無(wú)線通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹

無(wú)線通信基礎(chǔ)知識(shí)介紹1無(wú)線集群工程中心時(shí)間2012.4第1頁(yè)，共57頁(yè)。目錄基本物理量和基本概念介紹常用射頻器件、模塊介紹移動(dòng)通信概念介紹電磁波傳播損耗模型介紹2第2頁(yè)，共57頁(yè)。1、基本物理量、基本概念的介紹3第3頁(yè)，共57頁(yè)。功率/電平功率——理論上定義為做功的速率。單位為mW、W（瓦）、kW等。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(duì)功率電平）。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）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第4頁(yè)，共57頁(yè)。阻抗匹配阻抗匹配——使系統(tǒng)反射系數(shù)為零，即無(wú)反射時(shí)稱為匹配。相應(yīng)的傳輸線有三種狀態(tài)：無(wú)反射狀態(tài)（行波）、全反射狀態(tài)（駐波）、行駐波。5第5頁(yè)，共57頁(yè)。駐波比、回波損耗駐波比——行駐波狀態(tài)時(shí)，波腹電壓與波節(jié)電壓之比（VSWR）?；夭〒p耗RL（dB)=反射信號(hào)電平（dBm）–入射信號(hào)電平（dBm）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(duì)照表：第6頁(yè)，共57頁(yè)。三階互調(diào)三階互調(diào)——若存在兩個(gè)正弦信號(hào)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(gè)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(hào)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。7f1221–222–1P1P3第7頁(yè)，共57頁(yè)。噪聲系數(shù)（NF）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(shí)，NF=0dB（1）。8第8頁(yè)，共57頁(yè)。耦合度耦合度——耦合端口與輸入端口的功率比。單位為dB。耦合度（dB）=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第9頁(yè)，共57頁(yè)。隔離度隔離度——衡量?jī)商炀€之間信號(hào)隔離（不被接收）的程度的量，單位為dB。隔離度（dB）=接收天線接收功率（dBm）發(fā)射天線發(fā)射功率（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(jí)）的功率之比。（圖中L1稱為轉(zhuǎn)換損耗——指天線2上來(lái)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第10頁(yè)，共57頁(yè)。天線方向圖（波瓣圖）天線方向圖——表示天線各輻射方向的場(chǎng)強(qiáng)的圖（或者說(shuō)是天線輻射的電磁波在空間存在的范圍）。由于方向圖呈花瓣?duì)?，又稱為波瓣圖。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(shuō)場(chǎng)強(qiáng)下降到最大方向的0.707倍）的兩個(gè)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)。E面方向圖指與電場(chǎng)平行的平面內(nèi)輻射方向圖。H面方向圖指與磁場(chǎng)平行的平面內(nèi)輻射方向圖。11第11頁(yè)，共57頁(yè)。天線波瓣圖12后瓣旁瓣主瓣Emax0.707Emax0.707Emax20.520第12頁(yè)，共57頁(yè)。天線增益（dB）、天線前后比F/B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(chǎng)強(qiáng)Emax與理想多向同性天線均勻輻射場(chǎng)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。天線增益Ga（dB）=10lgGa（dB）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第13頁(yè)，共57頁(yè)。天線型號(hào)、波瓣圖14ODP-085/V11-NG小區(qū)覆蓋天線第14頁(yè)，共57頁(yè)。單工、雙工單工——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(gè)頻率，所以收發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行，稱為單工。適用于用戶少、專業(yè)性強(qiáng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中（如對(duì)講機(jī)）。雙工——異頻雙工制，即收發(fā)雙方使用兩個(gè)不同的頻率，任何一方在發(fā)話的同時(shí)都能收到對(duì)方的講話。但這種工作方式的缺點(diǎn)是發(fā)射機(jī)總是工作的，故耗電大。準(zhǔn)雙工——MS的發(fā)射機(jī)僅在發(fā)話時(shí)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(dòng)通信中廣泛應(yīng)用。15第15頁(yè)，共57頁(yè)。2、常用射頻器件、模塊介紹16第16頁(yè)，共57頁(yè)。放大器（Amplifier）放大器（Amp.）——用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的電路。有低噪聲放大器（LNA）和功率放大器（PA）。主要指標(biāo)——增益、飽和功率(ALC電平）。17LNAPA第17頁(yè)，共57頁(yè)。濾波器（Filter）、雙工濾波器（Duplex）濾波器——通過(guò)有用頻率信號(hào)而抑制無(wú)用頻率信號(hào)的電路、器件或模塊。有有源濾波器和無(wú)源濾波器之分。主要指標(biāo)——選頻寬度（帶寬BW）、選擇性、插損、帶外衰減。雙工濾波器——簡(jiǎn)稱雙工器。可把兩路不同頻段的信號(hào)合成一路，或把一條傳輸線中兩路不同頻段的信號(hào)分成兩路。主要指標(biāo)——插損、隔離度。18DUP第18頁(yè)，共57頁(yè)。環(huán)行器、雙工環(huán)行器環(huán)行器——使信號(hào)單方向傳輸?shù)钠骷?。雙工環(huán)行器——即雙工環(huán)行濾波器，是一種能使信號(hào)實(shí)現(xiàn)單方向傳輸?shù)碾p工濾波器。根據(jù)信號(hào)走向來(lái)完成分路、合路的功能。19DUP第19頁(yè)，共57頁(yè)。衰減器（Attenuator）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(wú)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(hào)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。主要用途——衰減器主要用于放大器輸出功率測(cè)試，為測(cè)試配件（先衰減，再進(jìn)頻譜儀）?？勺兯p器用于主機(jī)輸入信號(hào)的調(diào)整，多用于室內(nèi)直放站。20第20頁(yè)，共57頁(yè)。例如21LNAPAPALNAATTATT監(jiān)控單元NoteBookDTMT232接口無(wú)線直放站R-9110AC系統(tǒng)原理圖第21頁(yè)，共57頁(yè)。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

