CN110944338A - 数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，其包括以下步骤：根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量；根据相邻的两个天线的最大覆盖半径的交集位置，以及天线到达交集位置的障碍物的穿透损耗，获取天线到达交集位置的室内空间场强；比较室内空间场强与预设的室内空间场强的大小并获取比较结果；根据比较结果调整天线的初始位置，直至室内空间场强小于预设的室内空间场强，并将调整后的天线的位置作为目标位置；若目标区域的轮廓未被天线的信号覆盖，则增加天线的数量，并再次根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置。解决大型综合体内由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用形成的盲区，保证室内全区域信号覆盖。

Description

数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法

技术领域

本发明涉及无线对讲技术领域，具体涉及一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法。

背景技术

信息技术在人们生产、生活中的作用日益突出，作为信息交流的一种重要方式，无线对讲机覆盖系统作为日常运营调度及安全保障情况下的无线移动通信工具，已经成为管理部门不可或缺的一部分，随着企业的发展也不断改良和升级为更高效，更全面和更安全的通信平台。

数字集群型无线对讲信号覆盖系统，是新一代通信平台，使得系统升级和扩容更为灵活，话音更为清晰，对建筑内部的信号覆盖做到更均匀的分布，对外的信号泄露和防范干扰方面也更为全面，使客户不在受建筑物空间和屏蔽束缚，为企业的管理者提供了更多的语音及数据管理措施。

最近些年由于建筑原因，特别是大型综合体建筑，建筑物结构复杂，钢筋水泥结构屏蔽较严重，特别是一些地下建筑，建筑内部结构复杂，在天线的不同方向隔断阻挡不同，会造成信号覆盖盲区。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，解决大型综合体内由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用形成的盲区，保证室内全区域信号覆盖。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，其包括以下步骤：

根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量；

根据相邻的两个天线的最大覆盖半径的交集位置，以及天线到达所述交集位置的障碍物的穿透损耗，获取天线到达所述交集位置的室内空间场强；

比较所述室内空间场强与预设的室内空间场强的大小并获取比较结果；

根据所述比较结果调整所述天线的初始位置，直至所述室内空间场强小于所述预设的室内空间场强，并将调整后的天线的位置作为目标位置；

若所述目标区域的轮廓未被天线的信号覆盖，则增加天线的数量，并再次根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置。

在上述技术方案的基础上，根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量，具体包括以下步骤：

根据天线的端口功率、工作频率、以及预设的室内空间场强，获取天线的最大覆盖半径；

根据天线的最大覆盖半径，获取所述天线的信号覆盖面积；

根据目标区域的轮廓和面积，以及所述天线的信号覆盖面积，确定所述天线的初始位置和数量。

在上述技术方案的基础上，该设计方法采取第一算法获取天线的最大覆盖半径，所述第一算法为：

F＝P-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室内空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线的最大覆盖半径。

在上述技术方案的基础上，该设计方法采用第二算法获取天线到达所述交集位置的室内空间场强，所述第二算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室内空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线到达所述交集位置的距离。

在上述技术方案的基础上，所述预设的室内空间场强为-90dBm。

在上述技术方案的基础上，该设计方法还包括以下步骤：

在室外选取与目标区域的轮廓相距预设距离的测点；

根据所述天线与所述测点之间的距离，以及所述天线到达所述测点的障碍物的穿透损耗，获取天线到达所述测点的室外空间场强；

比较所述室外空间场强与预设的室外空间场强的大小并获取比较结果；

根据所述比较结果调整所述天线的目标位置或数量，直至所述室外空间场强小于所述预设的室外空间场强，并将调整后的天线的位置作为最终位置。

在上述技术方案的基础上，该设计方法采用第三算法获取天线到达所述测点的室外空间场强，所述第三算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室外空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线与所述测点之间的距离。

在上述技术方案的基础上，所述预设距离为50m。

在上述技术方案的基础上，所述预设的室外空间场强为-105dBm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，可根据实际的室内空间场强要求，以及室内面积的大小和形状来设计天线的数量和安装位置，从而保证每个天线的最大覆盖的半径的位置能达到室内空间场强的要求，解决大型综合体内由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用形成的盲区，保证室内全区域被信号覆盖。

(2)本发明的设计方法基于数字集群型无线对讲信号，使得无线对讲信号系统升级和扩容更为灵活，话音更为清晰，对建筑内部的信号覆盖做到更均匀的分布，对外的信号泄露和防范干扰方面也更为全面，使客户不在受建筑物空间和屏蔽束缚，为企业的管理者提供了更多的语音及数据管理措施。

