小區(qū)室外天線覆蓋模型

社區(qū)室外天線覆蓋模型前言通過(guò)社區(qū)室外天線覆蓋模型演示，計(jì)算社區(qū)室外天線重要覆蓋范疇，設(shè)立合理的天線下傾角度，并對(duì)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行初步預(yù)算，為社區(qū)室外天線設(shè)計(jì)提供參考，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際覆蓋需求，選用適宜波瓣角度及增益的社區(qū)室外天線進(jìn)行覆蓋。社區(qū)室外天線覆蓋演示社區(qū)室外天線覆蓋有關(guān)定義主瓣模型參考以下圖：波瓣寬度：是無(wú)線電波輻射形成的扇面所張開的角度。同一天線發(fā)射的無(wú)線電波在不同方向上的輻射強(qiáng)度是不同的，因此定義為比最大輻射方向上的功率下降3dB的兩個(gè)方向之間的夾角為波瓣寬度。重要涉及水平面波瓣寬度和垂直面波瓣寬度。水平波瓣寬度：定義了天線水平平面的HYPERLINK波束寬度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當(dāng)加大天線傾角時(shí)，也越容易發(fā)生波束畸變，形成HYPERLINK越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角能夠在一定程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，并且相對(duì)而言，不容易產(chǎn)生對(duì)其它社區(qū)的HYPERLINK越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應(yīng)當(dāng)采用水平平面的HYPERLINK半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的HYPERLINK半功率角大的天線。垂直波瓣寬度：定義了天線垂直平面的HYPERLINK波束寬度。垂直平面的HYPERLINK半功率角越小，偏離主波束方向時(shí)信號(hào)衰減越快，也越容易通過(guò)調(diào)節(jié)天線傾角精確控制覆蓋范疇。水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度是互相影響的，其關(guān)系式為：（1-1）其中：

為天線增益；為水平波瓣寬度；為垂直波瓣寬度。由式（1-1）能夠看出，在天線增益不變的狀況下，水平波瓣寬度大了，垂直波瓣寬度必然變小。舉例演示以下：垂直方向覆蓋演示樓宇模型參考下圖：簡(jiǎn)化版以下（模型演示以簡(jiǎn)化版做參考演示）：主瓣向下覆蓋例：社區(qū)室外天線垂直波瓣30度角，兩棟相似高度樓宇對(duì)打覆蓋，樓層高度3.3米，樓宇相距50米，盡量避免上旁瓣信號(hào)外泄，主瓣盡量全覆蓋到樓宇上，以上半功率點(diǎn)水平方向?yàn)楦采w起始向下覆蓋，這樣社區(qū)室外天線下傾角為15度，主瓣方向可覆蓋8層，覆蓋演示以下：以上半功率點(diǎn)水平方向?yàn)楦采w起始向下覆蓋，下傾角設(shè)立為垂直波瓣角度的二分之一。使用30度垂直波瓣角度的社區(qū)室外天線要覆蓋15層高樓間距50米樓宇則需要兩副社區(qū)室外天線，一副放置在樓頂（下傾角15度），一副放置在一樓（上傾角15度），演示效果以下：樓宇間相距80米時(shí)，能夠覆蓋14層，演示效果以下：樓宇間相距100米，能夠覆蓋17層，效果以下：同理，選用垂直波瓣40度、50度、60度社區(qū)室外天線與30度做對(duì)比，仍然以上半功率點(diǎn)水平方向覆蓋起始向下覆蓋，下傾角設(shè)立為垂直波瓣角度的二分之一，垂直波瓣30度、40度、50度、60度的下傾角設(shè)立依次為15度、20度、25度、30度，對(duì)比演示效果以下：樓間距50米覆蓋示意可知，30度垂直波瓣可覆蓋8層，40度可覆蓋12層，50度可覆蓋18層，60度可覆蓋26層。樓間距80米覆蓋示意可知，30度垂直波瓣可覆蓋14層，40度可覆蓋20層，50度可覆蓋28層，60度可覆蓋30層以上。但從上圖也能夠看出在12層位置已通過(guò)了100米圓弧線，即社區(qū)室外天線到對(duì)面樓宇13層位置的直線距離已有100米，自由空間損耗較大，考慮社區(qū)室外天線增益較小，直線覆蓋距離應(yīng)控制在100米以內(nèi)。因此，13層下列覆蓋需要額外增加社區(qū)室外天線兼顧覆蓋。100米樓間距覆蓋示意可知，30度垂直波瓣可覆蓋17層，40度可覆蓋25層，50度與60度均可覆蓋30層以上。