移動通信射頻基本知識

移動通信射頻基本知識京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司北京分公司2008年8月CombaTELECOMSYSTEMS掌握2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

了解微波射頻基本知識了解無源器件的基本性能和參數(shù)指標(biāo)◆學(xué)會無線覆蓋鏈路計算模型分析◆分析不同制式接收機(jī)接收靈敏度和允許的最大路徑損耗本課程學(xué)習(xí)目的射頻基本知識介紹目錄

2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

微波射頻知識無源器件的基本性能和參數(shù)指標(biāo)無線覆蓋鏈路計算模型分析分析不同制式接收機(jī)允許的最大路徑損耗一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.1移動GSM900M數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)：

工作頻段：上行885~909MHZ

下行930~954MHZ頻率與信道之間換算公式：上行：F=890+0.2*指令載波頻率號下行：F=935+0.2*指令載波頻率號移動GSM900M系統(tǒng)使用頻點為1-95.補(bǔ)充：移動在離鐵路較遠(yuǎn)的很多地區(qū)使用邊緣的5M頻段，其頻點為（999~1023），頻率與信道換算方法為上行：F=885.2+0.2*（指令載波頻率號-999）下行：F=930.2+0.2*（指令載波頻率號-999）一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.2移動GSM1800M數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)：

工作頻段：上行1710-1745MHZ

下行1805-1840MHZ頻率與信道之間換算公式：上行：1710.2MHZ+(N-512)*0.2

下行：1805.2MHZ+(N-512)*0.2移動GSM1800M系統(tǒng)使用頻點為512-685.一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.3聯(lián)通GSM900M數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)：

工作頻段：上行909~915MHZ

下行954~960MHZ頻率與信道之間換算公式：上行：F=890+0.2*指令載波頻率號下行：F=935+0.2*指令載波頻率號聯(lián)通GSM900M系統(tǒng)使用頻點為96-124.一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.4聯(lián)通GSM1800M數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)：工作頻段：上行1745~1755MHZ

下行1840~1850MHZ頻率與信道之間換算公式：上行：1710.2MHZ+(N-512)*0.2

下行：1805.2MHZ+(N-512)*0.2聯(lián)通GSM1800M系統(tǒng)使用頻點為686-735.一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.5聯(lián)通CDMA800M數(shù)字蜂窩網(wǎng)移動通信系統(tǒng)：工作頻段：上行825~835MH

下行870~880MHZ頻率PN碼換算公式：上行：F=825+指令載波頻率號*0.03

下行：F=870+指令載波頻率號*0.03聯(lián)通CDMA800M系統(tǒng)常用使用頻點為160.201.242.283.一、2G通信網(wǎng)絡(luò)制式的頻率劃分以及與載波信道之間換算

1.6TETRA800M數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)：工作頻段：上行806~821MHZ

下行851~866MHZ頻率與信道之間換算公式：上行：F=755.0125+指令載波頻率號*0.025

下行：F=800.0125+指令載波頻率號*0.025TETRA800M數(shù)字無線集群系統(tǒng)使用頻點為2040-2639.二、微波射頻知識

2.1、功率/電平（dBm）的換算關(guān)系：此指標(biāo)是反映放大器的輸出能力，單位：w、mw、dBm注：dBm是取1mw作為基準(zhǔn)值，以分貝表示的絕對功率電平,換算公式：電平（dBm）=10lg功率mw/1mw5w=10lg5000=37dBm10w=10lg10000=40dBm20w=10lg20000=43dBm1w=10lg1000=30dBm從上看出：功率每增加一倍，電平值增加3dBm二、微波射頻知識

2.2、終端接收電場強(qiáng)度E（dBuv/m）、接收電壓A（dBuv）、接收功率電平Pi（dBmw）之間關(guān)系：

接收電場強(qiáng)度E：指長度1米的接收儀器（通常是天線）所感應(yīng)到的電壓；對于沒有增益的天線而言其有效長度=λ/3.14;所以A=E*(λ/3.14)A（dBuv）=E（dBuv/m）+G(天線增益)+20㏒（λ/3.14）-1.65Pi=A2/RR為匹配阻抗，通常取值為50ΩPi（dBmw）=10㏒（Pimw）=10㏒（A2/R）問題：如果要計算這三者之間的關(guān)系，需要給出那幾個條件？

