在基站的直射区采用直接照射覆盖方法，在基站的阴影区采用无源反射器照射覆盖的方法，以提高阴影区的信号强度，改善阴影区的信道特性；基站的位置尽可能位于空间没有遮挡物的走廊的交汇处，或者位于附近没有遮挡物的开阔处，以使得服务区内直射区所占的比例较大，同时也便于基站信号经过尽可能少的反射次数、尽可能短的路径就可以到达阴影区；无源反射器包括一级无源反射器和多级无源反射器；无源反射器的位置使得基站信号经过一级无源反射器或者多级无源反射器到阴影区路径的总反射次数尽可能少、总距离尽可能短，以减少路径总的路径损耗；无源反射器的反射波的波束方向、波束数量和极化方向可以实时调整改变；

可以根据业务需要，实时改变无源反射器反射波的波束方向、波束数量和极化方向，以调节或改善基站到引用区信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

在建筑物密集的服务区，基站的位置高度可以大于建筑物的高度，以减少基站信号到阴影区路径的总距离，以减少路径总的路径损耗。

一级无源反射器位于基站的直射区，一级无源反射器把基站的直射信号反射到阴影区；多级无源反射器位于基站的阴影区；一级无源反射器和多级无源反射器多次接力反射，可以把基站的电磁波信号送到必须经过反射才能到达的阴影区。

利用多组的无源反射器，同一个阴影区可以形成多条从基站到该阴影区的路径，以进一步改善基站与该阴影区之间信道的路径损耗、信道相关性等特性。

可以使用不同反射面形状的无源反射器，得到不同类型的反射波，进而通过选择无源反射器的反射面形状，调节到达阴影区的波束宽度，以改善信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

无源反射器既可以是专门制造的无源反射器，也可以使用地面、建筑物的外墙等自然存在的物体作为无源反射器；也可以对建筑物的外墙进行表面处理，改变其形状以形成所需形状的无源反射器、改变其表面材料组成以提高反射率，改变其表面光滑度以提高反射率；专门制造的无源反射器可以单独安装，也可以安装在建筑物的外墙面，以不破坏建筑物的外形。

为了改善直射区的信道特性，根据多输入多输出（MIMO）的要求，也可以在直射区使用无源反射器，增加传播路径数量，以减少信道的相关性，提供信道容量。

不同形状的反射器表面，产生不同特点的反射波，一般而言，凸面会使得反射波的波束变宽发散，凹面会使得反射波的波束变窄聚焦到焦点区域。根据基站与阴影区的空间关系、阴影区的范围，可以用多个多种形状的无源反射器，把来自基站的电磁波，通过不同形状的无源反射器，进行波束的方向、宽度、焦区等变换，使得波束到阴影区时，波束的宽度范围尽可能与阴影区的范围一致，基站到阴影区信道的衰减尽可能小。

利用无源反射器可以形成多条从基站到阴影区的传播路径，这样不仅尽可能利用基站的电磁波能量，而且还可以改善分集接收性能，改善基站到阴影区MIMO信道的特性，例如减小信道之间的相关性。

无源反射器数量和位置的确定原则是：1）满足覆盖区域要求；2）从基站到阴影区的路径损耗最小。

根据阴影区信号强度的要求，确定无源反射器的大小。

无源反射器对信号的反射能力可以用雷达反射截面（RCS）表征，无源反射器的雷达反射截面与其面积、形状、表面材料和信号频率有关。一般而言，对于平面的无源反射器，其雷达反射截面与频率的平方成正比。由于毫米波频率高，因此同样面积的无源反射器，其对毫米波信号的反射能力很强，这样大大提高了无源反射器对阴影区的覆盖能力。

MIMO要求各个信道之间的独立性强，也就是信道相关性弱，而信道的相关性与传播路径中散射体数量有关，也与散射波的强度、方向、极化形式有关。无源反射器也是一种散射体，因此可以根据不同区域的业务要求，实时改变一个或多个无源反射器反射波的波束方向、波束数量和极化形式，以调节或改善基站到该区域信道的特性，例如信道之间的独立性、路径损耗、路径数量等等。

