射頻基礎(chǔ)知識.doc

第一部分射頻基礎(chǔ)知識目錄第一章 與移動通信相關(guān)的射頻知識簡介11.1 何謂射頻11.1.1長線和分布參數(shù)的概念11.1.2射頻傳輸線終端短路41.1.3射頻傳輸線終端開路41.1.4射頻傳輸線終端完全匹配51.1.5射頻傳輸線終端不完全匹配51.1.6電壓駐波分布51.1.7射頻各種饋線61.1.8從低頻的集中參數(shù)的諧振回路向射頻圓柱形諧振腔過渡91.2 無線電頻段和波段命名91.3 移動通信系統(tǒng)使用頻段91.4 第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點121.5 第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點121.6 第三代移動通信系統(tǒng)及其主要特點121.7 何謂“雙工”方式？何謂“多址”方式121.8 發(fā)信功率及其單位換算131.9 接收機的熱噪聲功率電平131.10 接收機底噪及接收靈敏度141.11 電場強度、電壓及功率電平的換算141.12 G網(wǎng)的全速率和半速率信道151.13 G網(wǎng)設(shè)計中選用哪個信道的發(fā)射功率作為參考功率151.14 G網(wǎng)的傳輸時延，時間提前量和最大小區(qū)半徑的限制151.15 GPRS的基本概念161.16 EDGE的基本概念16第二章 天線162.1天線概述162.1.1天線162.1.2天線的起源和發(fā)展172.1.3天線在移動通信中的應(yīng)用172.1.4無線電波172.1.5 無線電波的頻率與波長172.1.6偶極子182.1.7頻率范圍192.1.8天線如何控制無線輻射能量走向192.2天線的基本特性212.2.1增益212.2.2波瓣寬度222.2.3下傾角232.2.4前后比242.2.5阻抗242.2.6回波損耗252.2.7隔離度272.2.8極化282.2.9交調(diào)302.2.10天線參數(shù)在無線組網(wǎng)中的作用302.2.11通信方程式312.3網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線322.3.1網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線的作用322.3.2天線分集技術(shù)332.3.3遙控電調(diào)電下傾天線1第三章 電波傳播23.1 陸地移動通信中無線電波傳播的主要特點23.2 快衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征和克服方法33.3 慢衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征及對工程設(shè)計參數(shù)的影響33.4 什么是自由空間的傳播模式43.5 2G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式43.6 3G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式53.7 微小區(qū)傳播模式63.8 室內(nèi)傳播模式83.9 接收靈敏度、最低功率電平和無線覆蓋區(qū)位置百分比的關(guān)系93.10 全鏈路平衡和最大允許路徑損耗11第四章 電磁干擾114.1 電磁兼容（EMC）與電磁干擾（EMI）114.2 同頻干擾和同頻干擾保護比124.3 鄰道干擾和鄰道選擇性134.4 發(fā)信機的（三階）互調(diào)干擾輻射144.5 收信機的互調(diào)干擾響應(yīng)144.6 收信機的雜散響應(yīng)和強干擾阻塞154.7 dBc與dBm154.8 寬帶噪聲電平及歸一化噪聲功率電平154.9 關(guān)于噪聲增量和系統(tǒng)容量164.10 直放站對基站的噪聲增量164.11 IS-95 CDMA 對 GSM 基站的干擾184.12 G網(wǎng)與PHS網(wǎng)的相互干擾194.13 3G系統(tǒng)電磁干擾204.14 PHS系統(tǒng)與3G系統(tǒng)之間的互干擾234.15 GSM系統(tǒng)與3G系統(tǒng)之間的互干擾24第五章室內(nèi)覆蓋交流問題應(yīng)答1151、目前GSM室內(nèi)覆蓋無線直放站作信源站點數(shù)量達60%，WCDMA的建設(shè)中，此類站點太多將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上行噪聲被直放站抬高，請問怎么考慮？5.2、高層窗邊的室內(nèi)覆蓋信號場強難以做到主導(dǎo)，而室內(nèi)窗邊將是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的高發(fā)區(qū)域，室內(nèi)窗邊的高速速率如何保證？5.3、有廠家建議室內(nèi)覆蓋不用干放，全用無源覆蓋分布，我們?nèi)绾慰紤]？5.4、室內(nèi)覆蓋中，HSDPA引入后，有何新要求？5.5、系統(tǒng)引入多載頻對室內(nèi)覆蓋的影響？5.6、上、下行噪聲受限如何考慮？5.7、室內(nèi)覆蓋時延分集增益。廣東移動培訓(xùn)資料第一章 與移動通信相關(guān)的射頻知識簡介1.1 何謂射頻射頻是指該頻率的載波功率能通過天線發(fā)射出去（反之亦然），以交變的電磁場形式在自由空間以光速傳播，碰到不同介質(zhì)時傳播速率發(fā)生變化，也會發(fā)生電磁波反射、折射、繞射、穿透等，引起各種損耗。