匯總成果以下以上半功率點(diǎn)水平方向?yàn)楦采w起始向下覆蓋，下傾角設(shè)立為垂直波瓣角度的二分之一，計(jì)算得出不同角度與不同樓間距對(duì)應(yīng)的覆蓋高度值參考以下：樓間距垂直面波瓣角度下傾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5o2.5o0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆蓋高度(m)10o5o1.83.55.37.18.810.612.314.115.917.615o7.5o2.75.4810.713.416.118.821.424.126.820o10o3.67.310.914.618.221.825.529.132.836.430o15o5.811.517.323.128.934.640.446.25257.740o20o8.416.825.233.64250.358.767.175.583.945o22.5o10203040506070809010050o25o11.923.835.847.759.671.583.495.3107.3119.260o30o17.334.65269.386.6103.9121.2138.6155.9173.265o32.5o21.442.964.385.8107.2128.7150.1171.6193214.5主瓣水平覆蓋例：社區(qū)室外天線垂直波瓣30度角，樓層高度3.3米，主瓣方向水平，這樣社區(qū)室外天線下傾角為0度，假設(shè)社區(qū)室外天線安裝在8F（只為方便演示設(shè)立）。樓間距50米時(shí)，波瓣角覆蓋范疇內(nèi)可覆蓋8層，覆蓋演示以下：樓間距80米時(shí)，波瓣角覆蓋范疇內(nèi)可覆蓋13層，演示以下：樓間距100米時(shí)，天線安裝在9F，波瓣角覆蓋范疇內(nèi)可覆蓋16層，演示以下：同理，選用垂直波瓣40度、50度、60度社區(qū)室外天線與30度做對(duì)比，主瓣水平方向覆蓋，社區(qū)室外天線下傾角為0設(shè)立，對(duì)比演示效果以下：50米樓間距覆蓋效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆蓋8層，40度可覆蓋11層，50度可覆蓋14層，60度可覆蓋17層。大致規(guī)律為50米間距樓宇主瓣水平方向覆蓋每增加10度波瓣角可增加覆蓋范疇約三層。80米樓間距覆蓋效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆蓋13層，40度可覆蓋18層，50度可覆蓋22層，60度可覆蓋27層。100米樓間距覆蓋效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆蓋16層，40度可覆蓋22層，50度可覆蓋28層，60度可覆蓋34層。大概規(guī)律為百米間距樓宇主瓣水平方向覆蓋每增加10度波瓣角可增加覆蓋6層樓層。匯總成果以下天線安裝于樓體側(cè)面外墻中間位置，垂直面波瓣水平覆蓋，天線下傾角0度，計(jì)算得出不同垂直面波瓣角度與不同樓間距對(duì)應(yīng)的覆蓋高度值參考以下：樓間距垂直面波瓣角度下傾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5o0o0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆蓋高度(m)10o0o1.73.55.278.710.512.21415.717.515o0o2.65.37.910.513.215.818.421.123.726.320o0o3.57.110.614.117.621.224.728.231.735.325o0o4.48.913.317.722.226.63135.539.944.330o0o5.410.716.121.426.832.237.542.948.253.640o0o7.314.621.829.136.443.75158.265.572.845o0o8.316.624.933.141.449.75866.374.682.850o0o9.318.72837.346.65665.374.683.993.360o0o11.523.134.646.257.769.380.892.4103.9115.565o0o12.725.538.25163.776.489.2101.9114.7127.4主瓣向上覆蓋主瓣向上覆蓋與主瓣向下覆蓋原理相似，具體參考主瓣向下覆蓋。區(qū)別在于向上覆蓋的信號(hào)容易控制，向下覆蓋的信號(hào)不易控制，以下面例子：樓宇間距仍然是50米，左邊樓高30層，右邊樓高15層，在樓頂均安裝社區(qū)室外天線對(duì)打覆蓋，ANT1要覆蓋15層高樓宇需下傾角48度，且主瓣未全被樓體阻擋，會(huì)額外覆蓋到其它區(qū)域，造成信號(hào)不好控制，并且下傾角48度也偏大，實(shí)際施工也很難實(shí)現(xiàn)，此例為較為極端的例子，但實(shí)際規(guī)劃覆蓋時(shí)也是需要考慮的問題。