用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法 【技术领域】
本发明涉及一种调整无线信号室内天线辐射覆盖的方法，尤其是一种在无线通信对室内环境的覆盖过程中，对室内天线方向图进行赋形来完成对室内环境良好覆盖的方法。属于无线通信技术领域。
背景技术
在无线通信的过程中，室内往往因为建筑物和墙壁的遮挡，再加上室内结构复杂，导致在室内出现大量的盲区，从而使正常的通信无法进行。现在通用的方法是将前向信号引入室内分布系统——室内设置天线，再由室内天线辐射出去，保持对室内的良好覆盖；同时反向信号经室内天线接收，交给室内分布系统重新建立通信。
而现有技术中，这些天线一般有吸顶天线、壁挂天线、鞭状天线等，但在完成室内覆盖时，吸顶天线用的比较多，它一般安装在建筑物的天花板，覆盖室内天线周围较大的范围。
天线的覆盖区域信号电平是一个相对恒定的值，这样既提高了覆盖地效率，又减小了室内覆盖系统的很多压力，降低了前向的发射功率、减小对室外宏蜂窝或其它系统的干扰、减小对反向链路线性的压力，并使系统上行噪声系数容易设计的更小，是一个较佳的室内覆盖解决方案。
【发明内容】
本发明的目的之一是提供一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，可对室内吸顶天线的方向图进行赋形以更适合于室内覆盖。
本发明的目的之二是提供一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，通过对吸顶天线方向图的赋形，在同样的覆盖范围内，降低吸顶天线的发射功率，从而降低对系统中放大器线性的要求。
本发明的目的之三是提供一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，通过对天线方向图的赋形，减小对室外宏蜂窝或其它系统的干扰。
本发明的目的之四是提供一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，通过对天线方向图的赋形，减小对反向链路中放大器线性的压力，从而更好的改善上行噪声系数。
为此，本发明提供如下技术方案实现上述目的：
一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，根据路径损耗指数以及室内天线和用户天线之间的高度差，天线方向图赋形调整，保持覆盖区域信号的恒定。其中赋形调整符合公式：
f(θ，φ)＝CONST+10nlg(h/sinθ)
θ为以天花板平面为一个基准面、以室内天线的中心点为基准、用户天线与该中心点的连线与天花板平面的夹角；φ为用户天线与室内天线中心的连线在天花板上的投影与该平面的夹角；CONST为一常数。
具体地，室内天线为发射天线；用户天线为全向天线。天线为室内吸顶天线。
根据上述技术方案分析可知，本发明通过室内天线方向图赋形，可以减小下行的发射功率，从而减小成本和功耗；可以减小对室外宏蜂窝或其他系统的干扰；可以减小对反向链路放大器的压力，使得很好地处理噪声系数和线性的关系成为可能。
【附图说明】
图1是现有室内吸顶天线的辐射方向图的示意图。
图2是本发明室内吸顶天线经过赋形的辐射方向图的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图进一步说明本发明的方法。
本发明为一种用于无线信号室内覆盖的天线方向图赋形的方法，根据路径损耗指数以及室内天线和用户天线之间的高度差，天线方向图赋形调整，保持覆盖区域信号的恒定。
具体地，为了更好的说明室内吸顶天线的方向图赋形，把方向图的特征用各个方向的增益来描述，增益均为在同一归一化状态下的增益值。
定义一个角度θ。这个角度是这样计算的，以天花板平面为一个基准面，以室内天线的中心点为基准，用户与这个中心点的连线与天花板平面的夹角。现有室内天线方向图增益最大的方向是垂直于天花板，即：
θ＝90°。 (1)
θ值在较大的变化范围内，随着θ值的变小，增益也逐渐变小。为了进一步说明增益在室内不同位置的变化，引入一个变量φ，以通过天线中心并垂直于天花板的任一平面为基准面，用户与天线中心的连线在天花板上的投影与该平面的夹角定义为φ。那么在θ和φ方向的增益为：