在金屬線傳輸時具有趨膚效應(yīng)現(xiàn)象。該頻率在各種無源和有源電路中R、L、C各參數(shù)反映出是分布參數(shù)。因此說所謂射頻RF（Radio Frequency）是指頻率較高，可用于發(fā)射無線電頻率，一般常指幾十到幾百兆赫的頻段，即VHF-UHF頻段。而更高的頻率，則稱為微波。廣義地說，在無線電頻譜上微波是指頻率為300MHz-300GHz的無線電波，其相應(yīng)的波長范圍是在1m0.1mm;一般更具體的指130GHz頻段，即波長在厘米范圍的厘米波。頻率更高的則稱之為毫米波、亞毫米波段。因而，移動通信中的CDMA、GSM等系統(tǒng)所采用的800 MHz、900 MHz頻段屬于射頻RF范疇，也即UHF頻段（也可看作微波的低端）；而第三代移動通信3G的工作頻段就是在微波范圍內(nèi)。綜觀無線電頻譜，頻率從極低一直到非常高，波長從超長波一直到亞毫米波段再到光波、紫外，不同頻段的無線電波其特性也截然不同。我們必須了解這一點，并學(xué)會用不同的概念、技術(shù)和方法來處理問題。在移動通信所工作的射頻和微波頻段，如果只沿用低頻的概念和技術(shù)來研究和處理問題，必然是行不通。眾所周知，室內(nèi)分布系統(tǒng)大多采用同軸電纜來傳輸移動通信信號或能量。那么，人們?yōu)槭裁床焕^續(xù)采用工頻50 Hz的雙絞電源線或以前VHF頻段電視機常用的扁平雙線饋線？同軸電纜又具有那些優(yōu)點？這里，首先介紹一下射頻和微波傳輸線的概念。用來傳輸電磁能量的線路統(tǒng)稱為傳輸系統(tǒng)，由傳輸系統(tǒng)引導(dǎo)向一定方向傳輸?shù)碾姶挪ǚQ為導(dǎo)行波。1.1.1長線和分布參數(shù)的概念在低頻電路中，導(dǎo)線（或說是低頻率傳輸線）只起連接的作用。在同一導(dǎo)線（例如長為60cm）的兩端，都認為它們是同電位的，電流也相等，也就是屬于同一點。但是，如果線上傳輸?shù)氖巧漕l比如GSM下行942MHz的電信號（相應(yīng)的波長大約為32cm）,這時還能認為導(dǎo)線的兩端是同電位的嗎？顯然就不行了。這里存在兩個概念問題，一是線的“長度”如何準確描述，二是集中參數(shù)和分布參數(shù)的概念。圖1-1所示為線上的電流或電壓隨空間位置的分布情況，圖1-1（a）表示的是半波長的波形圖，AB是線上的一小段，它比波長小得多。由圖可見，線段AB上各點的電流或電壓的幅度和相位幾乎不變，此時的線段AB是一段“短線”。如果頻率很高，雖然線段AB的長度相同，但在某一瞬時線上各點電流或電壓的幅度和相位均有很大變化，如圖1-1(b)所示，此時的線段AB即應(yīng)視為“長線”。圖1-1電流電壓沿線分布圖(a)短線情況；（b）長線情況其實，“長度”有絕對長度和相對長度兩種概念。對于傳輸線的“長”或“短”，并不是以其絕對長度而是以其相對長度，即以它與波長比值的相對大小來區(qū)分的。我們把傳輸線的幾何長度（l）與其上傳輸電信號的波長（）之比l/ ，稱為傳輸線的相對長度或者叫電長度。在射頻和微波領(lǐng)域，波長通常以cm計。比如一根傳輸3G移動通信信號（如WCDMA）的同軸電纜，雖然只有30cm長，但它已大約是工作波長的兩倍，當然屬于“長線”；相反，輸送工頻市電的電力線即使僅有2km長，但與其波長（6000km）相比就是非常短的了，因此只能稱之為“短線”。微波傳輸線基本上都屬于“長線”的范疇，因此描述傳輸線特性和電壓或電流沿線傳輸規(guī)律的傳輸線理論又稱為長線理論。一般的說，只要線的幾何長度l與其傳輸電信號的波長可以比擬時（通常為十分之一左右或以上），即可視為長線。電壓和電流在傳輸線上是以波的形式傳輸并將信號或能量從電源傳送至負載，這樣就可以理解線上各點的電壓或電流不相同的道理。同一時刻各點電壓或電流的幅度不相同，同一點上的電壓或電流的幅度又隨著時間而改變，這就是波的概念。用數(shù)學(xué)術(shù)語來說就是電壓和電流即是位置的函數(shù)，又是時間的函數(shù)，即u(z,t)和i(z，t)。為什么呢？這是因為傳輸線上處處存在分布電阻、分布電感，線間處處存在分布電容和漏電導(dǎo)。 電磁場理論告訴我們，當電信號通過傳輸線時將產(chǎn)生如下分布參數(shù)效應(yīng)： 電流流過導(dǎo)線時發(fā)熱，表明導(dǎo)線本身具有分布電阻； 由于導(dǎo)線中通過電流，周圍將有磁場，因而導(dǎo)線存在分布電感效應(yīng)； 由于導(dǎo)線間有電壓，導(dǎo)線間便有電場，于是導(dǎo)線間存在分布電容效應(yīng)； 由于導(dǎo)線間絕緣不完善而存在漏電流，表明導(dǎo)線間處處有分布電導(dǎo)。頻率低時，這些分布參數(shù)效應(yīng)完全可以忽略不計，所以低頻只考慮時間因子而忽略空間效應(yīng)，因而把低頻電路當作集中參數(shù)電路來處理是允許的。但是，頻率升高后，分布參數(shù)引起的效應(yīng)不能再忽視了；傳輸線不能僅當作連接線，它將形成分布參數(shù)電路，參與并影響電壓和電流的傳輸。因而傳輸線在電路中所引起的效應(yīng)必須用傳輸線理論來研究和表述。我們用R1,L1,C1,G1分別表示傳輸線單位長度的電阻，電感，電容和電導(dǎo)，它們的數(shù)值與傳輸線類型、截面尺寸、導(dǎo)體材料、填充介質(zhì)等有關(guān)。假設(shè)均勻傳輸線上取任一無限小線元dz(dz),則線元上都分布有一定大小的電阻R1dz和電感L1dz;此線元間都分布有一定大小的電容C1dz和電導(dǎo)G1dz。