有益效果：本发明的毫米波室外智能无源覆盖方法的有益效果是，该方法可以减少毫米波大尺度传播的路径损耗，减小损耗因子，可以改善阴影区的路径损耗，还可以改善MIMO信道的独立性，并可根据业务需要、实时调节阴影区的波束数量和特性；具有节能、工作频带宽、成本低的特点，而且易于与现有环境及建筑物融合。

附图说明

图1为毫米波室外智能无源覆盖方法示意图。

图2为无源反射器的示意图。

图中有：基站1、服务区2、直射区21、阴影区22、无源反射器3、一级无源反射器31、多级无源反射器32、遮挡物4、走廊41、路径5、反射波6、波束方向61和极化方向62。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的实施方案是：毫米波室外智能无源覆盖方法在基站1的直射区21采用直接照射覆盖方法，在基站1的阴影区22采用无源反射器3照射覆盖的方法，以提高阴影区22的信号强度，改善阴影区22的信道特性；基站1的位置尽可能位于空间没有遮挡物4的走廊41的交汇处，或者位于附近没有遮挡物4的开阔处，以使得服务区2内直射区21所占的比例较大，同时也便于基站1信号经过尽可能少的反射次数、尽可能短的路径5就可以到达阴影区22；无源反射器3包括一级无源反射器31和多级无源反射器32；无源反射器3的位置使得基站1信号经过一级无源反射器31或者多级无源反射器32到阴影区22路径5的总反射次数尽可能少、总距离尽可能短，以减少路径5总的路径损耗；无源反射器3的反射波的波束方向、波束数量和极化方向可以实时调整改变；

可以根据业务需要，实时改变无源反射器3反射波6的波束方向61、波束数量和极化方向62，以调节或改善基站1到引用区22信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

在建筑物密集的服务区2，基站1的位置高度可以大于建筑物的高度，以减少基站1信号到阴影区22路径5的总距离，以减少路径5总的路径损耗。

一级无源反射器31位于基站1的直射区21，一级无源反射器31把基站1的直射信号反射到阴影区22；多级无源反射器32位于基站1的阴影区22；一级无源反射器和多级无源反射器多次接力反射，可以把基站1的电磁波信号送到必须经过反射才能到达的阴影区22。

利用多组的无源反射器3，同一个阴影区22可以形成多条从基站1到该阴影区22的路径5，以进一步改善基站1与该阴影区22之间信道的路径损耗、信道相关性等特性。

可以使用不同反射面形状的无源反射器3，得到不同类型的反射波6，进而通过选择无源反射器的反射面形状，调节到达阴影区22的波束宽度，以改善信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

无源反射器3既可以是专门制造的无源反射器3，也可以使用地面、建筑物的外墙等自然存在的物体作为无源反射器3；也可以对建筑物的外墙进行表面处理，改变其形状以形成所需形状的无源反射器3、改变其表面材料组成以提高反射率，改变其表面光滑度以提高反射率；专门制造的无源反射器3可以单独安装，也可以安装在建筑物的外墙面，以不破坏建筑物的外形。

为了改善直射区21的信道特性，根据多输入多输出MIMO的要求，也可以在直射区21使用无源反射器3，增加传播路径数量，以减少信道的相关性，提高信道容量。

不同形状的无源反射器3表面，产生不同特点的反射波6，一般而言，凸面会使得反射波6的波束变宽发散，凹面会使得反射波6的波束变窄聚焦到焦点区域。根据基站1与阴影区22的空间关系、阴影区22的范围，可以用多个多种形状的无源反射器3，把来自基站1的电磁波，通过不同形状的无源反射器3，进行反射波6的波束方向61、宽度、焦区等变换，使得反射波6到阴影区22时，波束的宽度范围尽可能与阴影区22的范围一致，基站1到阴影区22信道的衰减尽可能小。

利用无源反射器3可以形成多条从基站1到阴影区22的传播路径，这样不仅尽可能多的利用基站1的电磁波能量，而且还可以改善分集接收性能，改善基站1到阴影区22的MIMO信道的特性，例如减小信道之间的相关性。