而ANT2上傾角30度可兼顧高層樓宇區(qū)域覆蓋，且即便有外泄信號(hào)也不易影響路面。因此普通建議高低相差較大的樓宇盡量選用由低層樓宇社區(qū)室外天線覆蓋高層樓宇。可參考以下：匯總成果以下下列半功率點(diǎn)水平方向?yàn)楦采w起始向上覆蓋，下傾角設(shè)立為垂直波瓣角度的二分之一，計(jì)算得出不同角度與不同樓間距對(duì)應(yīng)的覆蓋高度值參考以下：樓間距垂直面波瓣角度上傾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5o2.5o0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆蓋高度(m)10o5o1.83.55.37.18.810.612.314.115.917.615o7.5o2.75.4810.713.416.118.821.424.126.820o10o3.67.310.914.618.221.825.529.132.836.430o15o5.811.517.323.128.934.640.446.25257.740o20o8.416.825.233.64250.358.767.175.583.945o22.5o10203040506070809010050o25o11.923.835.847.759.671.583.495.3107.3119.260o30o17.334.65269.386.6103.9121.2138.6155.9173.265o32.5o21.442.964.385.8107.2128.7150.1171.6193214.5水平方向覆蓋演示重要查看主瓣方向水平波瓣覆蓋隨覆蓋距離的變化對(duì)應(yīng)覆蓋寬度的變化。選用水平波瓣角30o、40o、50o、60o、65o、90o、120o為參考，對(duì)應(yīng)10米、20米、30米、40米、50米、60米、70米、80米、90米、100米時(shí)對(duì)應(yīng)的覆蓋寬度。模型以下：局部放大效果：匯總成果以下計(jì)算得出不同角度與不同樓間距對(duì)應(yīng)的覆蓋寬度值參考以下：樓間距水平面波瓣角度下傾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m30o0o5.410.716.121.426.832.237.542.948.253.6覆蓋寬度(m)40o0o7.314.621.829.136.443.75158.265.572.850o0o9.318.72837.346.65665.374.683.993.360o0o11.523.134.646.257.769.380.892.4103.9115.565o0o1326395264.977.990.9103.9116.9129.990o0o20406080100120140160180200120o0o34.669.3103.9138.6173.2207.8242.5277.1311.8346.4參考此表能夠懂得社區(qū)室外天線的大致覆蓋范疇，如選用60度波瓣角度的社區(qū)室外天線，在50米處的覆蓋寬度為57.7米。其它距離及角度可使用下文中的覆蓋范疇預(yù)算工具進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。社區(qū)室外天線覆蓋設(shè)計(jì)下傾角設(shè)立以垂直面波瓣角度為參考，將垂直面主波瓣盡量輻射至預(yù)覆蓋區(qū)域內(nèi)。主波瓣的上半功率角邊界要在覆蓋樓宇的樓頂平面下列或者下半功率角邊界在地面以上，充足運(yùn)用主波瓣覆蓋。根據(jù)覆蓋需求靈活調(diào)節(jié)。覆蓋范疇計(jì)算通過(guò)上文垂直方向及水平方向覆蓋演示，進(jìn)行總結(jié)，可根據(jù)下傾角、樓間距及波瓣角計(jì)算覆蓋高度及主瓣覆蓋寬度。主瓣覆蓋高度計(jì)算下傾角或上傾角不不大于等于1/2垂直波瓣角時(shí)，公式以下：設(shè)b為垂直波瓣角，a為下傾角，樓間距d（單位m）；覆蓋高度c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d；舉例計(jì)算：取下傾角為30度，垂直波瓣為30度的社區(qū)室外天線，樓間距50米，帶入公式可得：覆蓋高度c=tan（45）*50-tan（15）*50=50-13.40=36.6米；按每層樓3.5米算，可覆蓋10層樓。