小区室外天线覆盖模型

社区室外天线覆盖模型前言通过社区室外天线覆盖模型演示，计算社区室外天线重要覆盖范畴，设立合理的天线下倾角度，并对覆盖场强进行初步预算，为社区室外天线设计提供参考，根据现场实际覆盖需求，选用适宜波瓣角度及增益的社区室外天线进行覆盖。社区室外天线覆盖演示社区室外天线覆盖有关定义主瓣模型参考以下图：波瓣宽度：是无线电波辐射形成的扇面所张开的角度。同一天线发射的无线电波在不同方向上的辐射强度是不同的，因此定义为比最大辐射方向上的功率下降3dB的两个方向之间的夹角为波瓣宽度。重要涉及水平面波瓣宽度和垂直面波瓣宽度。水平波瓣宽度：定义了天线水平平面的HYPERLINK波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当加大天线倾角时，也越容易发生波束畸变，形成HYPERLINK越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角能够在一定程度上改善扇区交界处的覆盖，并且相对而言，不容易产生对其它社区的HYPERLINK越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的HYPERLINK半功率角小的天线，郊区选用水平平面的HYPERLINK半功率角大的天线。垂直波瓣宽度：定义了天线垂直平面的HYPERLINK波束宽度。垂直平面的HYPERLINK半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，也越容易通过调节天线倾角精确控制覆盖范畴。水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度是互相影响的，其关系式为：（1-1）其中：

为天线增益；为水平波瓣宽度；为垂直波瓣宽度。由式（1-1）能够看出，在天线增益不变的状况下，水平波瓣宽度大了，垂直波瓣宽度必然变小。举例演示以下：垂直方向覆盖演示楼宇模型参考下图：简化版以下（模型演示以简化版做参考演示）：主瓣向下覆盖例：社区室外天线垂直波瓣30度角，两栋相似高度楼宇对打覆盖，楼层高度3.3米，楼宇相距50米，尽量避免上旁瓣信号外泄，主瓣尽量全覆盖到楼宇上，以上半功率点水平方向为覆盖起始向下覆盖，这样社区室外天线下倾角为15度，主瓣方向可覆盖8层，覆盖演示以下：以上半功率点水平方向为覆盖起始向下覆盖，下倾角设立为垂直波瓣角度的二分之一。使用30度垂直波瓣角度的社区室外天线要覆盖15层高楼间距50米楼宇则需要两副社区室外天线，一副放置在楼顶（下倾角15度），一副放置在一楼（上倾角15度），演示效果以下：楼宇间相距80米时，能够覆盖14层，演示效果以下：楼宇间相距100米，能够覆盖17层，效果以下：同理，选用垂直波瓣40度、50度、60度社区室外天线与30度做对比，仍然以上半功率点水平方向覆盖起始向下覆盖，下倾角设立为垂直波瓣角度的二分之一，垂直波瓣30度、40度、50度、60度的下倾角设立依次为15度、20度、25度、30度，对比演示效果以下：楼间距50米覆盖示意可知，30度垂直波瓣可覆盖8层，40度可覆盖12层，50度可覆盖18层，60度可覆盖26层。楼间距80米覆盖示意可知，30度垂直波瓣可覆盖14层，40度可覆盖20层，50度可覆盖28层，60度可覆盖30层以上。但从上图也能够看出在12层位置已通过了100米圆弧线，即社区室外天线到对面楼宇13层位置的直线距离已有100米，自由空间损耗较大，考虑社区室外天线增益较小，直线覆盖距离应控制在100米以内。因此，13层下列覆盖需要额外增加社区室外天线兼顾覆盖。100米楼间距覆盖示意可知，30度垂直波瓣可覆盖17层，40度可覆盖25层，50度与60度均可覆盖30层以上。