在此無限小線元上，我們可以把它看成一集中參數(shù)電路，其集中電阻、電感、電容和電導(dǎo)，分別為R1dz，L1dz，C1dz和G1dz，可用形網(wǎng)絡(luò)來等效（也可用T形或形網(wǎng)絡(luò)來等效），如圖1-2（a）所示。整個傳輸線則可看成是有許多線元的四端網(wǎng)絡(luò)鏈聯(lián)而成的分布參數(shù)電路，如圖1-2（b）所示。對于無耗線（R1=0,G1=0），其等效電路，如圖1-2（c）所示。（a）（b）（c）圖1-2 傳輸線的等效電路（a）等效電路；（b）分布參數(shù)電路；（c）無耗線等效電路 有了上述等效電路，就容易解釋傳輸線上的電壓、電流不相同的現(xiàn)象。參看圖1-2（b），由于aa和bb之間有串聯(lián)電阻存在，兩處的阻抗不相等，因而兩處的電壓也不想等；由于線間并聯(lián)回路的存在，通過a和b點的電流也不相同。同時還可以看出，當接通電源后，電源通過分布電感逐次向分布電容充電，并形成向負載傳輸?shù)碾妷翰ê碗娏鞑?。就是說，電壓和電流是以波的形式在傳輸線上傳輸，并將能量或信號從電源傳送至負載。1.1.2射頻傳輸線終端短路當射頻傳輸線終端短路時信號為全反射。，無耗短路線的駐波特性1.1.3射頻傳輸線終端開路當射頻傳輸線終端開路時，信號為全反射。，無耗開路線的駐波特性1.1.4射頻傳輸線終端完全匹配當射頻傳輸線終端阻抗ZL完全等于傳輸線特性阻抗Z0時，信號無反射，電壓反射系數(shù)=0，1.1.5射頻傳輸線終端不完全匹配當射頻傳輸線阻抗ZL不完全等于傳輸線特性阻抗Z0時，信號有局部反射，電壓反射系數(shù)01。電壓駐波比在工程上常用回波損耗RL表示，對應(yīng)關(guān)系如下表：電壓駐波比VSWR1.21.251.31.351.41.52.0回波損耗RL（dB）211917.616.615.6149.5 1.1.6電壓駐波分布在各種反射系數(shù)下，電壓駐波的分布如圖（1-3）所示。駐波有若干重要特性，歸結(jié)如下：1.駐波最大點或最小點之間的距離為g/2，電壓的最大點對應(yīng)于電流的最小點，反之，電壓的最小點對應(yīng)于電流的最大點。2.如終端開路，短路或為純電抗，則沿線電壓和電流間相角差為90o，如終端為一阻抗，則沿線的電壓電流之間的相角差不是90o，而且沿途變化。在最大點或最小點處，電壓電流同相，輸入電阻是純電阻；在電壓最大處的輸入電阻為最大電阻，電壓最小點的電阻為最小電阻。圖1-3 在各種反射系數(shù)下的電壓駐波分布1.1.7射頻各種饋線1）平行雙線Z0= =lg（） r為介質(zhì)的介電常數(shù) 趨膚效應(yīng)顯著； 輻射損耗增加； 支撐物損耗增加。2）同軸線Z0= () 同軸線封閉，無輻射3）帶狀線，又稱三板線、板線或介質(zhì)夾層線帶狀線的結(jié)構(gòu)及場分布 4）同軸線向帶狀線演化5）微帶線微帶線的結(jié)構(gòu)及電磁場分布這是一種非對稱性雙導(dǎo)體平面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)，它具有一個中心導(dǎo)體帶條和一個接地板，可以看成是由平行雙線演變而來的，在雙導(dǎo)體中間放一導(dǎo)體平面構(gòu)成鏡像，再去掉一根圓柱導(dǎo)體就變成微帶線，如下圖：1.1.8從低頻的集中參數(shù)的諧振回路向射頻圓柱形諧振腔過渡1.2 無線電頻段和波段命名無線電頻譜可劃分為如下12個頻段（見表1.1）。頻率的單位是赫茲或周秒，還可以使用千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。表1.1 無線電頻段和波段命名段 號頻 段 名 稱頻 率 范 圍（含上限、不含下限）波 段 名 稱波 長 范 圍（含下限、不含上限）1極低頻（ELF）330赫 （Hz）極長波10010兆米 (Mm)2超低頻（SLF）30300赫 （Hz）超長波101兆米 (Mm)3特低頻（ULF）3003000赫 （Hz）特長波1000100千米 (km)4甚低頻（VLF）330千赫 （kHz）甚長波10010千米 (km)5低頻（LF）30300千赫 （kHz）長波101千米 (km)6中頻（MF）3003000千赫 （kHz）中波1000100米 (m)7高頻（HF）330兆赫 （MHz）短波10010米 (m)8甚高頻（VHF）30300兆赫 （MHz）米波101米 (m)9特高頻（UHF）3003000兆赫（MHz）微波分米波101分米 (dm)10超高頻（SHF）330吉赫 （GHz）厘米波101厘米 (cm)11極高頻（EHF）30300吉赫 （GHz）毫米波101毫米 (mm)12至高頻3003000吉赫（GHz）絲米波101絲米 (dmm)1.3 移動通信系統(tǒng)使用頻段ITU以及各國家無線電主管部門為移動業(yè)務(wù)劃分和分配了多個頻段?？紤]到無線電波傳播的特點，移動業(yè)務(wù)使用的頻段主要都在3GHz以下。確定移動通信工作頻段可從以下幾方面來考慮：電波傳播特性；環(huán)境噪聲及干擾的影響；服務(wù)區(qū)范圍、地形和障礙物影響以及建筑物的滲透性能；設(shè)備小型化；與已經(jīng)開發(fā)的頻段的干擾協(xié)調(diào)和兼容性；用戶需求及應(yīng)用的特點。根據(jù)ITU的規(guī)定，在5GHz以下，劃分給陸地移動業(yè)務(wù)的主要頻率范圍列于表1.2。