無線通信基礎(chǔ)知識介紹

1、無線通信基礎(chǔ)知識介紹1無線集群 工程中心時間 2012.4目錄v基本物理量和基本概念介紹v常用射頻器件、模塊介紹v移動通信概念介紹v電磁波傳播損耗模型介紹21、基本物理量、基本概念的介紹3功率/電平v 功率理論上定義為做功的速率。單位為 mW、W（瓦）、kW等。v 電平功率的另一種表示。單位為dBm（取1mW為基準(zhǔn)值，以分貝表示的絕對功率電平）。v 換算公式：電平(dBm)=10lg(功率mW1mW) 。如 5W10lg5000=37dBm; 10W10lg10000=40dBm.（功率增倍，電平增加3dB）v 輸出功率指放大器的功率輸出能力。常以功率或電平表示。4阻抗匹配v 阻抗匹配使系統(tǒng)反

2、射系數(shù)為零，即無反射時稱為匹配。v 相應(yīng)的傳輸線有三種狀態(tài)：無反射狀態(tài)（行波）、全反射狀態(tài)（駐波）、行駐波。5駐波比、回波損耗v 駐波比行駐波狀態(tài)時，波腹電壓與波節(jié)電壓之比（VSWR）。v 回波損耗RL（dB) =反射信號電平（dBm）入射信號電平（dBm）v 換算公式RL=20*log10(VSWR+1)/(VSWR-1)6駐波比（SWR）回波損耗（dB）1.21.251.31.351.41.5-21-19-17.6-16.6-15.6 -14.0駐波比回波損耗對照表：三階互調(diào)v 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|p 1 q 2 |，p+q稱為階。其中的2

3、12和2 2 1兩個頻率分量稱為三階互調(diào)分量。v 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P 1（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。7f 1 22 122 21P1P3噪聲系數(shù)（NF）v 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）。v NF（dB）=輸入載噪比（dB）輸出載噪比（dB）v NF（dB）越小，系統(tǒng)噪聲性能越好。理想時，NF=0dB（1）。8耦合度v 耦合度耦合端口與輸入端口的功率比。單位為dB。v 耦合度（dB）

4、=耦合端口功率（dBm）輸入端口功率（dBm）9耦合度為10dB損耗為0.7dB耦合器輸入端口輸出端口耦合端口20dBm10dBm19.3dBm隔離度v 隔離度衡量兩天線之間信號隔離（不被接收）的程度的量，單位為dB。v 隔離度（dB）=接收天線接收功率（dBm）發(fā)射天線發(fā)射功率（dBm）v 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。）1012LCL1天線方向圖（波瓣圖）v 天線方向圖表示天線各輻射方向的場強(qiáng)的圖（或者說是天線輻射的電磁波在空間存在的范圍）。由于方向圖呈

5、花瓣狀，又稱為波瓣圖。v 方向圖寬度表示天線輻射能量集中的程度，又稱半功率波瓣寬度。其定義為輻射功率下降到最大輻射方向的一半（或者說場強(qiáng)下降到最大方向的0.707倍）的兩個方向的夾角（20.5）。一般是方向圖越寬，增益越低；方向圖越窄，增益越高，向前輻射能力強(qiáng)。v E面方向圖指與電場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。v H面方向圖指與磁場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。11天線波瓣圖12后瓣旁瓣主瓣Emax0.707Emax0.707Emax20.520天線增益（dB）、天線前后比F/Bv 天線增益指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般把天線的最大輻射方向上的場強(qiáng)Emax與理想多向同性天線均勻輻射場

6、強(qiáng)E0相比，以功率密度增加的倍數(shù)定義為增益，即Ga=（Emax / E0）2。v 天線增益Ga（dB）=10lg Ga（dB）v 天線前后比F/B指最大正向增益與最大反向增益之比，用分貝（dB）表示。其值越大天線的方向性越好。13天線型號、波瓣圖14ODP-085/V11-NGODP-085/V11-NG小區(qū)覆蓋天線小區(qū)覆蓋天線單工、雙工v 單工有單頻單工、雙頻單工之分。單頻（同頻）單工制，即收發(fā)使用同一頻率，由于接收和發(fā)送使用同一個頻率，所以收發(fā)不能同時進(jìn)行，稱為單工。適用于用戶少、專業(yè)性強(qiáng)的移動通信系統(tǒng)中（如對講機(jī)）。v 雙工異頻雙工制，即收發(fā)雙方使用兩個不同的頻率，任何一方在發(fā)話的同時都

