基于5G的信号覆盖增强方法及天线组件与流程

基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件
技术领域
1.本发明涉及无线技术领域，尤其涉及一种基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件。


背景技术：

2.为了满足高速率的要求，5g移动通信系统的工作频率越来越高，以获得足够多的频率资源。5g nr频率开始进入3ghz以上乃至毫米波频段，5g 频率也开始考虑太赫兹频段。
3.高频的空间传播能力、反射能力、衍射能力、穿透能力随频率增高而降低。在毫米波频段，甚至要求所有覆盖目标区域都能与某个信源存在视距(los，line of sight)链路时才能保证通信的可靠性。
4.为了保证室内覆盖的连续性，高频室内覆盖方案通常采用增加功率、增加天线增益、增加信源(rru/aau、中继、直放站等)的方式，以此减少覆盖盲区。
5.然而目前采用的现有方案中仍然存在着诸多缺陷：(1)对于增加功率/增加天线增益方式而言，一般高功率信源、高增益天线成本都较高，使用增加功率/增加天线增益的方式改善覆盖，必然造成网络建设成本的增加。由于高频反射、衍射能力较弱，增加功率/增加天线增益的方式对于覆盖阴影区域的改善并不明显。在信源/天线覆盖区域内，由于eirp(等效全向辐射功率)较高，可能造成电磁辐射超标，造成电磁污染；(2)对于增加信源方式而言，其成本较高、网络结构复杂、容易造成网络容量浪费、网络维护工作增加；(3)对于增加无源反射器方式而言，无源反射器的尺寸可能偏大导致无法施工，并且无源反射器的覆盖改善效果有限。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件，用以解决现有技术中网络建设成本及复杂程度相对较高且覆盖范围改善不明显的缺陷。
7.本发明提供一种基于5g的信号覆盖增强方法，包括：
8.在天线的前端安装反射板；
9.利用所述反射板对所述天线发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射。
10.根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述在天线的前端安装反射板的步骤之前，还包括：
11.对所述反射板的形状进行选型，其中，所述反射板的形状选择为抛物面形状，并且所述反射板的四周边缘在平面投影中的平面形状选择为矩形。
12.根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述在天线的前端安装反射板的步骤之前，还包括：
13.对所述反射板的尺寸进行选型，其中，所述反射板的x轴底面半径通过以下公式获得：
[0014][0015]
其中，x为反射板的x轴底面半径，α为天线水平方向半功率角，l为反射板距天线在焦距方向上的距离，p通过以下公式获得：
[0016][0017]
其中，d为天线的最大尺寸，λ为电磁波波长。
[0018]
根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述对所述反射板的尺寸进行选型的步骤，进一步包括：
[0019]
通过以下公式获得所述反射板的y轴底面半径：
[0020][0021]
其中，y为反射板的y轴底面半径，β为天线垂直方向半功率角。
[0022]
根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述对所述反射板的尺寸进行选型的步骤，进一步包括：
[0023]
通过以下公式获得所述反射板的表面积：
[0024][0025]
其中，s为所述反射板的表面积。
[0026]
根据本发明提供的信号覆盖增强方法，还包括：
[0027]
对所述反射板至所述天线的距离、以及所述反射板的放置位置中的至少一者进行调整，以对所述天线的覆盖范围进行控制。
[0028]
根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述对所述反射板至所述天线的距离、以及所述反射板的放置位置中的至少一者进行调整的步骤，进一步包括：
[0029]
利用伸缩支撑杆，调整所述反射板在所述天线的焦距方向上距所述天线的距离，以调整所述反射板的反射波束的发散和收敛状态。
[0030]
根据本发明提供的信号覆盖增强方法，所述对所述反射板至所述天线的距离、以及所述反射板的放置位置中的至少一者进行调整的步骤，进一步包括：
[0031]
利用带有抛物线轨迹的滑轨，调整所述反射板的放置位置。
[0032]
本发明还提供一种基于如上所述信号覆盖增强方法的天线组件，包括：天线，所述天线安装在抱杆上；反射板，所述反射板位于所述天线的前端，并用于对所述天线发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射。
[0033]
根据本发明提供的天线组件，还包括：伸缩支撑杆，所述伸缩支撑杆连接所述反射板并用于驱动所述反射板相对于所述天线进行移动；滑轨，所述反射板滑动安装在所述滑
轨上，以使所述反射板能够相对于所述天线沿抛物线轨迹进行转动。
[0034]