附图说明

图1为本发明实施例中数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法的流程示意图；

图2为室内信号全覆盖的示意图；

图3为室外信号泄露的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，以某大型建筑为例：由地下室(二层)、A塔楼(40层)、B塔楼(39层)、C塔楼(39层)和商业裙楼组成，其中A塔楼46层，B/C塔楼39层，建筑高度147m；地上商业裙楼5层，建筑高度27.1m，总建筑面积26.8万㎡，占地面积4.6万㎡。建筑结构复杂，钢筋水泥结构屏蔽较严重，特别是一些大型地下建筑，往往是覆盖盲区。而且根据相关要求，确保整个室内建筑无线对讲信号的全覆盖，需要至少保证室内下行接收信号电平值保证在-90dBm以上，也就是需要保证每个室内天线布点位置到室内各个区域平均场强值在-90dBm以上，且根据无线电管理局的设计要求，天线末端的最大信号强度(天线端口功率)不能高于15dBm，在解决大型建筑室内信号覆盖盲区的问题的同时也必须符合国家关于无线电信号管理的法律法规及其有关规定。本发明实施例的设计方法包括以下步骤：

S1：根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量，具体为：预先选择天线端口功率不大于15dBm的天线，在满足建筑内部平均场强-90dBm，且不考虑障碍物的穿透损耗的情况下，计算天线的最大覆盖半径，从而计算天线的最大覆盖面积，根据目标区域的面积确定天线的数量，而且需要天线信号需要覆盖目标区域的轮廓，因此可以初步确定天线的初始位置。

S2：再考虑障碍物的穿透损耗，计算天线到达与其相邻的天线的交集位置的室内空间场强是否在-90dBm以上，由于已知天线的初始位置以及最大覆盖半径，可以获得相邻的两个天线的最大覆盖半径的交集位置，利用不考虑障碍物的穿透损耗的情况下计算的天线到达交集位置的室内空间场强，减去天线到达交集位置的障碍物的穿透损耗，获取天线到达交集位置的室内空间场强。

S3：比较室内空间场强与预设的室内空间场强的大小并获取比较结果；预设的室内空间场强为-90dBm，判断步骤S2计算的室内空间场强是否在-90dBm以上，若小于-90dBm，则执行步骤S4；若大于-90dBm，则说明天线的初始位置和数量满足条件，则将初始位置作为目标位置。

S4：根据比较结果调整天线的初始位置，调整相邻两个天线的距离，直至室内空间场强小于预设的室内空间场强-90dBm，并将调整后的天线的位置作为目标位置；

S5：若步骤S4调整初始位置至目标位置后，目标区域的轮廓未被天线的信号覆盖，则增加天线的数量，因为在未增加天线数量之前，步骤S3获得的目标位置是满足天线到达交集位置的室内空间场强大于-90dBm的要求的，增加天线数量，这个要求仍然满足，并再次根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置，然后再复核天线在该初始位置时是否依旧满足天线到达交集位置的室内空间场强大于-90dBm的要求，一般会满足该要求，只需要微调天线初始位置即可。

本发明实施例的数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，可根据实际的室内空间场强要求，以及室内面积的大小和形状来设计天线的数量和安装位置，从而保证每个天线的最大覆盖的半径的位置能达到室内空间场强的要求，解决大型综合体内由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用形成的盲区，保证室内全区域被信号覆盖。

本发明实施例实现室内无线覆盖问题从广义上来讲，不仅仅是对室内盲区的改善，同时也应包括对室内无线通信质量、网络质量、系统容量的改善。室内无线对讲通信对大楼物业管理的高效率带来可能；也是业主和保安管理大楼最简洁和方便的一种通信工具。室内无线对讲通信的改善，对于业主提高大楼(建筑)形象、应对突发事件、提高办事效率和为用户提供更好更完美的服务具有很大意义。

进一步的，步骤S1中根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量，具体包括以下步骤：

S1-1：在不考虑障碍物的穿透损耗的情况下，根据天线的端口功率、工作频率、以及预设的室内空间场强，获取天线的最大覆盖半径；该设计方法采取第一算法获取天线的最大覆盖半径，第一算法为：

F＝P-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为预设的室内空间场强；P为天线的端口功率；L为空间损耗；f为天线的工作频率；D为天线的最大覆盖半径。