7、能收到對方的講話。但這種工作方式的缺點是發(fā)射機(jī)總是工作的，故耗電大。v 準(zhǔn)雙工MS的發(fā)射機(jī)僅在發(fā)話時才工作，而接收機(jī)總是工作的，這樣MS可省電。準(zhǔn)雙工與雙工制兼容，在移動通信中廣泛應(yīng)用。152、常用射頻器件、模塊介紹16放大器（Amplifier）v 放大器（Amp.）用于實現(xiàn)信號放大的電路。有低噪聲放大器（LNA）和功率放大器（PA）。v 主要指標(biāo)增益、飽和功率(ALC電平）。17LNAPA濾波器（Filter）、雙工濾波器（Duplex）v 濾波器通過有用頻率信號而抑制無用頻率信號的電路、器件或模塊。有有源濾波器和無源濾波器之分。v 主要指標(biāo)選頻寬度（帶寬BW）、選擇性、插損、帶外衰減。v

8、 雙工濾波器簡稱雙工器。可把兩路不同頻段的信號合成一路，或把一條傳輸線中兩路不同頻段的信號分成兩路。v 主要指標(biāo)插損、隔離度。18DUP環(huán)行器、雙工環(huán)行器v 環(huán)行器使信號單方向傳輸?shù)钠骷?。v 雙工環(huán)行器即雙工環(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。19DUP衰減器（Attenuator）v 衰減器在相當(dāng)寬的頻段范圍內(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)的、由電阻元件組成的四端網(wǎng)絡(luò)。其主要用途是調(diào)整電路中信號大小、改善阻抗匹配。衰減的單位為dB。衰減器有功率容量的要求。v 主要用途衰減器主要用于放大器輸出功率測試，為測試配件（先衰減

9、，再進(jìn)頻譜儀）?？勺兯p器用于主機(jī)輸入信號的調(diào)整，多用于室內(nèi)直放站。20例如21LNAPAPALNAATTATT監(jiān)控單元Note BookDTMT232接口無線直放站R-9110AC系統(tǒng)原理圖合路器22GSM/CDMA雙頻合路單元 FD-U900D1850B200NNOO雙頻合路單元 RM-NKC1/RM-NKC2基站合路單元 耦合器（Coupler）v 耦合器實現(xiàn)從主干通道中提取出部分信號的器件。v 分類按耦合度的大小分為5、10、15、20、dB不同規(guī)格；從基站提取信號時可用大功率耦合器（300W），其耦合度可從6065dB中選用。耦合器的接頭多采用N頭。23耦合度為10dB損耗為0.7d

10、B耦合器主干通道耦合端20dBm10dBm19.3dBm耦合器24寬頻帶耦合器（8002500MHz）RC-5NK-06F 插損1.8dBRC-5NK-20F 插損0.7dB900MHz耦合器RC-5NK/NK/NK-05C插損2.2dBRC-5NK/NK/NK-30C插損0.4dB寬頻帶耦合器（8002300MHz）RC-5NK/NK/NK-06F1插損1.8dBRC-5NK/NK/NK-20F1插損0.7dB功分器（Power splitter）v 功分器進(jìn)行功率分配的器件。有二功分器、三功分器、四功分器等；接頭類型分N頭（50）、SMA頭（50 ）、和F頭（75 ）三種，我們公司常用的是

11、N頭和SMA頭。v 主要指標(biāo)插損、隔離度2510dBm6.5dBm6.5dBm損耗3.5dB功分器26900MHz功分器RD-52N/NP-C0插損3.5dBRD-53N/NP-C0插損5.2dBRD-54N/NP-C0插損6.5dB寬頻帶功分器（800 2400MHz）RD-52N/NP-F1插損3.5dBRD-53N/NP-F1插損5.2dBRD-54N/NP-F1插損6.5dB負(fù)載、轉(zhuǎn)接頭v 負(fù)載終端在某一電路（如放大器）或電器輸出端口，接收電功率的元器件、部件、或裝置，統(tǒng)稱為負(fù)載。v 對其要求阻抗匹配和所能承受的功率。v 轉(zhuǎn)接頭把不同類型的線纜接頭連接在一起的器件。v 接頭類型SMA/