根据本发明提供的基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件，通过在天线的前端安装反射板，并利用反射板对天线发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射，从而能够控制天线覆盖范围，同时由于覆盖范围改变，覆盖区域内的覆盖信号功率谱密度变大而增强其覆盖质量。另外，增加反射板后，在实际应用时，高频室内覆盖的覆盖场强和覆盖范围会大大增加，小区覆盖范围增大，小区间的干扰协同会更加容易。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1是本发明提供的基于5g的信号覆盖增强方法的流程示意图；
[0037]
图2是本发明提供的天线组件的结构示意图；
[0038]
图3是图2所示天线组件中反射板的结构示意图；
[0039]
图4是天线至反射板水平面夹角的示意图；
[0040]
图5是天线至反射板垂直面夹角的示意图；
[0041]
图6是反射板的x-z轴切图；
[0042]
图7是反射板与天线之间距离调整时覆盖范围变化的示意图；
[0043]
图8是天线组件中伸缩支撑杆的结构示意图；
[0044]
图9a和图9b是调整反射板放置位置时覆盖范围变化的示意图；
[0045]
图10是天线组件中滑轨的结构示意图；
[0046]
附图标记：
[0047]
100：信号覆盖增强方法；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
s102～s104：各步骤；
[0048]
200：天线；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
300：反射板；
[0049]
400：伸缩支撑杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
500：滑轨；
[0050]
600：天线组件；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
700：抱杆。
具体实施方式
[0051]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
下面结合图1至图10描述本发明实施例提供的基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特殊的限定。
[0053]
如图1和图2所示，根据本发明第一方面的实施例，提供了一种基于5g的信号覆盖增强方法100。该信号覆盖增强方法100总的来说可以包括以下步骤：
[0054]
s102：在天线200的前端安装反射板300；以及
[0055]
s104：利用反射板300对天线200发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射。
[0056]
根据本发明以上实施例记载方法可知，通过在天线200的前端安装反射板300，并利用反射板300对天线200发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射，从而能够控制天线200的覆盖范围，同时由于覆盖范围改变，覆盖区域内的覆盖信号功率谱密度变大而增强其覆盖质量。另外，增加反射板300后，在实际应用时，高频室内覆盖的覆盖场强和覆盖范围会大大增加，小区覆盖范围增大，小区间的干扰协同会更加容易。
[0057]
进一步地，在本发明的一个实施例中，在步骤s102之前，信号覆盖增强方法100还包括对反射板300的形状进行选型的步骤。
[0058]
具体来说，如图3所示，反射板300的形状选择为抛物面形状，并且反射板300的四周边缘在平面投影中的平面形状选择为矩形。
[0059]
在具体设计过程中，反射板300需要有对波束收束整形的功能，因此反射板300的形状选择抛物面形状。反射板300的形状选择抛物面时，天线200放置在其焦点处时，抛物面形状的反射板300的反射波会成为平行波束；天线200放置在其焦点内时，反射波束会发散；天线200放置在其焦点外时，反射波束会收敛。随着天线位置的不同，反射波也随之发散或收敛。
[0060]
当在室内进行应用时，由于室内覆盖区域不规则，没有办法使用六边形蜂窝结构实现连续覆盖，因此室内小区覆盖的天线形状可以选择覆盖强度更高的矩形。相应地，反射板300的平面形状的平面投影选择为矩形，反射波的方向图会趋向于矩形，不但能够实现连续覆盖，且能在室内更加容易实现干扰协调。
[0061]
当在诸如体育场馆的看台区域进行应用时，在有限的范围内集中了大量用户，在体育赛事等集中的一段时间内突发很大的业务量。为了满足通信业务需求，需要将看台区域进行小区分裂，以满足频率的紧密复用。
[0062]
目前一般采用在看台区域上部钢架上架设天线的方式实现覆盖，但看台区域上部钢架较高，架设天线后覆盖范围较大，很难实现紧密频率复用，且边界重叠区域较大，干扰严重。因此可以利用反射板300对波束的整形功能，在看台下部部署天线200，实现看台区域的矩形覆盖，且能实现频率紧密复用，满足高业务量的需求。
[0063]
进一步结合图4至图6，根据本发明的一个实施例，信号覆盖增强方法100还可以包括对反射板300的尺寸进行选型的步骤。
[0064]
具体来说，反射板300的抛物面方程如下式：
[0065]
x2 y2＝2pz；
[0066]