下面举例具体说明如何计算天线的最大覆盖半径，天线的端口功率P为10.41dBm，工作频率f为400MHz，预设的室内空间场强F为-90dBm，根据F＝P-(32.45+20log(f)+20Log(D))，计算得到天线的最大覆盖半径D。

S1-2：根据天线的最大覆盖半径，获取天线的信号覆盖面积；已知了天线的最大覆盖半径D，根据天线信号覆盖的形状(类圆形)计算得到天线的信号覆盖面积。

S1-3：根据目标区域的轮廓和面积，以及天线的信号覆盖面积，确定天线的初始位置和数量。若目标区域为方形，面积为100平方米，天线的信号覆盖面积为10平方米，因此需要10个天线，再根据目标区域的方形形状将天线均匀分布在目标区域内，实现室内信号全覆盖。

进一步的，步骤S2中，采用第二算法获取天线到达交集位置的室内空间场强，第二算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为预设的室内空间场强；P为天线的端口功率；L为空间损耗；f为天线的工作频率；D为天线到达交集位置的距离。

不同材料穿透损耗经验值：(400MHz)，如下表所示：

参见图2所示，以地下车库信号是否满足平均场强为-90dBm的计算：

A点、B点、C点天线进行系统信号覆盖，为保证该区域内信号强度平均在-90dBm以上，对图中点①、②、③的场强进行分别计算，①、②、③分别为A点与B点的天线的最大覆盖半径的交集位置、B点与C点的天线的最大覆盖半径的交集位置，和A点与C点的天线的最大覆盖半径的交集位置。可得到每个天线在相互弥补时天线到达交集位置的空间场强，利用自由空间损耗公式计算，A点、B点、C点天线进行系统信号覆盖，为保证该区域内信号强度平均在-90dBm以上，我们对图中点①、②、③的场强进行分别计算，可得到每个天线在相互弥补时最大覆盖半径的空间场强，利用自由空间损耗公式计算，可得结果如下：

A点至①点：

①＝10.41-32.45-20lg(400)-20lg(0.014)-10(穿透砖墙一层)＝-47dBm

B点至①点：

②＝10.53-32.45-20lg(400)-20lg(0.02)-10*2(穿透砖墙两层)＝-60dBm得结果如下：

A点至①点：

①＝10.41-32.45-20lg(400)-20lg(0.014)-10(穿透砖墙一层)＝-47dBm

B点至①点：

②＝10.53-32.45-20lg(400)-20lg(0.02)-10*2(穿透砖墙两层)＝-60dBm

B点至②点：

②＝10.53-32.45-20lg(400)-20lg(0.026-10(穿透砖墙一层)＝-52.25dBm

C点至②点：

②＝14.25-32.45-20lg(400)-20lg(0.021)-15*2(穿透混凝土墙二层＝-66.69dBm

A点至③点：

③＝10.41-32.45-20lg(400)-20lg(0.016)＝-38.16dBm

C点至③点：

③＝14.25-32.45-20lg(400)-20lg(0.018)＝-35.35dBm

根据现场电磁环境检测分析，分辨率带宽为3kHz时，本发明实施例的建筑物周围环境噪声在-105dBm，为了能够保证有较好的通话语音效果，信噪比应保持15dB以上，则对信号强度要求为-105+15＝-90dBm。

由此得出，设计天线端口功率为15dBm以下的情况下，通过建筑的墙体及空间衰减后，到达每个天线覆盖范围的交集处，信号场强都保证在-90dBm以上，高于-90dBm的要求，故通信可建立，该区域平均场强满足系统设计要求。

进一步的，系统设计时候需充分考虑信号的泄露问题，使信号辐射到建筑外50米处的信号电平低于-105dBm，保证此分布系统不会造成对其他系统的干扰。因此该设计方法还包括以下步骤：

S6：在室外选取与目标区域的轮廓相距预设距离的测点D；预设距离为50m。

S7：根据天线A与测点D之间的距离，天线A与测点D之间的距离等于天线到目标区域轮廓的距离与预设距离之和，以及天线到达测点的障碍物的穿透损耗，获取天线到达测点的室外空间场强。

该设计方法采用第三算法获取天线到达测点的室外空间场强，第三算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为预设的室外空间场强；P为天线的端口功率；L为空间损耗；f为天线的工作频率；D为天线与测点之间的距离。