（頻率、匹配阻抗、三個值中任意一個值）二、微波射頻知識

2.3微波射頻常用到的物理量：增益(db)：即放大倍數(shù)，單位為分貝(db)，即db=10lgA（A為功放倍數(shù)）駐波比（回波損耗）——行駐波狀態(tài)時，波腹電壓與波節(jié)電壓之比（VSWR），也可是輸出功率與反射功率之比。駐波比反映傳輸性能的好壞。它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間，駐波比為1，表示完全匹配,為無窮大則表示反射,全失配.駐波比反映傳輸性能的好壞。它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間，駐波比為1，表示完全匹配,為無窮大則表示反射,全失配.駐波比與回波損耗對照表：駐波過大會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大,影響基站的服務(wù)性能,一般要求駐波＜1.2,最大不超過1.5。VSWR1.21.251.301.351.41.5回波損耗211917.616.615.614二、微波射頻知識

單工——單頻單工制，收發(fā)使用同一頻率，收發(fā)不能同時進(jìn)行。雙工——異頻雙工制，收發(fā)使用兩個不同頻率，收發(fā)可同頻進(jìn)行。單工、雙工均屬移動通信工作方式。雙工環(huán)形器——即雙工環(huán)行濾波器，是一種能使信號實現(xiàn)單方向傳輸?shù)碾p工濾波器。根據(jù)信號走向來完成分路、合路的功能。阻抗匹配——使反射系數(shù)為零，即無反射時稱匹配。選擇性——衡量工作頻帶內(nèi)的增益及帶外幅射的抑制能力，-3dB帶寬即增益下降3dB時的帶寬。插損——當(dāng)某一器件或部件接入傳輸電路后所增加的衰減，單位dB。

2.3微波射頻常用到的基本物理量：二、微波射頻知識

隔離度——非耦合端口與輸入端口的功率比，單位為dB。隔離度（dB）=非耦合端口功率（dBm）輸入端口功率（dBm）例如：天線隔離度LC——指天線1的輸出功率與它進(jìn)入天線2輸出端（末級）的功率之比。（圖中L1稱為轉(zhuǎn)換損耗——指天線2上來自天線1的功率（即干擾）與天線2產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物功率之比。）

2.3微波射頻常用到的基本物理量：12LCL1二、微波射頻知識

噪聲系數(shù)（NF）——衡量電路或系統(tǒng)的噪聲性能好壞（噪聲惡化程度）的參數(shù)。定義為輸入信（載）噪比與輸出信（載）噪比的比值。單位為分貝（dB）。NF（dB）=輸入載噪比（dB）–輸出載噪比（dB）

NF（dB）越小，系統(tǒng)噪聲性能越好。理想時，NF=0dB（1）。

2.3微波射頻常用到的基本物理量：二、微波射頻知識

選擇性——衡量濾波器選擇有用信號同時抑制無用信號的能力。常用帶寬BW、矩形系數(shù)K0.1來表示。帶寬BW——濾波器對信號的衰減為-3dB時所決定的頻率寬度。

2.3微波射頻常用到的基本物理量：3dBBW20dBBW0.1ffC二、微波射頻知識

三階互調(diào)——若存在兩個正弦信號1和2，由于非線性作用將產(chǎn)生許多互調(diào)分量|±p1±q2|，p+q稱為階。其中的21–2和22–1兩個頻率分量稱為三階互調(diào)分量。三階互調(diào)系數(shù)M3——三階互調(diào)分量的功率P3和信號1或2的功率P1（2）之比稱為三階互調(diào)系數(shù)M3，即M3=10lgP3/P1(dBc)。M3越小，互調(diào)干擾就越小。依此延伸討論設(shè)備功放上下行飽和的問題？