表1.2 ITU 5GHz以下陸地移動通信的主要頻率范圍（MHz）29.7474750（與廣播共用）5468（與廣播共用）335.4399.9406.14304404706874.875.28787.5100（與廣播共用）470960（與廣播共用）142715251668.41690138144148149.9150.05156.7625170026903500420044005000156.8375174174223（與廣播共用）223328.6我國移動通信使用頻段的規(guī)劃原則上參照國際的劃分規(guī)劃，如我國正在大量使用的150MHz、350 MHz、450MHz、800MHz、900MHz，以及1.8GHz等頻段。其中：150MHz頻段 138MHz149.9MHz；150.05MHz167MHz （無線尋呼業(yè)務(wù)）280MHz頻段 279MHz281MHz （無線尋呼業(yè)務(wù)）450MHz頻段 403MHz420MHz；450MHz470MHz （移動業(yè)務(wù)）800MHz頻段 806MHz821MHz/851MHz866MHz （集群移動通信）821 MHz825 MHz/866MHz870MHz （移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）825MHz835MHz/870MHz880MHz （蜂窩移動通信）840MHz843MHz （無繩電話）900MHz頻段 885MHz915MHz/930MHz960MHz （蜂窩移動業(yè)務(wù)）915MHz917MHz （無中心移動系統(tǒng)）在民用的移動通信中，用于蜂窩移動通信使用的頻段具體安排如下：中國移動（GSM）890909MHz移動臺發(fā)935954MHz基站發(fā)，共19MHz中國聯(lián)通（GSM）909915MHz移動臺發(fā)954960MHz基站發(fā)，共6MHz數(shù)字CDMA系統(tǒng)頻率安排如下：中國聯(lián)通CDMA825835MHz移動臺發(fā)870880MHz基站發(fā)，共10MHz1.8GHz頻段安排如下：中國移動17101725MHz移動臺發(fā)GSM1800MHz18051820MHz基站發(fā)（共15MHz）中國聯(lián)通17451755MHz移動臺發(fā)18401850MHz基站發(fā)（共10MHz）17101785DSC1800MHzMHz移動臺發(fā)18051880MHz基站發(fā)目前正趨于實用化的第三代移動通信，即IMT-2000。其使用的核心頻段為18852025MHz/21102200MHz（其中19802010MHz/21702200MHz為IMT-2000的衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)頻段）。3GPP規(guī)定UTRA TDD的頻段（共35MHz）：（1）19001920MHz20102025MHz（2）18501910MHz19301990MHz（3）19101930MHz3GPP規(guī)定的UTRA FDD的頻段（上下行各60MHz）：（1）19201980MHz 移動臺發(fā)21102170MHz 基站發(fā)（2）18501910MHz 移動臺發(fā)19301990MHz 基站發(fā)。為滿足第三代（3G）蜂窩移動通信技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，中國于2002年對3G系統(tǒng)使用的頻譜作出了如下規(guī)劃：第三代公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：19201980 MHz / 21102170 MHz；時分雙工(TDD)方式：18801920MHz、20102025 MHz。第三代公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的補充工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：17551785 MHz / 18501880 MHz；時分雙工(TDD)方式：23002400MHz，與無線電定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)。IMT-2000的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作頻段：19802010 MHz / 21702200 MHz。目前已規(guī)劃給公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的825835 MHz / 870880 MHz、885915 MHz / 930960 MHz和17101755 MHz / 18051850 MHz頻段等，同時規(guī)劃作為第三代公眾移動通信系統(tǒng)的演進擴展頻段。此外，為滿足鐵路系統(tǒng)調(diào)度通信等業(yè)務(wù)發(fā)展需要，擬將885889MHz（上行）和930934MHz（下行）作為GSM-R（EGSM）系統(tǒng)使用的頻段；為滿足射頻電子標簽業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，將840845MHz和920925MHz規(guī)劃作為RFID使用的頻段（試用）。