无源反射器3数量和位置的确定原则是：1）满足覆盖区域要求；2）从基站1到阴影区22的路径损耗最小。

根据阴影区22信号强度的要求，确定无源反射器3的大小。

无源反射器3对信号的反射能力可以用雷达反射截面（RCS）表征，无源反射器3的雷达反射截面与其面积、形状、表面材料和信号频率有关。一般而言，对于平面的无源反射器3，其雷达反射截面与频率的平方成正比。由于毫米波频率高，因此同样面积的无源反射器3，其对毫米波信号的反射能力很强，这样大大提高了无源反射器3对阴影区22的覆盖能力。

MIMO要求各个信道之间的独立性强，也就是信道相关性弱，而信道的相关性与传播路径中散射体数量有关，也与散射波的强度、方向、极化形式有关。无源反射器3也是一种散射体，因此可以根据不同区域的业务要求，实时改变一个或多个无源反射器3反射波6的波束方向61、波束数量和极化方向62，以调节或改善基站到该区域信道的特性，例如信道之间的独立性、路径损耗、路径数量等等。

可以利用亚波长的人工电磁结构、PIN开关管和变容二极管，构成波束方向、波束数量及极化类型可重构的无源反射器3，就可以远程控制可重构无源反射器3反射波6的波束方向61、数量以及反射波6的极化方向62。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (6)

1.毫米波室外智能无源覆盖方法在基站（1）的直射区（21）采用直接照射覆盖方法，在基站（1）的阴影区（22）采用无源反射器（3）照射覆盖的方法，以提高阴影区（22）的信号强度，改善阴影区（22）的信道特性；基站（1）的位置尽可能位于空间没有遮挡物（4）的走廊（41）的交汇处，或者位于附近没有遮挡物（4）的开阔处，以使得服务区（2）内直射区（21）所占的比例较大，同时也便于基站（1）信号经过尽可能少的反射次数、尽可能短的路径（5）就可以到达阴影区（22）；无源反射器（3）包括一级无源反射器（31）和多级无源反射器（32）；无源反射器（3）的位置使得基站（1）信号经过一级无源反射器（31）或者多级无源反射器（32）到阴影区（22）路径（5）的总反射次数尽可能少、总距离尽可能短，以减少路径（5）总的路径损耗；无源反射器（3）的反射波的波束方向、波束数量和极化方向可以实时调整改变；

可以根据业务需要，实时改变无源反射器（3）反射波（6）的波束方向（61）、波束数量和极化方向（62），以调节或改善基站（1）到引用区（22）信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波室外智能无源覆盖方法，其特征在于在建筑物密集的服务区（2），基站（1）的位置高度可以大于建筑物的高度，以减少基站（1）信号到阴影区（22）路径（5）的总距离，以减少路径（5）总的路径损耗。

3.根据权利要求1所述的一种毫米波室外智能无源覆盖方法，其特征在于一级无源反射器（31）位于基站（1）的直射区（21），一级无源反射器（31）把基站（1）的直射信号反射到阴影区（22）；多级无源反射器（32）位于基站（1）的阴影区（22）；一级无源反射器和多级无源反射器多次接力反射，可以把基站（1）的电磁波信号送到必须经过反射才能到达的阴影区（22）。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波室外智能无源覆盖方法，其特征在于利用多组的无源反射器（3），同一个阴影区（22）可以形成多条从基站（1）到该阴影区（22）的路径（5），以进一步改善基站（1）与该阴影区（22）之间信道的路径损耗、信道相关性等特性。

5.根据权利要求1所述的一种毫米波室外智能无源覆盖方法，其特征在于可以使用不同反射面形状的无源反射器（3），得到不同类型的反射波6，进而通过选择无源反射器的反射面形状，调节到达阴影区（22）的波束宽度，以改善信道的路径损耗、到达角、信道相关性等特性。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波室外智能无源覆盖方法，其特征在于无源反射器（3）既可以是专门制造的无源反射器（3），也可以使用地面、建筑物的外墙等自然存在的物体作为无源反射器（3）；也可以对建筑物的外墙进行表面处理，改变其形状以形成所需形状的无源反射器（3）、改变其表面材料组成以提高反射率，改变其表面光滑度以提高反射率；专门制造的无源反射器（3）可以单独安装，也可以安装在建筑物的外墙面，以不破坏建筑物的外形。