汇总成果以下以上半功率点水平方向为覆盖起始向下覆盖，下倾角设立为垂直波瓣角度的二分之一，计算得出不同角度与不同楼间距对应的覆盖高度值参考以下：楼间距垂直面波瓣角度下倾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5º2.5º0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆盖高度(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主瓣水平覆盖例：社区室外天线垂直波瓣30度角，楼层高度3.3米，主瓣方向水平，这样社区室外天线下倾角为0度，假设社区室外天线安装在8F（只为方便演示设立）。楼间距50米时，波瓣角覆盖范畴内可覆盖8层，覆盖演示以下：楼间距80米时，波瓣角覆盖范畴内可覆盖13层，演示以下：楼间距100米时，天线安装在9F，波瓣角覆盖范畴内可覆盖16层，演示以下：同理，选用垂直波瓣40度、50度、60度社区室外天线与30度做对比，主瓣水平方向覆盖，社区室外天线下倾角为0设立，对比演示效果以下：50米楼间距覆盖效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆盖8层，40度可覆盖11层，50度可覆盖14层，60度可覆盖17层。大致规律为50米间距楼宇主瓣水平方向覆盖每增加10度波瓣角可增加覆盖范畴约三层。80米楼间距覆盖效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆盖13层，40度可覆盖18层，50度可覆盖22层，60度可覆盖27层。100米楼间距覆盖效果以下：可知，30度垂直波瓣可覆盖16层，40度可覆盖22层，50度可覆盖28层，60度可覆盖34层。大概规律为百米间距楼宇主瓣水平方向覆盖每增加10度波瓣角可增加覆盖6层楼层。汇总成果以下天线安装于楼体侧面外墙中间位置，垂直面波瓣水平覆盖，天线下倾角0度，计算得出不同垂直面波瓣角度与不同楼间距对应的覆盖高度值参考以下：楼间距垂直面波瓣角度下倾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5º0º0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆盖高度(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主瓣向上覆盖主瓣向上覆盖与主瓣向下覆盖原理相似，具体参考主瓣向下覆盖。区别在于向上覆盖的信号容易控制，向下覆盖的信号不易控制，以下面例子：楼宇间距仍然是50米，左边楼高30层，右边楼高15层，在楼顶均安装社区室外天线对打覆盖，ANT1要覆盖15层高楼宇需下倾角48度，且主瓣未全被楼体阻挡，会额外覆盖到其它区域，造成信号不好控制，并且下倾角48度也偏大，实际施工也很难实现，此例为较为极端的例子，但实际规划覆盖时也是需要考虑的问题。而ANT2上倾角30度可兼顾高层楼宇区域覆盖，且即便有外泄信号也不易影响路面。因此普通建议高低相差较大的楼宇尽量选用由低层楼宇社区室外天线覆盖高层楼宇。可参考以下：汇总成果以下下列半功率点水平方向为覆盖起始向上覆盖，下倾角设立为垂直波瓣角度的二分之一，计算得出不同角度与不同楼间距对应的覆盖高度值参考以下：楼间距垂直面波瓣角度上倾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m5º2.5º0.91.72.63.54.45.26.177.98.7覆盖高度(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水平方向覆盖演示重要查看主瓣方向水平波瓣覆盖随覆盖距离的变化对应覆盖宽度的变化。选用水平波瓣角30º、40º、50º、60º、65º、90º、120º为参考，对应10米、20米、30米、40米、50米、60米、70米、80米、90米、100米时对应的覆盖宽度。