1.4 第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點近代的陸地移動通信系統(tǒng)，也稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)；自80年代起，已歷經(jīng)三代。第一代的主要特點是利用模擬傳輸方式實現(xiàn)話音業(yè)務(wù)，以AMPS（美國、南美洲）、TACS（英國、中國）和NMT（北歐）為代表。主要商用時間從80年代初開始到90年代前期。它的主要特點是： 模擬話音直接調(diào)頻； 多信道共用和頻分多址接入方式； 頻率復(fù)用的蜂窩小區(qū)組網(wǎng)方式和越區(qū)切換； 無線信道的隨機變參特征使無線電波受多徑快衰落和陰影慢衰落的影響 環(huán)境噪聲和多類電磁干擾的影響； 無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推進相適應(yīng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)很難開展； 安全保密性差，易被“竊聽”，易被“仿制燒號”。1.5 第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)以數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以GSM為主, IS-95CDMA為輔。主要商用時間從90年代中期開始到現(xiàn)在。它的主要特點是： 低速率話音編碼技術(shù)和數(shù)字調(diào)制； 每載波多路、時分多址或碼分多址接入； Rake接收機和自適應(yīng)均衡技術(shù)； 與固定網(wǎng)向數(shù)字化推進相適應(yīng)，具有中低速數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)能力； 先進的開放的技術(shù)規(guī)范（如A接口和U接口），有利于形成既競爭又相互促進的機制； 安全保密性強，不易“竊聽”，不易“仿制” ； 有利于大規(guī)模集成。1.6 第三代移動通信系統(tǒng)及其主要特點第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)以更高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和更好的頻譜利用率為目標，采用寬帶CDMA為主流技術(shù)，目前已形成三種空中接口標準，即WCDMA 、TD-SCDMA和CDMA2000。今后十年內(nèi)將逐步替代第二代系統(tǒng)而成為主流。它的主要特點是： 新型的調(diào)制技術(shù)，包括多載波調(diào)制和可變速率調(diào)制技術(shù)； 高效的信道編譯碼技術(shù)，除了沿用第二代的卷積碼外，還對高速數(shù)據(jù)采用了Turbo糾錯編碼技術(shù)； Rake接收多徑分集技術(shù)以提高接收靈敏度和實現(xiàn)軟切換； 軟件無線電技術(shù)易于多模工作； 智能天線技術(shù)易于提高載干比； 多用戶檢測技術(shù)以消除和降低多址干擾； 可與固定網(wǎng)中的電路交換和分組交換網(wǎng)很好地相適應(yīng)，滿足各類用戶對話音及高、中、低速率數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)的需求。1.7 何謂“雙工”方式？何謂“多址”方式“雙工”（Duplexer）是相對于“單工”而言的收發(fā)信機工作方式。在無線對講（集群）電話問世之初，由于技術(shù)及成本因素，發(fā)信機采用了“按下講話”的方式，即有一個通話按鈕，按下時表示發(fā)信，放開時表示接收，也就是說，此種通話方式不能像固定電話那樣同時收發(fā)，故稱之為“單工”。而技術(shù)的進步和制造成本的下降，使雙工濾波器能夠在各類工作頻段都能隨意使用，從而使無線對講電話也能像固定電話那樣同時接收和發(fā)送，不需要在講話時按下按鈕, 這種通話方式就是“雙工”方式。當收信和發(fā)信采用一對頻率資源時，稱為“頻分雙工”；而當收信和發(fā)信采用相同頻率僅以時間分隔時稱為“時分雙工”?！岸嘀贰保∕ulti Access）是指在多信道共用系統(tǒng)中，終端用戶選擇通信對象的傳輸方式，在陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)中，用戶可以通過選擇“頻道”、“時隙”或“PN碼”等多種方式進行選址，它們分別對應(yīng)地被稱為“頻分（Frequency Division）多址”、“時分（Time Division）多址”和“碼分（Code Division）多址”。簡稱FDMA, TDMA和CDMA.1.8 發(fā)信功率及其單位換算通常發(fā)信機功率單位為“瓦特”（W），它也可以表示為dBw，即以1W為基準的功率分貝值，即 Pt（dBW）=10lg為了便于計算，發(fā)信功率單位也可用“毫瓦”（mW）表示，同樣，它也可以表示為dBmW（簡寫為dBm），即以1mW為基準的功率分貝值，而1W = 1000 mW1 dBW = 30dBm 或Pt（dBm）=10lg1.9 接收機的熱噪聲功率電平任何一個無線通信接收機能否正常工作，不僅取決于所能獲得的輸入信號的大小，而且也與其內(nèi)部噪聲以及外部噪聲和干擾的大小有關(guān)。