2.3微波射頻常用到的基本物理量：f1221–222–1P1P3二、微波射頻知識

濾波器——通過有用頻率信號抑制無用頻率信號的部件。高通、低通，帶通濾波器。衰減器——在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)一種相移為零，其衰減和特性阻抗均為與頻率無關(guān)的常數(shù)，由電阻元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)，主要用途是調(diào)整信號的大小，改善阻抗匹配。負(fù)載——終端在某一電器輸出端口，接收電功率的元器件，部件或裝置均稱為負(fù)載。阻抗要匹配。饋線——是傳輸高頻電流的傳輸線。1/2、7/8、8D線。跳線——元器件或設(shè)備間短的連接線。2.4微波射頻常用到的一些器件：

二、微波射頻知識

濾波器——通過有用頻率信號抑制無用頻率信號的部件。高通、低通，帶通濾波器。衰減器——在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)一種相移為零，其衰減和特性阻抗均為與頻率無關(guān)的常數(shù)，由電阻元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)，主要用途是調(diào)整信號的大小，改善阻抗匹配。負(fù)載——終端在某一電器輸出端口，接收電功率的元器件，部件或裝置均稱為負(fù)載。阻抗要匹配。饋線——是傳輸高頻電流的傳輸線。1/2、7/8、8D線。跳線——元器件或設(shè)備間短的連接線。2.4微波射頻常用器件：

二、微波射頻知識

光功率——衡量光信號大小的指標(biāo)?？捎霉夤β视嬛苯訙y試，其單位是dBm。光端機(jī)——主要由光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)組成。光發(fā)送機(jī)的功能是把要傳送的電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并輸入光纖中進(jìn)行傳播。光接收機(jī)的功能是把接收到的光信號恢復(fù)成原電信號。由于通信是雙方的，所以光端機(jī)同時完成電/光（E/O）和光/電（O/E）轉(zhuǎn)換。激光器——由激光二極管產(chǎn)生光信號并同時完成光調(diào)制過程（即E/O轉(zhuǎn)換）。激光器用在光發(fā)射機(jī)中，主要指標(biāo)是發(fā)出的光功率。光接收器——完成光解調(diào)過程（即O/E轉(zhuǎn)換）。用于光接收機(jī)中，主要指標(biāo)是接收靈敏度。2.5光器件介紹：二、微波射頻知識

光分路/合路器——是一種能對光信號進(jìn)行功率的分配或合成（光分路/合路）的器件。（相當(dāng)于電信號的功率分配器和功率合成器）。波分復(fù)用器——光合波器或光分波器統(tǒng)稱為波分復(fù)用器。它能將多個光載波進(jìn)行合波（波分復(fù)用器WDMer）或分波（解復(fù)用DeWDMer），使光纖的通信容量成倍的提高。目前采用1310nm/1550nm波分復(fù)用器較多，它可將波長1310nm和1550nm的光信號進(jìn)行合路或分路。主要指標(biāo)——插損和隔離度。2.5光器件介紹：1.31m1.55m1.31m+1.55m二、微波射頻知識

2.5光器件介紹：光纜——由若干根光纖組成，加有護(hù)套、外護(hù)層和加強(qiáng)構(gòu)件，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和防護(hù)性能。種類有室外光纜、室內(nèi)光纜、軟光纜、設(shè)備內(nèi)光纜、海底光纜、特種光纜等。尾纖——帶有光纖連接器的單芯光纜。規(guī)格有2、5、10、15、30m。衰減值波長單模光纖(A級)多模光纖850nm1310nm1550nm0.35dB/km0.25dB/km3~3.5dB/km0.6~2.0dB/km二、微波射頻知識