模型以下：局部放大效果：汇总成果以下计算得出不同角度与不同楼间距对应的覆盖宽度值参考以下：楼间距水平面波瓣角度下倾角10m20m30m40m50m60m70m80m90m100m30º0º5.410.716.121.426.832.237.542.948.253.6覆盖宽度(m)40º0º7.314.621.829.136.443.75158.265.572.850º0º9.318.72837.346.65665.374.683.993.360º0º11.523.134.646.257.769.380.892.4103.9115.565º0º1326395264.977.990.9103.9116.9129.990º0º20406080100120140160180200120º0º34.669.3103.9138.6173.2207.8242.5277.1311.8346.4参考此表能够懂得社区室外天线的大致覆盖范畴，如选用60度波瓣角度的社区室外天线，在50米处的覆盖宽度为57.7米。其它距离及角度可使用下文中的覆盖范畴预算工具进行单独计算。社区室外天线覆盖设计下倾角设立以垂直面波瓣角度为参考，将垂直面主波瓣尽量辐射至预覆盖区域内。主波瓣的上半功率角边界要在覆盖楼宇的楼顶平面下列或者下半功率角边界在地面以上，充足运用主波瓣覆盖。根据覆盖需求灵活调节。覆盖范畴计算通过上文垂直方向及水平方向覆盖演示，进行总结，可根据下倾角、楼间距及波瓣角计算覆盖高度及主瓣覆盖宽度。主瓣覆盖高度计算下倾角或上倾角不不大于等于1/2垂直波瓣角时，公式以下：设b为垂直波瓣角，a为下倾角，楼间距d（单位m）；覆盖高度c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d；举例计算：取下倾角为30度，垂直波瓣为30度的社区室外天线，楼间距50米，带入公式可得：覆盖高度c=tan（45）*50-tan（15）*50=50-13.40=36.6米；按每层楼3.5米算，可覆盖10层楼。下倾角或上倾角不大于1/2垂直波瓣角时，公式以下：设b为垂直波瓣角，a为下倾角，楼间距d（单位m）；覆盖高度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与下倾角或上倾角不不大于等于波瓣角/2时，c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d公式一致。举例计算：取上倾角a为10度，垂直波瓣角30度的社区室外天线，水平楼宇间距50米，带入公式可得：覆盖高度c=tan（b/2-a）*d+tan（a+b/2）*d=tan(5)*50+tan(25)*50=27.69m，按每层楼3.5米算，大致可覆盖8层。综上，可得出计算覆盖高度统一公式：c=tan（a+b/2）*d-tan（a-b/2）*d其中：c为覆盖对面楼宇高度（单位m）；b为垂直波瓣角；a为天线倾角（上倾角或下倾角，取正数）；d为楼间距（单位m）。主瓣覆盖宽度计算与天线下倾角a、楼间距d、水平波瓣角v有关，公式以下：水平覆盖宽度g=tan(v/2)*d/cos(a)*2举例：取下倾角a为30度，水平波瓣v为60度的社区室外天线，楼间距d为50米，带入公式可得：水平覆盖宽度g=tan(60/2)*50/cos(30)*2=66.67m立体参考图以下：覆盖范畴预算工具详见下表：社区室外天线选用原则住宅社区室外天线应充足运用天线主瓣进行有效覆盖，能够根据垂直波瓣角度与水平波瓣角度范畴作为主覆盖区域参考，并运用建筑将主瓣信号吸取，尽量避免外泄。另考虑自由空间损耗，建议控制社区室外天线覆盖距离，若覆盖距离较远，则社区室外天线输出功率也应适宜增加。社区室外天线选用原则以下：根据覆盖范畴大小选用适宜的波瓣角度的社区室外天线。楼宇深度覆盖优先选用高增益天线。控制外泄优先选用波瓣角较小的社区室外天线，选择合理安装位置，依靠楼体阻挡及合理设立功率强度控制外泄。覆盖周边道路及周边居民区的优选高增益室外大天线。敏感住宅楼宇优选室外美化天线。