下傾角或上傾角不大于1/2垂直波瓣角時(shí)，公式以下：設(shè)b為垂直波瓣角，a為下傾角，樓間距d（單位m）；覆蓋高度c=tan（b/2-a）*d+tan（a+b/2）*d=-tan（a-b/2）*d+tan（a+b/2）*d=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d與下傾角或上傾角不不大于等于波瓣角/2時(shí)，c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d公式一致。舉例計(jì)算：取上傾角a為10度，垂直波瓣角30度的社區(qū)室外天線，水平樓宇間距50米，帶入公式可得：覆蓋高度c=tan（b/2-a）*d+tan（a+b/2）*d=tan(5)*50+tan(25)*50=27.69m，按每層樓3.5米算，大致可覆蓋8層。綜上，可得出計(jì)算覆蓋高度統(tǒng)一公式：c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d其中：c為覆蓋對(duì)面樓宇高度（單位m）；b為垂直波瓣角；a為天線傾角（上傾角或下傾角，取正數(shù)）；d為樓間距（單位m）。主瓣覆蓋寬度計(jì)算與天線下傾角a、樓間距d、水平波瓣角v有關(guān)，公式以下：水平覆蓋寬度g=tan(v/2)*d/cos(a)*2舉例：取下傾角a為30度，水平波瓣v為60度的社區(qū)室外天線，樓間距d為50米，帶入公式可得：水平覆蓋寬度g=tan(60/2)*50/cos(30)*2=66.67m立體參考圖以下：覆蓋范疇預(yù)算工具詳見下表：社區(qū)室外天線選用原則住宅社區(qū)室外天線應(yīng)充足運(yùn)用天線主瓣進(jìn)行有效覆蓋，能夠根據(jù)垂直波瓣角度與水平波瓣角度范疇作為主覆蓋區(qū)域參考，并運(yùn)用建筑將主瓣信號(hào)吸取，盡量避免外泄。另考慮自由空間損耗，建議控制社區(qū)室外天線覆蓋距離，若覆蓋距離較遠(yuǎn)，則社區(qū)室外天線輸出功率也應(yīng)適宜增加。社區(qū)室外天線選用原則以下：根據(jù)覆蓋范疇大小選用適宜的波瓣角度的社區(qū)室外天線。樓宇深度覆蓋優(yōu)先選用高增益天線。控制外泄優(yōu)先選用波瓣角較小的社區(qū)室外天線，選擇合理安裝位置，依靠樓體阻擋及合理設(shè)立功率強(qiáng)度控制外泄。覆蓋周邊道路及周邊居民區(qū)的優(yōu)選高增益室外大天線。敏感住宅樓宇優(yōu)選室外美化天線。場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算模型及損耗參考采用(通用)Keenan-Motley室內(nèi)傳輸模型：Ploss=Plosslm+20log（d）+FAF+a=32.4+20log（f）+20log（D）+FAF+A;其中Ploss：途徑損耗（dB)；Plosslm：距天線1米處的途徑衰減（dB)，d：距離（m)，D：距離（km），f：頻率（MHz）；FAF：環(huán)境損耗附加值（dB)，對(duì)于不同的材料，環(huán)境損耗附加值不同，涉及吊頂損耗，室內(nèi)隔斷墻損耗，玻璃損耗，樓體承重墻損耗等等；A：室內(nèi)環(huán)境下的衰落余量；由傳輸模型能夠看出，總的損耗=自由空間損耗+環(huán)境損耗附加值+室內(nèi)環(huán)境下的衰落余量。自由空間損耗公式：R=32.4+20*LOG(D/1000)+20*LOG(f)其中：R為自由空間損耗；D：距離（km），f：頻率（MHz）；不同頻段自由空間損耗值參考以下表：損耗dB1米10米20米30米40米50米60米70米80米90米100米900MHz31.4851.4857.5161.0363.5365.4667.0568.3969.5570.5771.481800MHz37.5157.5163.5367.0569.5571.4873.0774.4175.5776.5977.51MHz38.4258.4264.4467.9670.4672.4073.9875.3276.4877.5178.422100MHz38.8458.8464.8668.3970.8972.8274.4175.7576.9177.9378.842200MHz39.2559.2565.2768.7971.2973.2374.8176.1577.3178.3379.252300MHz39.6359.6365.6669.1871.6873.6175.2076.5477.7078.7279.632400MHz40.0060.0066.0269.5572.0573.9875.5776.9178.0779.0980.002500MHz40.3660.3666.3869.9072.4074.3475.9277.2678.4279.4480.362600MHz40.7060.7066.7270.2472.7474.6876.2677.6078.7679.7880.70建筑損耗參考以下：垂直方向場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算設(shè)b為垂直波瓣角，a為天線傾角（上傾角或下傾角，取正數(shù)），樓間距d（單位m），r為主瓣覆蓋距離（單位m），p、n分別為垂直半功率角邊界覆蓋距離（單位m）。