参见图3所示，使用上述公式来进行计算天线A到达室外建筑红线50米区域处测点D的场强，为了保证室外定点场强≤-105dBm，使用公式进行倒推算该天线点位发射功率(穿透天花板、1堵混凝土墙体、1道防火门、1道玻璃门以及各自的空间损耗)，可得：

F＝P-8-20-25-10-L≤-105dBm

P＝14.9dBm

L＝32.45+20lg(F)+20lg(D)

L＝32.45+20lg(400)+20lg(0.068)

L＝32.45+52.04-23.35

L＝61.14

代入L，得：

F＝14.9-8-20-25-10-61.14＝-109.24

S8：比较室外空间场强与预设的室外空间场强(-105dBm)的大小并获取比较结果。-109.24<-105dBm，由此可知，末端天线功率设置为15dBm以下的范围，以及天线数量和目标位置满足信号泄漏边界场强的要求。

S9：若最终计算的结果大于105dBm，说明室内空间场强肯定大于-90dBm，因此根据比较结果调整天线的目标位置或减少数量，直至室外空间场强小于预设的室外空间场强-105dBm，并将调整后的天线的位置作为最终位置。天线的最终数量和最终位置不仅满足平均室内空间场强大于-90dBm，而且满足信号泄露边界场强小于-105dBm的要求。

本发明实施例的设计方法使信号在大型商业综合建筑物内的公共部位和人员经常活动区域进行有效地覆盖，使整个系统达到覆盖均匀，信号清晰，稳定可靠。以满足内部不同使用管理单位的内部管理、使用和维护，以及保安、消防、紧急通信之要求等，使其内部管理、维护以及保安、消防人员之间方便、快捷地保持联系、通讯。而且本发明实施例的设计方法严格按照无线电管理局所要求的低功率多点覆盖的原则设计。

本发明的设计方法基于数字集群型无线对讲信号，使得无线对讲信号系统升级和扩容更为灵活，话音更为清晰，对建筑内部的信号覆盖做到更均匀的分布，对外的信号泄露和防范干扰方面也更为全面，使客户不在受建筑物空间和屏蔽束缚，为企业的管理者提供了更多的语音及数据管理措施。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种数字集群型无线对讲信号全覆盖的设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量；

根据相邻的两个天线的最大覆盖半径的交集位置，以及天线到达所述交集位置的障碍物的穿透损耗，获取天线到达所述交集位置的室内空间场强；

比较所述室内空间场强与预设的室内空间场强的大小并获取比较结果；

根据所述比较结果调整所述天线的初始位置，直至所述室内空间场强小于所述预设的室内空间场强，并将调整后的天线的位置作为目标位置；

若所述目标区域的轮廓未被天线的信号覆盖，则增加天线的数量，并再次根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据目标区域的轮廓和面积确定天线的初始位置和数量，具体包括以下步骤：

根据天线的端口功率、工作频率、以及预设的室内空间场强，获取天线的最大覆盖半径；

根据天线的最大覆盖半径，获取所述天线的信号覆盖面积；

根据目标区域的轮廓和面积，以及所述天线的信号覆盖面积，确定所述天线的初始位置和数量。

3.如权利要求2所述的设计方法，其特征在于，该设计方法采取第一算法获取天线的最大覆盖半径，所述第一算法为：

F＝P-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室内空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线的最大覆盖半径。

4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，该设计方法采用第二算法获取天线到达所述交集位置的室内空间场强，所述第二算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室内空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线到达所述交集位置的距离。

5.如权利要求1-4任一项所述的设计方法，其特征在于，所述预设的室内空间场强为-90dBm。

6.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，该设计方法还包括以下步骤：

在室外选取与目标区域的轮廓相距预设距离的测点；

根据所述天线与所述测点之间的距离，以及所述天线到达所述测点的障碍物的穿透损耗，获取天线到达所述测点的室外空间场强；

比较所述室外空间场强与预设的室外空间场强的大小并获取比较结果；

根据所述比较结果调整所述天线的目标位置或数量，直至所述室外空间场强小于所述预设的室外空间场强，并将调整后的天线的位置作为最终位置。

7.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，该设计方法采用第三算法获取天线到达所述测点的室外空间场强，所述第三算法为：

F＝P-各种障碍物穿透损耗-L

L＝32.45+20log(f)+20Log(D)

其中，F为所述预设的室外空间场强；P为所述天线的端口功率；L为空间损耗；f为所述天线的工作频率；D为所述天线与所述测点之间的距离。

8.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述预设距离为50m。

9.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述预设的室外空间场强为-105dBm。

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