12、N/BNC/TNC/F/DIN ，接頭分公型（J）和母型（K）。27接頭、轉(zhuǎn)接頭28接頭：N-J8C 配8D饋線 NJ-1/2C （針頭） NK-1/2C （孔頭）配1/2饋線 NJ-7/8C （針頭） NK-7/8C （孔頭）配7/8饋線轉(zhuǎn)接頭：N-50KK 用于N-J與N-J接頭的連接 N-50JJ 用于N-K與N-K接頭的連接 N/SMK-JK天線、饋線v 天線（Antenna）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。v 饋線是傳輸高頻電流的傳輸線，通常是同軸電纜。指標(biāo)為線損（dB/m）。29天線30ODP-030/

13、V18-NG定向板狀天線ODP-090/V14-NG定向板狀天線天線31ORA-008-V21-NG拋物面天線（口徑1.8米）ORA-010-V18-NG拋物面天線（口徑1.2米）ORA-010-V25-NG拋物面天線（口徑 2.4米）天線32 IXD-360/V03-NW室內(nèi)吸頂天線室內(nèi)吸頂天線 IWH-085/V09-NG室內(nèi)壁掛天線室內(nèi)壁掛天線 IWH-090/V08-NG室內(nèi)壁掛天線室內(nèi)壁掛天線 饋線33電纜饋線：電纜饋線：8D饋線(細(xì))、1/2饋線(中)、7/8饋線(粗)損 耗：14dB/百米、 8dB/百米、 4.5dB/百米、3、移動通信概念介紹3435TETRA發(fā)展發(fā)展 TEr

14、restrial Trunked Radio TETRA 陸地集群無線電通信系統(tǒng)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 1995年正式確定的開放性標(biāo)準(zhǔn)年正式確定的開放性標(biāo)準(zhǔn)用以替代以往的專業(yè)移動通信系統(tǒng)用以替代以往的專業(yè)移動通信系統(tǒng)PMR和公共接入移和公共接入移動通信系統(tǒng)動通信系統(tǒng)PAMR的唯一標(biāo)準(zhǔn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)與與GSM系統(tǒng)類似，成為事實上的全球標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)類似，成為事實上的全球標(biāo)準(zhǔn)36*系統(tǒng)組成圖 PSTN匯接局匯接局長話局MSC1MSC2PLMNBSBSBSBSBSMSMSMSMSMS 業(yè)務(wù)區(qū)（國、?。㎝SC區(qū)MSC區(qū)位置區(qū)1位置區(qū)2基站區(qū)（1個小區(qū)）基站區(qū)位置區(qū)（兩個基站區(qū)）中繼線*主要特點371、

15、移動無線通信2、電波傳播環(huán)境惡劣陰影效應(yīng)（慢衰落） 分集接收技術(shù)多徑效應(yīng)（快衰落） 分集接收技術(shù)遠(yuǎn)近效應(yīng)（相互干擾）自動功率控制技術(shù)多徑時延（碼間串?dāng)_）均衡技術(shù)3、噪聲和強(qiáng)干擾噪聲自然界、工業(yè)噪聲；發(fā)動機(jī)點火。互調(diào)干擾選擇性鄰道干擾自動功率控制技術(shù)同頻干擾組網(wǎng)時注意*主要特點384、多譜勒效應(yīng)多譜勒頻移（f= v cos / ）鎖相技術(shù)（PLL）5、用戶經(jīng)常移動跟蹤交換技術(shù)位置登記、越區(qū)切換、漫游訪問等6、頻率資源有限各種提高頻譜利用率的技術(shù)多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、智能天線技術(shù)、話音編碼技術(shù)等*主要技術(shù)391、多址技術(shù)FDMA頻分多址模擬系統(tǒng)；TDMA時分多址歐GSM、美DAMPS、日PDC系統(tǒng)；

16、CDMA碼分多址IMT-2000 3G標(biāo)準(zhǔn)；SDMA空分多址（智能天線技術(shù)）3G系統(tǒng)。2、調(diào)制技術(shù)線性調(diào)制技術(shù)QPSK正交移相鍵控、/4-QPSK（美日使用）；恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)MSK最小移頻鍵控、GMSK高斯濾波MSK（歐GSM使用）。*主要技術(shù)403、話音編碼技術(shù)波形編碼如PCM、M編碼，16-64kbps話音質(zhì)量好，16kbps以下質(zhì)量下降；聲源編碼即參量編碼，2-4.8 kbps。如線性預(yù)測編碼LPC，話音質(zhì)量只能中等；混合編碼方向是高質(zhì)量、低速率， 8-16kbps。如規(guī)則碼激勵長期預(yù)測編碼RPE-LPT ，13bps， GSM使用，良好的話音質(zhì)量，使用最多。碼激勵線性預(yù)測編碼CELP