波瓣距離計(jì)算：p=d/cos（a-b/2）；n=d/cos（a+b/2）；r=d/cos（a）參考室內(nèi)傳輸模型可得出：接受場(chǎng)強(qiáng)值=天線有效發(fā)射功率-自由空間損耗-FAF-a天線有效發(fā)射功率=RS發(fā)射功率-饋線損耗-器件損耗+天線增益計(jì)算舉例：假設(shè)覆蓋深度10米處，穿透1層玻璃6dB，1層磚墻15dB，F(xiàn)AF=6+15=21dB，衰落余量取10，假設(shè)天線有效輸出功率為15dBm。垂直波瓣角b(度)天線傾角a(度)樓間距d(m)樓內(nèi)覆蓋深度(m)總水平間距(m)天線有效輸出功率(dBm)頻率(MHz)FAF（dB)衰落余量A(dB)30305010601524002110計(jì)算成果以下垂直波瓣參數(shù)距離(m)自由空間損耗值(dB)對(duì)應(yīng)距離場(chǎng)強(qiáng)值(dBm)估算室內(nèi)接受場(chǎng)強(qiáng)(dBm)主瓣距離r69.2876.82-61.82-92.82半功率邊界p62.1275.87-63.87-94.87半功率邊界n84.8578.58-66.58-97.58備注：半功率邊界方向功率要衰減3dB，上表計(jì)算成果已減3dB。具體計(jì)算以下：主瓣距離r方向場(chǎng)強(qiáng)值=15-76.82-21-10=-92.82dBm；半功率邊界p方向場(chǎng)強(qiáng)值=15-3-75.87-21-10=-94.87dBm；半功率邊界n方向場(chǎng)強(qiáng)值=15-3-78.58-21-10=-97.58dBm。水平方向場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算設(shè)v為水平波瓣角，a為天線傾角（上傾角或下傾角，取正數(shù)），樓間距d（單位m），r為主瓣覆蓋距離（單位m），q、t分別為水平半功率角邊界覆蓋距離（單位m）。假設(shè)主瓣垂直平面與覆蓋區(qū)域平面垂直，則q=t，波瓣距離計(jì)算以下：r=d/cos（a）；q=t=r/cos（v/2）=d/cos（a）/cos（v/2）參考室內(nèi)傳輸模型：接受場(chǎng)強(qiáng)值=天線有效發(fā)射功率-自由空間損耗-FAF-a天線有效發(fā)射功率=RS發(fā)射功率-饋線損耗-器件損耗+天線增益計(jì)算舉例：與垂直方向場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算類似水平波瓣角v(度)天線傾角a(度)樓間距d(m)樓內(nèi)覆蓋深度(m)總水平間距(m)天線有效輸出功率(dBm)頻率(MHz)FAF（dB)衰落余量A(dB)60305010601524002110計(jì)算成果以下水平方向功率預(yù)算水平波瓣參數(shù)距離(m)自由空間損耗值(dB)對(duì)應(yīng)距離場(chǎng)強(qiáng)值(dBm)估算室內(nèi)接受場(chǎng)強(qiáng)(dBm)主瓣距離r69.2876.82-61.82-92.82半功率邊界q80.0078.07-66.07-97.07半功率邊界t80.0078.07-66.07-97.07覆蓋場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算工具詳見下表：覆蓋模型參考社區(qū)內(nèi)部深度覆蓋通過(guò)樓間對(duì)打解決社區(qū)內(nèi)深度覆蓋及高層干擾問題，選用適宜的波瓣角度及增益的社區(qū)室外天線，選擇適宜安裝位置，充足運(yùn)用建筑樓體將主瓣信號(hào)阻擋，避免將社區(qū)內(nèi)信號(hào)外泄到周邊道路。模式1：散落式社區(qū)內(nèi)住宅建筑成散落式分布。社區(qū)室外天線安裝建議：選用低層樓宇或美化天線如美化燈桿/路標(biāo)/宣傳牌等做園區(qū)覆蓋及樓宇建筑中低層覆蓋，選用適宜位置及方向設(shè)立，避免外泄；可充足運(yùn)用地下室出入口走梯房、車道出入口、會(huì)所、裙樓樓頂及其它低層建筑等位置。樓頂社區(qū)室外天線兼顧樓宇建筑高層區(qū)域覆蓋，選用水平波瓣較小的社區(qū)室外天線。樓宇高度相差不多且較近的可對(duì)打