光衰減器——就是在光信息傳輸過程中對光功率進(jìn)行預(yù)定量的光衰減的器件。按衰減值分3、5、10、15、20dB五種。光法蘭頭——即光纖連接器，實現(xiàn)兩根光纖連接的器件。目前公司采用FC型和SC型兩種活動連接器，既可以連接也可以分離。光纖——傳輸光信號的光導(dǎo)纖維，材料是玻璃纖芯和涂覆層。分為多模光纖和單模光纖兩大類。單模光纖——傳輸頻率單一的單色直線光，芯徑在10m以下（如8.3m/125m光纖），其標(biāo)準(zhǔn)工作波長為1.31m/1.55m。多模光纖——傳輸多頻共存的多色波動光，芯徑在50m以上（如62.5m/125m光纖），其標(biāo)準(zhǔn)工作波長為0.85m/1.31m。2.5光器件介紹：三、射頻工程重要無源器件

天線——是將高頻電流或波導(dǎo)形式的能量變換成電磁波并向規(guī)定方向發(fā)射出去或把來自一定方向的電磁波還原為高頻電流的一種設(shè)備。主要參數(shù)、方向圖、增益、輸入阻抗、駐波比、極化方式輸入阻抗——天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。一般為輸入阻抗50Ω駐波比——波幅與波節(jié)之比。駐波過大會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大。影響基站的服務(wù)性?；夭〒p耗——是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分?jǐn)?shù)值表示。回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。一般要求回?fù)p＞14dB3.1天線基本參數(shù)介紹三、射頻工程重要無源器件

天線的極化方式——指天線輻射時形成的電場強(qiáng)度方向。垂直極化波——當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，此電波稱垂直極化波水平極化波——當(dāng)電場強(qiáng)度方向平行于地面時，此電波稱水平極化波雙極化波——+45°極化方式，+45°和-45°兩副極化方向相互正交天線。天線增益——朝一個特定方向收發(fā)信號的能力。dbi=dbd+2.15或指天線將發(fā)射功率比某一指定方向集中輻射的能力。天線波瓣寬度——天線輻射圖中，低于峰值3db處所夾角的寬度或主波辦寬度從最大值下降一半時兩點所張的夾角。3.1天線基本參數(shù)介紹三、射頻工程重要無源器件

3.1天線基本參數(shù)介紹天線波瓣寬度方向圖后瓣旁瓣主瓣Emax0.707Emax0.707Emax20.520三、射頻工程重要無源器件

前后比——指最大正向增益與最大反向增益之比，用分?jǐn)?shù)表示。方向圖——就是天線輻射產(chǎn)生的電磁波在自由空間存在的范圍。天線方向圖的寬度——指主辦寬度從最大值下降一半時兩點所張的角度。E面方向圖——與電場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。H面方向圖——與磁場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。一般方向角越寬，增益越低，方向圖越窄，增益越高。3.1天線基本參數(shù)介紹三、射頻工程重要無源器件

功分器――功率分配的器件，常用的有二、三、四功分器。功分器分微帶和腔體式兩種，主要參數(shù)如下：（以聯(lián)通為例）注意輸入信號和輸出信號的關(guān)系，如二功分器輸入處若為30dBm，則兩個輸出端口的信號場強(qiáng)分別為30-3.5＝26.5dBm。3dB是一倍的關(guān)系。3.2功分器：30dBm30dBm-3.5dBm30dBm-3.5dBm微帶腔體帶寬800-960M800-2400M插損二功分：3.50.1dB三功分:5.4四功分:6.7駐波<1.3<1.25功率容量15W100W三、射頻工程重要無源器件

從主通道提取部分信號的器件。注意耦合器的全稱應(yīng)該是“定向耦合器”即是有方向性的，不可輸入和輸出接反。接反損耗大約18dB。常用的有5、6、7、10、15、20、30dB的。京信有兩種耦合器，微帶（窄帶）和腔體式（寬帶）。主要參數(shù)如下：注意：①耦合器的方向性設(shè)：輸入為30dBm，耦合度為10dB，微帶式，求B和C點的場強(qiáng)值

B=30-10=20dBmC=30-0.7=29.3dBm3.3耦合器：

微帶腔體腔體800-960M800-2300M插損5dB≤2.2<0.110dB≤0.715dB≤0.520dB≤0.4駐波<1.4<1.4功率容量30W100W