17、 ，8bps，美日使用。4、自適應(yīng)均衡與分集接收技術(shù)克服碼間串?dāng)_、衰落現(xiàn)象等。5、跟蹤交換技術(shù)位置登記技術(shù)、一齊呼叫功能、信道切換技術(shù)、信道控制技術(shù)等。4、電磁波傳播損耗模型介紹41室外電磁波傳播損耗模型v自由空間損耗模型vCost/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型vOkumura-hata模型42A、自由空間損耗模型43v公式模型： Lb=32.4+20log(d)+20log(f) (dB)式中：d 距離，單位 km f 頻率，單位MHz例如：900MHz時 Lb=91.5+20log(d) (dB)v適用場合：可視空曠的自由空間v結(jié)論：頻率越高，衰減越大；距離越遠(yuǎn)， 衰減越

18、大。B、Cost-231/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型44v公式模型1：Lb=42.6+26log(d)+20log(f) (dB)式中：d 距離，單位 km（1km范圍內(nèi)準(zhǔn)確性較高） f 頻率，單位MHzv適用場合：f = 8002000MHz, d = 0.025km; 基站天線高度hb=450m; 移動天線高度hm=110m; 適用于城市微小區(qū)覆蓋設(shè)計，視線通暢的情況。Cost-231/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型45v公式模型2：Lb=Lo+Lrts +Lmsd (dB)式中：Lo自由空間傳輸損耗 Lrts屋頂至街道的繞射及散射損耗 Lmsd多重屏障

19、的繞射損耗v適用場合： 視線不通暢的情況。C、Okumura-hata模型（OM）46v公式模型1：Lb（城區(qū)）=69.55+26.16log(f)-13.82log(hb) -a(hm)+44.9-6.55log(hb)log(d)式中：d 距離，單位 km（120km范圍內(nèi)準(zhǔn)確性較高）; f 頻率，單位MHz； a(hm)修正因子，中小城市取0。v公式模型2：Lb(農(nóng)村)= Lb（城區(qū)）-2log(f/28)2-5.4Okumura-hata模型（OM）47v公式模型3：Lb(開闊地）= Lb（城區(qū)）-4.78(logf)2+18.33logf-40.94v適用場合：GSM900MHz,

20、d=120km; 基站天線高度hb=30200m; 移動天線高度hm=110m; 適用于準(zhǔn)平坦地形城區(qū)、郊區(qū)、開闊地、丘陵、山地、水域等。平均建筑高度不太高的城市大蜂窩覆蓋設(shè)計；城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋設(shè)計。室外電磁波傳播損耗類型v 損耗與距離的關(guān)系：在120km以內(nèi)，大致為40dB/dec；距離增大時，5060dB/dec。v 自由空間損耗v 繞射損耗v 反射損耗v 建筑物貫穿損耗v 人體損耗：3dB左右v 車內(nèi)損耗：810dB左右v 植被損耗：樹林內(nèi)部0.2dB/m（900MHz)、0.3dB/m(1800MHz)；部分穿過樹林或繞射20dB/dec；接收機(jī)周圍有樹林10dB。v 大氣吸收、雨霧吸收

21、損耗48室內(nèi)電磁波傳播損耗模型v室內(nèi)路徑損耗因子模型v室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型v室內(nèi)路徑損耗估算49A、室內(nèi)路徑損耗因子模型50v公式模型： PL(d) = PL(do)+10nSFlog(d/do)+FAF (dB)式中： PL(do)表示近地參考距離（ do=310），自由空間損耗； nSF表示同層損耗因子（1.63.3）； FAF表示不同層路徑損耗附加值（1020 dB ）。v例如：計算同層d=15米距離損耗（GSM900MHz) do設(shè)定為1米，則 PL(do)= PL(1m)=91.5+20log(0.001)=31.5 dB nSF取2.8, FAF=0dB 故 PL(15

22、m) = PL(1m)+102.8log(15/1)+0 =31.5+32.9= 64.4 (dB)v注：計算損耗時需預(yù)留10 dB的衰減儲備B、室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型51v公式模型： PL(d) = PL(do)+20log(d/do)+d (dB)式中： PL(do)表示近地參考距離（ do=310），自由空間損耗； 為路徑損耗因子（-0.21.6dB/m)。v例如：計算同層d=15米距離損耗（GSM900MHz) do設(shè)定為1米，則 PL(do)= PL(1m)=91.5+20log(0.001)=31.5 dB 取0.6dB/m 故 PL(15m) = PL(1m)+20log(15/1