接收機內(nèi)部噪聲也稱為熱噪聲，它是由電子運動所產(chǎn)生的，其定義是指當溫度為290K（17C）時，由接收機通帶（通常由接收機中頻帶寬所決定）所截獲的熱噪聲功率電平。No= KT B（W） 接收機帶寬 絕對溫度值 290K 玻爾茲曼常量 1.3710如用dBW表示，可寫為No（dBw）= 204 dBW + 10lgB 或 = 174 dBm + 10lgB對于G網(wǎng)，B = 200KHz（53dB），No = 121dBm1.10 接收機底噪及接收靈敏度接收機底噪：熱噪聲+NF（接收機噪聲系數(shù)）對于G網(wǎng)，B = 200KHz（53dB），NF=5dBm,接收機底噪= -174（dBm）+10lgB+ NF（dB）=-116 dBm.接收靈敏度: 接收機底噪+C/I(載干比)對于G網(wǎng)，當B=200KHz NF=5dB C/I=12dB時Pi（dBm）= -174+53+5+12=-104 dBm1.11 電場強度、電壓及功率電平的換算電場強度（E）是指長度為1米的天線所感應(yīng)到的電壓，以v/m、v/m、dBv/m計，對半波偶極天線而言，其有效長度為，故其感應(yīng)的電壓e為： e = E （v） 式中：E為電場強度（v/m）；為波長（m）由于半波偶極天線的特性阻抗是73.13，而移動通信接收機的輸入阻抗通常為50，因此，接收機的輸入開路電壓 A = e = E 若以dBv計，則： A（dBv）= E（dBv/m）+20lg1.65 = E +20lg11.6例如：對于900MHz頻段，=0.33m，當采用半波偶極天線時，輸入電壓A與接收場強E之間的關(guān)系為： A（dBv）= E（dBv/m）-21.33若采用其他增益天線，只需加上該天線相對于半波偶極天線的增益GD即可。對于移動通信系統(tǒng)，按慣例是以電動勢（開路電壓）作為靈敏度指標值。因此，其電壓與功率的換算應(yīng)為： P= 當R=50時 Pi = A137（dBW） 或 = A107（dBm）1.12 G網(wǎng)的全速率和半速率信道GSM系統(tǒng)的語音編碼采用規(guī)則脈沖激勵長期線性預(yù)測（RPELTP）編譯碼方式，根據(jù)速率不同可以分為全速率和半速率兩種信道。當編碼器每20ms取樣一次，線性預(yù)測聲域分析抽頭為8時，輸出260bit，此時編碼速率為260/20=13Kbits/s，即為全速率信道。半速率是GSM在26復(fù)幀中奇偶各傳一路。1.13 G網(wǎng)設(shè)計中選用哪個信道的發(fā)射功率作為參考功率GSM系統(tǒng)是一個TDMA時分多址系統(tǒng)， 在G網(wǎng)作功率規(guī)劃時，是以相對恒定的BCCH信道功率作為參考功率進行規(guī)劃的。對于話音信道的功率是可變化的。1.14 G網(wǎng)的傳輸時延，時間提前量和最大小區(qū)半徑的限制G網(wǎng)上行傳輸方向，在隨機接入信道（RACH）上傳送，用于移動用戶（通過基站）向網(wǎng)絡(luò)提出接入申請。由于移動臺距基站的距離是可變的，因而其傳播時延也是變動的，為了保證基站接收機能夠準確地接收任一移動臺的申請，故在接入信道尾部設(shè)立較長的防護段，稱為擴展保護期，占68.25比特，約251s，該值對應(yīng)大于35Km的傳輸時延，即保證距基站35Km的移動臺發(fā)出的接入申請也不會丟失。但是，保護期的增加實際上是增加了傳輸開銷，也即降低了信息傳輸速率，因此，G網(wǎng)中相應(yīng)地采用了自適應(yīng)的幀調(diào)整技術(shù)。一旦移動臺通過接入信道登記，基站便連續(xù)地測試傳播時延，并在慢速輔助控制信道上以2次/秒向移動臺發(fā)出時間提前量指令，其值為0233s，移動臺按此指令進行自適應(yīng)幀調(diào)整，使得移動臺向基站發(fā)送的時間與基站接收的時隙相一致。從基站的角度看，下行方向延時3個時隙（BP）就可以得到上行方向的結(jié)構(gòu)，也就是上行時隙與其對應(yīng)的下行時隙號有3個偏移，這是GSM規(guī)范中規(guī)定的。從移動臺的角度看，為了彌補傳輸時延變化的影響，用一個時間值來補償傳播時延，以調(diào)整收發(fā)時延始終保持在3 BP，這個數(shù)值稱為時間提前量TA（Timing Advance）。此時，從MS的角度看，上下行之間的準確偏移量是3 BPTA，TA值由BTS根據(jù)傳播時延量計算并通知MS，如下圖所示：BTSTX BP MSTX BP TA 時間提前量的結(jié)構(gòu)圖GSM規(guī)范中，時間提前量TA包含6位二進制碼元，數(shù)值范圍為063，每個碼元傳輸時間為3.69s，因此Tamax=233s，這相當于電波傳輸35Km的往返時間。從這點出發(fā)，也可推知，GSM（當8個時隙正常運用時）的小區(qū)覆蓋最大半徑只能是35Km。當然，GSM也允許特殊的稀路由狀態(tài)下，將8個時隙合并為4個時隙，甚至2個時隙或1個時隙，此時，允許的小區(qū)覆蓋半徑最大可達290Km。1.15 GPRS的基本概念眾所周知，GSM是以數(shù)字話音業(yè)務(wù)為主的低速率移動通信系統(tǒng)，且只能完成電路數(shù)據(jù)交換，遠不能滿足移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求。