场强预算模型及损耗参考采用(通用)Keenan-Motley室内传输模型：Ploss=Plosslm+20log（d）+FAF+a=32.4+20log（f）+20log（D）+FAF+A;其中Ploss：途径损耗（dB)；Plosslm：距天线1米处的途径衰减（dB)，d：距离（m)，D：距离（km），f：频率（MHz）；FAF：环境损耗附加值（dB)，对于不同的材料，环境损耗附加值不同，涉及吊顶损耗，室内隔断墙损耗，玻璃损耗，楼体承重墙损耗等等；A：室内环境下的衰落余量；由传输模型能够看出，总的损耗=自由空间损耗+环境损耗附加值+室内环境下的衰落余量。自由空间损耗公式：R=32.4+20*LOG(D/1000)+20*LOG(f)其中：R为自由空间损耗；D：距离（km），f：频率（MHz）；不同频段自由空间损耗值参考以下表：损耗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建筑损耗参考以下：垂直方向场强预算设b为垂直波瓣角，a为天线倾角（上倾角或下倾角，取正数），楼间距d（单位m），r为主瓣覆盖距离（单位m），p、n分别为垂直半功率角边界覆盖距离（单位m）。波瓣距离计算：p=d/cos（a-b/2）；n=d/cos（a+b/2）；r=d/cos（a）参考室内传输模型可得出：接受场强值=天线有效发射功率-自由空间损耗-FAF-a天线有效发射功率=RS发射功率-馈线损耗-器件损耗+天线增益计算举例：假设覆盖深度10米处，穿透1层玻璃6dB，1层砖墙15dB，FAF=6+15=21dB，衰落余量取10，假设天线有效输出功率为15dBm。垂直波瓣角b(度)天线倾角a(度)楼间距d(m)楼内覆盖深度(m)总水平间距(m)天线有效输出功率(dBm)频率(MHz)FAF（dB)衰落余量A(dB)30305010601524002110计算成果以下垂直波瓣参数距离(m)自由空间损耗值(dB)对应距离场强值(dBm)估算室内接受场强(dBm)主瓣距离r69.2876.82-61.82-92.82半功率边界p62.1275.87-63.87-94.87半功率边界n84.8578.58-66.58-97.58备注：半功率边界方向功率要衰减3dB，上表计算成果已减3dB。具体计算以下：主瓣距离r方向场强值=15-76.82-21-10=-92.82dBm；半功率边界p方向场强值=15-3-75.87-21-10=-94.87dBm；半功率边界n方向场强值=15-3-78.58-21-10=-97.58dBm。水平方向场强预算设v为水平波瓣角，a为天线倾角（上倾角或下倾角，取正数），楼间距d（单位m），r为主瓣覆盖距离（单位m），q、t分别为水平半功率角边界覆盖距离（单位m）。假设主瓣垂直平面与覆盖区域平面垂直，则q=t，波瓣距离计算以下：r=d/cos（a）；q=t=r/cos（v/2）=d/cos（a）/cos（v/2）参考室内传输模型：接受场强值=天线有效发射功率-自由空间损耗-FAF-a天线有效发射功率=RS发射功率-馈线损耗-器件损耗+天线增益计算举例：与垂直方向场强预算类似水平波瓣角v(度)天线倾角a(度)楼间距d(m)楼内覆盖深度(m)总水平间距(m)天线有效输出功率(dBm)频率(MHz)FAF（dB)衰落余量A(dB)60305010601524002110计算成果以下水平方向功率预算水平波瓣参数距离(m)自由空间损耗值(dB)对应距离场强值(dBm)估算室内接受场强(dBm)主瓣距离r69.2876.82-61.82-92.82半功率边界q80.0078.07-66.07-97.07半功率边界t80.0078.07-66.07-97.07覆盖场强预算工具详见下表：覆盖模型参考社区内部深度覆盖通过楼间对打解决社区内深度覆盖及高层干扰问题，选用适宜的波瓣角度及增益的社区室外天线，选择适宜安装位置，充足运用建筑楼体将主瓣信号阻挡，避免将社区内信号外泄到周边道路。模式1：散落式社区内住宅建筑成散落式分布。社区室外天线安装建议：选用低层楼宇或美化天线如美化灯杆/路标/宣传牌等做园区覆盖及楼宇建筑中低层覆盖，选用适宜位置及方向设立，避免外泄；可充足运用地下室出入口走梯房、车道出入口、会所、裙楼楼顶及其它低层建筑等位置。楼顶社区室外天线兼顾楼宇建筑高层区域覆盖，选用水平波瓣较小的社区室外天线。楼宇高度相差不多且较近的可对打