G＝f(θ，φ) (2)
方向图赋形之一：天线在θ方向增益最大，θ＜60°，与φ无关。
这种赋形适用于横向和纵向的尺寸相当的建筑。
方向图赋形之二：φ值在一定的范围内，天线在θ方向增益最大，θ＜60°。
这种赋形适用于这种赋形适用于较为狭长的建筑。
在天线极化匹配情况下，接收天线接收功率和发射天线发射功率之间的关系式：
Pr＝Po+Gr+Go-PL (3)
其中：
Pr为接收天线收到的功率，
Po为发射天线的发射功率，
Gr为接收天线在接收方向的增益，
Go为发射天线在接收天线方向的增益，
PL为接收天线与发射天线之间的路径损耗；
将上面的公式应用于室内环境，以室内天线为用户天线，接收天线为发射天线，并认为用户天线为全向天线，因此在(3)式中：
Go＝0 (4)
现将(2)式和(4)式应用于(3)式中，可得：
Pr＝P0+f(θ，φ)-PL (5)
由式(5)可以看出，当室内天线发射功率一定时，用户天线的接收功率由室内天线在θ与φ方向的增益和路径损耗共同决定。
在室内环境下，路径损耗通常通过下式近似的计算，
PL(d)＝PL(d0)+10nlg(d/d0) (6)
PL(d0)=20lg(4πλ)+20lg(d0)---(7)]]>
其中：d0为参考距离(对于室内为1m，室外为100m或1000m)；
d为两天线间的距离，单位为m；
n为路径损耗指数；(自由空间为2，室内环境通常选用2.7或3.3)
λ为空气中的波长；
由(6)式可以看出，路径损耗随两天线间距离的增大而增大。假设两天线的高度差为h，那么，
d=hsinθ---(8)]]>
由此可得：PL(θ)＝PL(1)+10nlg(h/sinθ) (9)
那么接收信号的电平可以综合为：
Pr＝Po-PL(1)]+f(θ，φ)-10nlg(h/sinθ) (10)
从(10)式可以看出，要保持覆盖区域信号的恒定，只需要做到：
f(θ，φ)＝CONST+10nlg(h/sinθ) (11)
其中：CONST为常数。
这样，在确定路径损耗指数n和天线之间的高度后，按照(11)式即可赋形出一个较佳的天线方向图。
与全向天线来对比天线方向图经过赋形后所带来的好处是：经过赋形后，天线的接收功率为：
Pr＝Po-PL(1)+CONST (12)
接收信号的电平与覆盖的距离无关。
具体在结合附图1，说明现在普遍使用的吸顶天线的辐射方向图。图中，0°的方向是垂直于天花板的方向，即θ＝90°的方向。从图中可以看出，随着θ的变小，天线的增益也逐渐变小。而根据路径损耗和θ的关系，一般情况下，随着θ的变小，路径损耗变大。这样就造成了在θ＝90°时，室内吸顶天线或用户接收的功率过大，而随着θ的变小，室内吸顶天线或用户接收的功率又迅速变小，这样为保证用户的放大器的线性。
室内天线要减小发射功率，为保证室内覆盖系统反向链路中放大器不饱和，需要保持室内天线与其后第一个放大器有相当的损耗，这无疑大大增加了系统上行的噪声系数。为保证在θ较小时的覆盖，在用户发射功率能够支持的情况下，室内吸顶天线需要加大辐射功率才能保持较好的覆盖，而加大发射功率一方面增加了室内覆盖系统中放大器的压力，带来一系列设计和成本方面的问题，而另一方面，由于发射功率的增加，有可能对室外宏蜂窝或其它系统造成干扰。因此给系统的设计造成一定的困难，只能通过降低一些系统指标和增加成本来补偿。
图2是经过赋形的室内吸顶天线的辐射方向图的示意图。和图1一样，图中，0°的方向为θ＝90°的方向。从图中可以看出，随着θ的变小，天线的增益也逐渐变大，直到θ为一较小的值时，增益成为最大，然后迅速变小。这样增益和路径损耗相互补偿，使得用户和室内天线接收到的信号电平较为稳定，处于一个较为理想的电平值。由此可以解决图1所示方向图带来的诸多问题，使得系统设计简化，并降低干扰和成本。
总之，通过室内吸顶天线方向图赋形，可以减小下行的发射功率，从而减小成本和功耗；可以减小对室外宏蜂窝或其他系统的干扰；可以减小对反向链路放大器的压力，使得很好地处理噪声系数和线性的关系成为可能。
以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。