作為一種改進，以現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，疊加一個支持高速分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率從9.6kb/s提高一個量級，從而推出了GPRS，即通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service），GPRS也被稱為2.5G系統(tǒng)。除了運營軟件需相應(yīng)升級以外，GPRS需對原有網(wǎng)絡(luò)進行一些改動，增加新的設(shè)備如業(yè)務(wù)支持節(jié)點（SGSN），網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）等。GPRS是移動通信技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的完美結(jié)晶，它可以在保證話音業(yè)務(wù)的同時，利用無線信道的空閑資源完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，大大地提高了GSM無線頻率資源的利用率。理論上講，如果將每個載頻8個全速率時隙都用來傳送數(shù)據(jù)的話，最高可以提供171kb/s的傳輸速率。但實際上由于受容量和調(diào)制方式的限制，其速率一般也只能到幾十kb/s。GPRS定義了四種不同的編碼方案，即稱為CS-1到CS-4，分別對應(yīng)不同的傳輸速率（從9.6kb/s21.4kb/s）。1.16 EDGE的基本概念雖然GPRS采用了多時隙操作模式，但也只能將傳輸速率提高到幾十kb/s，受限制的主要因素在于GMSK的調(diào)制方式。為了進一步提高GSM系統(tǒng)的容量，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）推出了一種增強數(shù)據(jù)率的演進方案，即EDGE（Enhanced Date Rates for GSM Evolution），也被稱為GSM的2.75G系統(tǒng)。EDGE系統(tǒng)引入了多電平調(diào)制方式8PSK調(diào)制，使用戶數(shù)據(jù)信道每時隙的比特率從22.8 kb/s提高到69.2 kb/s，而所有的控制信道仍采用GMSK調(diào)制方式。盡管EDGE理論上可以達到的最高碼率約每幀560 kb/s,但實際上它還要受移動速度的限制,隨著速度的提高,其碼率將降至384 kb/s（V=100km/hr時）,甚至到144 kb/s（V=250km/hr時）。第二章 天線2.1天線概述2.1.1天線天線是將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化成自由空間的電磁波，或?qū)⒖臻g電磁波轉(zhuǎn)化成傳輸線中的電磁能的專用設(shè)備。2.1.2天線的起源和發(fā)展 1865年：J.C.Maxwell理論創(chuàng)立麥克斯韋方程； 1888年：H.Herz實驗證實電磁波輻射。天 線：理論與實踐的完美結(jié)合！2.1.3天線在移動通信中的應(yīng)用1897年Marconi發(fā)明無線電報 無線電： 電報、廣播、電視、通信 通 信： 微波接力、衛(wèi)星、移動通信 移動通信： 集群、尋呼、無繩、蜂窩 蜂窩移通信：1G 摸擬語音 2G 數(shù)字語音+數(shù)字 3G 數(shù)字語音+高速多媒體數(shù)據(jù)應(yīng)用背景不同，對天線的要求也不同。2.1.4無線電波 無線電波是電磁能量在空中傳播時的“振動”； 無線電波在空中以30萬公里/秒的速率傳播； 無線電波在傳播過程中會衰減。2.1.5 無線電波的頻率與波長 頻率即“振動”的速率，或解釋為在一秒內(nèi)通過的波的數(shù)量（即每秒的周期數(shù)，又叫赫茲，如取一百萬作為單位，則為兆赫茲） ；低 頻高 頻 波長是波在兩個相鄰周期上的相同點的距離。波 長2.1.6偶極子 偶極子是天線中廣泛應(yīng)用的一種輻射單元；1/4 波長1/4 波長1/2 波長偶極子波長1/2 波長第 35 頁 共 43 頁 偶極子的長度與波長成正例。1/2 波長偶極子的長度400MHz is 400mm 長800MHz is 200mm 長2.1.7頻率范圍 當波長不是最優(yōu)值（諧振）時，性能下降； 在頻率范圍內(nèi)可保持可接受的性能水平。850MHz偶極子的1/2波長最優(yōu)值890MHz天線偶極子820MHz820 MHz 的1/2 波長 180mm, 890 MHz 的 1/2 波長 170mm天線將優(yōu)化為850MHz - 175mm天線帶寬 = 890 - 820 = 70MHz2.1.8天線如何控制無線輻射能量走向 一個單一偶極子的輻射能量圖看起來就象一個“汽車輪胎”；俯視圖側(cè)視圖立體圖 使“汽車輪胎”“扁平化”，將信號集中到地面需要覆蓋的地區(qū)； 將偶極子組成陣列；一個偶極子的接收機功率為1mW（例）偶極子陣列接收機功率為 4 mW （例）性能的增強稱為增益. 在這里，增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd 集中性更強的信號 在陣列的的一邊放置反射板?！吧刃翁炀€”接收機功率為 8mW （例）“全向陣列”接收機功率為4mW（例）天線（俯視圖）“扇形天線”中的反射板將能量聚焦到一個方向，進一步提高了天線的增益。在這個例子中，扇形天線的增益比單一偶極子的增益為：10log(8mW/1mW) = 9dBd 32.2天線的基本特性2.2.1增益 天線通常是無源器件，它并不放大電磁信號，天線的增益是將天線輻射電磁波進行聚束以后比起理想的參考天線，在輸入功率相同條件下，在同一點上接收功率的比值，顯然增益與天線的方向圖有關(guān)。