30dBmAB20dBmC29.3dBm10dB四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析

GSM900M信號傳輸1米距離其空間傳輸無線信號鏈路損耗為(900M信號取值960M)：Lf=32.45+20lg(1*10-3)+20lg(960*10-3)=32.45-60+58.55=31dB。自由空間電波傳輸損耗公式＝32.45＋20lg(D)+20lg(F)D:距離（Km）F:頻率（MHZ）4.1自由空間鏈路損耗計算四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析

Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lghb－α(hm)＋（44.9－6.55lghb）lgd-s(a)Lb：市區(qū)準(zhǔn)平滑地形電波傳播損耗中值（dB）

f：工作頻率（MHz）

hb：基站天線有效高度（m）

hm：移動臺天線有效高度（m）

d：移動臺與基站之間的距離（km）

α(hm)：移動臺天線高度因子

s(a)：建筑物密度因子

4.2有障礙物且確定好了邊緣區(qū)覆蓋場強(qiáng)最低值計算覆蓋距離（以鐵路覆蓋為例）：

四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析當(dāng)車內(nèi)信號強(qiáng)度需-85dBm時車外接收信號強(qiáng)度：

RXlev=-85dBm+TPL+校正因子=（-85+24+5）dBm=-56dBm；為自由空間傳輸則允許最大路徑損耗為：

Lpathmax=P-RXlev=55-(-56)=111dB一般取手機(jī)天線有效高度為1.5米，則在GSM900系統(tǒng)中，α(hm)約為0

假設(shè)天線掛高30m，采用增益為21dBi的天線，覆蓋距離d：

146.833-13.82lghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a)=111dB可知

d=1.34km。四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析建立如下圖3所示的隧道內(nèi)覆蓋模型：4.3地鐵覆蓋鏈路計算模型：這種覆蓋方式是知道傳輸距離，沿路各種損耗，計算輸入需要的最低饋入功率，從而確定設(shè)備的功率瓦數(shù)和數(shù)量。4m2m泄漏電纜隧道列車車體AB四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析以車內(nèi)用戶最不利位置B點（距離泄漏電纜最遠(yuǎn)4米距離處）進(jìn)行下行鏈路分析：B點用戶的信號場強(qiáng)Y需滿足：Y=X-(漏纜耦合損耗+寬度因子＋人體損耗+車體損耗)≥邊緣場強(qiáng)（公式一）其中：（1）X為信源（基站或直放站遠(yuǎn)端機(jī)）在漏纜A點處的饋入功率；（2）800MHz政務(wù)專網(wǎng)集群系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)-85dBm；（3）本隧道區(qū)間長度975米，采用1-5/8漏纜，95%耦合損耗

68dB；（4）人體損耗：3dB，車體損耗6dB；（5）4米寬度因子為20Log(D/2)=20Log(4/2)=6dB；因此，計算本隧道區(qū)間能否滿足上述公式，需計算信源（基站或直放站遠(yuǎn)端機(jī)）在漏纜A點處的饋入功率X。

四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析假設(shè)信源至漏纜的系統(tǒng)連接圖如下圖所示

：四、無線覆蓋鏈路預(yù)算模型分析X=信源下行功率（每載波）-POI下行插損-四功分器插損-射頻電纜傳輸損耗-漏纜傳輸損耗（公式二）再假設(shè)信源下行功率為：37dBm/載波；

POI下行插損：2.2dB（按6dB耦合器計算）；四功分器插損：取值6.5dB

射頻電纜傳輸損耗：假設(shè)從機(jī)房至漏纜始端射頻電纜長度為120米，采用7/8饋線，損耗為3.8*120/100=4.6dB；漏纜傳輸損耗：前面已假定隧道長度為975米，采用1-5/8漏纜（此漏纜每百米損耗2.2），傳輸損耗為2.2*975/100=21.5dB；將上述各值帶入公式二，可以計算出X：X=37-2.2-6.5-4.6-21.5=2.2dBm

將X代入計算公式一

Y=X-(漏纜耦合損耗+寬度因子＋人體損耗+車體損耗)

可得：Y=2.2-（68+6+3+6）