为了避免电磁波远场区域随距离增大迅速衰减的问题，反射板300的焦点等于电磁波近场与远场的边界，即：
[0067][0068]
其中，d为天线的最大尺寸，λ为电磁波波长(若是多频信源，取最高频波长)。
[0069]
在实际应用过程中，因为室内覆盖基站天线并没有直接覆盖目标区域，因此要求反射板能够把天线电磁辐射能量的90％以上反射到目标区域。假设室内基站的天线水平方向半功率角为α，垂直方向半功率角为β。则在反射板焦距方向距离l处时，其水平方向张角h
大于等于2α，垂直方向张角v大于等于2β。
[0070]
进一步地，反射板x-z轴切面边缘的坐标为(x，z)，则有如下关系：
[0071]
x2＝2pz；
[0072]
由其中三角关系可知：
[0073]
(l-z)tgα＝x；
[0074]
由以上两式可得反射板x-z轴平面边缘点x的值，即反射板的x轴底面半径为：
[0075][0076]
同理可知，反射板y-z轴平面边缘点y的值，即反射板的y轴底面半径为：
[0077][0078]
在频率较高时，反射板焦点的坐标值远大于天线放置位置的坐标值，因此抛物面反射板可以近似看作平面，其面积约等于2x
×
2y，即4x
×
y，即反射板的表面积为：
[0079][0080]
以28ghz毫米波为例，28ghz毫米波天线的最大尺寸d为0.3m，水平半功率角为75度，垂直半功率角为65度。天线距离反射板的距离为0.1m，则反射板的x轴底面半径为0.36米，y轴底面半径为0.21米，表面积约为0.3平方米。
[0081]
当频率为中低频时，设室内天线的最大尺寸d为0.3m，水平半功率角为75度，垂直半功率角为65度。天线距离反射板的距离为0.1m，则：
[0082]
1)4.9ghz：反射板的x轴底面半径为0.3米，y轴底面半径为0.2米，表面积约为0.25平方米。
[0083]
2)2.6ghz：反射板的x轴底面半径为0.28米，y轴底面半径为0.19米，表面积约为0.21平方米。
[0084]
3)1.8ghz：反射板的x轴底面半径为0.26米，y轴底面半径为0.18米，表面积约为0.19平方米。
[0085]
4)900mhz：反射板的x轴底面半径为0.21米，y轴底面半径为0.16米，表面积约为0.14平方米。
[0086]
由以上分析可以看出：低频覆盖也可以使用本提案进行覆盖波束的收束整形；采用多频天线时，只要满足高频的收束整形要求，就可以满足中低频的收束整形要求。
[0087]
此外，根据本发明的实施例，如图7至图10所示，信号覆盖增强方法100还可以包括对反射板300进行调整的步骤。具体来说，可以对反射板300至天线200的距离、以及反射板300的放置位置中的至少一者进行调整，以对天线200的覆盖范围进行控制。
[0088]
在一个实施例中，可以利用伸缩支撑杆400，调整反射板300在天线200的焦距方向上距天线200的距离，以调整反射板300的反射波束的发散和收敛状态。
[0089]
具体来说，如图7和图8所示，天线200位于反射板300的焦点(p/2)时，反射波为平行波束；天线200位于反射板300的焦点内(p/a，a》2)时，天线200的安装位置越接近焦点，反射波束越收敛。天线200在反射板300焦距方向距离反射板300之间的距离可调，即可调整反射波束的发散和收敛控制实现小区覆盖范围可控。在一个实施例中，反射板300与天线200焦距方向间距离的调整可以使用伸缩支撑杆400。
[0090]
在另一个实施例中，可以利用带有抛物线轨迹的滑轨500，调整反射板300的放置位置。
[0091]
具体来说，如图9a、9b和图10所示，可以定义抛物面形状的反射板300焦距方向与水平方向的夹角为θ。从图9a和图9b可以看到，θ越大，小区覆盖范围越小；θ越小，小区覆盖范围越大。在一个实施例中，反射板300放置位置的调整可以使用带有抛物线轨迹的滑轨500。
[0092]
进一步地，由于反射波在边缘向内收敛的特性，其有如下覆盖增强效果：
[0093]
相同的覆盖范围下，覆盖范围内信号电平会增强3db以上。
[0094]
相同的覆盖质量下，高频覆盖半径在los无线环境增加约20％，需要的信源/天线点数量减少30％左右，建设投资也会随之减少。
[0095]
另一方面，根据本发明的实施例，还提供了一种基于如上所述信号覆盖增强方法100的天线组件600。返回参照图2，天线组件600包括天线200和反射板300。具体来说，天线200可以安装在抱杆700上。反射板300位于天线200的前端，并用于对天线200发出的无线信号进行收束整形之后再次进行发射。
[0096]
此外，在一个实施例中，天线组件600还包括伸缩支撑杆400和滑轨500。具体来说，伸缩支撑杆400连接反射板300并用于驱动反射板300相对于天线200进行移动。而反射板300还可以滑动安装在滑轨500上，以使反射板300能够相对于天线200沿抛物线轨迹进行转动。
[0097]
由于该天线组件600能够基于如上所述的信号覆盖增强方法100进行操作，因此该天线组件600同样具备如上所述的各种优势。
[0098]
综上所述，本发明提供的基于5g的信号覆盖增强方法及天线组件，能够灵活调整高频室内信源的覆盖范围；能够提高室内覆盖电平，有效改善高频室内覆盖效果；能够调整覆盖方向图，适应特殊场景的覆盖需求。
[0099]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。