方向圖中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。可以看出高的增益是以減小天線波束的照射范圍為代價的。 dBi與dBd的定義dBi ：用點源天線( i )作為標準天線計算出的天線增益G(dBi)=10lgGidBd ：用半波振子天線(d)作為標準天線計算出的天線增益G(dBd)=10lgGddBi與dBd的關(guān)系：Gd=Gi-2.15 (dBd )全向輻射器在各個方向上的輻射能量相等單一偶極子的“汽車輪胎”形輻射圖2.17dB偶極子比全向輻射器的增益高 2.17dB天線相對于偶極子的增益用“dBd” 表示天線相對于全向輻射器的增益用“dBi”表示如: 3dBd = 5.17dBi2.2.2波瓣寬度 方位角 (如水平面) 圖峰值 - 3dB3dB 波瓣寬度60(eg)峰值峰值 - 3dB10dB 波瓣寬度峰值 - 10dB峰值 - 10dB120(eg)峰值 仰角(如垂直面) 圖15(eg)峰值 - 3dB峰值峰值 - 3dB15(eg)峰值 - 10dB峰值峰值 - 10dB 旁瓣圖上旁瓣抑制 (dB)下旁瓣抑制 (dB)上旁瓣下旁瓣上旁瓣上旁瓣上旁瓣下旁瓣2.2.3下傾角下傾角使天線波束指向地面，傾角方式可分為：電調(diào)下傾和機械下傾電調(diào)下傾角無下傾角機械下傾角立體下傾圖2.2.4前后比 前后比是指扇形天線的前向輻射功率與后向輻射功率之比。后向功率前向功率前向功率后向功率前后比(dB) = 10 log ，典型值約為25dB目的是盡可能減少后向輻射功率，減少對其他基站的干擾 我國移動通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件要求：定向基站極化天線隔離度23dB。2.2.5阻抗 阻抗是電磁能量通過介質(zhì)的一個特性 阻抗的單位為歐姆(W)50 歐姆50 歐姆 80 歐姆電纜天線匹配不匹配為實現(xiàn)良好的性能，阻抗需達到匹配狀態(tài)2.2.6回波損耗 天線駐波比表示天饋線與基站（收發(fā)信機）匹配程度的指標。 駐波比的定義：Umax饋線上波腹電壓；Umin饋線上波節(jié)電壓。 駐波比的產(chǎn)生，是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端B未被全部吸收（輻射）、產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。 VSWR越大，反射越大，匹配越差。駐波比（VSWR）: Voltage Standing Wave Ratio 回波損耗（RL）:Return Loss 換算公式：RL=20*log10(VSWR+1)/(VSWR-1)換算表格：駐波比回波損耗(dB)駐波比回波損耗(dB)1.0146.0641.2618.7831.0240.0861.2718.4931.0336.6071.2818.2161.0434.1511.2917.9491.0532.2561.3017.6921.0630.7141.3117.4451.0729.4171.3217.2071.0828.2991.3316.9771.0927.3181.3416.7551.1026.4441.3516.5401.1125.6581.3616.3321.1224.9431.3716.1311.1324.2891.3815.9361.1423.6861.3915.7471.1523.1271.4015.5631.1622.6071.4115.3851.1722.1201.4215.2111.1821.6641.4315.0431.1921.2341.44 14.8791.2020.8281.4514.7191.2120.4431.4614.5641.2220.0791.4714.4121.2319.7321.48 14.2641.2419.4011.49 14.1201.2519.0851.5013.979那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的駐波比是多少？一個適當?shù)鸟v波比指標是要在損失能量的數(shù)量與制造成本之間進行折中權(quán)衡的。A、 VSWR1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率。B、 增大了饋線的損耗。7/8電纜損耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情況下測的；有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率。C、 在饋線輸入端A，失配嚴重時，發(fā)射機T的輸出功率達不到設(shè)計額定值。但是，現(xiàn)代發(fā)射機輸出功率允許在一定失配情況下如（VSWR1.7或2.0）達到額定功率。經(jīng)過計算，駐波比對天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時相比，所減小的總輻射功率的關(guān)系，見下表。VSWR反射功率百分比增大饋線損耗(dB)（50米饋線加跳線約2.5dB自然損耗）與完全匹配(VSWR=1)相比減小的輻射功率(dB)減小輻射功率百分比3.06.025%(1.25dB)0.92.1540%2.09.511%(0.5dB)0.360.8618%1.811.08%(0