第22頁(yè)，共57頁(yè)。耦合器（Coupler）耦合器——實(shí)現(xiàn)從主干通道中提取出部分信號(hào)的器件。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(hào)時(shí)可用大功率耦合器（300W），其耦合度可從60~65dB中選用。耦合器的接頭多采用N頭。23耦合度為10dB損耗為0.7dB耦合器主干通道耦合端20dBm10dBm19.3dBm第23頁(yè)，共57頁(yè)。耦合器24寬頻帶耦合器（800~2500MHz）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（800~2300MHz）RC-5NK/NK/NK-06F1插損1.8dBRC-5NK/NK/NK-20F1插損0.7dB第24頁(yè)，共57頁(yè)。功分器（Powersplitter）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N頭和SMA頭。主要指標(biāo)——插損、隔離度2510dBm6.5dBm6.5dBm損耗3.5dB第25頁(yè)，共57頁(yè)。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第26頁(yè)，共57頁(yè)。負(fù)載、轉(zhuǎn)接頭負(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。對(duì)其要求——阻抗匹配和所能承受的功率。轉(zhuǎn)接頭——把不同類型的線纜接頭連接在一起的器件。接頭類型——SMA/N/BNC/TNC/F/DIN，接頭分公型（J）和母型（K）。27第27頁(yè)，共57頁(yè)。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第28頁(yè)，共57頁(yè)。天線、饋線天線（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(lái)自一定方向的電磁波還原為高頻電流的一種設(shè)備。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第29頁(yè)，共57頁(yè)。天線30ODP-030/V18-NG定向板狀天線ODP-090/V14-NG定向板狀天線第30頁(yè)，共57頁(yè)。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）第31頁(yè)，共57頁(yè)。天線32

IXD-360/V03-NW室內(nèi)吸頂天線

IWH-085/V09-NG室內(nèi)壁掛天線

IWH-090/V08-NG室內(nèi)壁掛天線

第32頁(yè)，共57頁(yè)。饋線33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、第33頁(yè)，共57頁(yè)。3、移動(dòng)通信概念介紹34第34頁(yè)，共57頁(yè)。35TETRA發(fā)展

TErrestrialTrunkedRadio

TETRA

陸地集群無(wú)線電通信系統(tǒng)

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)1995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(dòng)通信系統(tǒng)PMR和公共接入移動(dòng)通信系統(tǒng)PAMR的唯一標(biāo)準(zhǔn)與GSM系統(tǒng)類似，成為事實(shí)上的全球標(biāo)準(zhǔn)第35頁(yè)，共57頁(yè)。36*系統(tǒng)組成圖PSTN匯接局匯接局長(zhǎng)話局MSC1MSC2PLMNBSBSBSBSBSMSMSMSMSMS

業(yè)務(wù)區(qū)（國(guó)、?。㎝SC區(qū)MSC區(qū)位置區(qū)1位置區(qū)2基站區(qū)（1個(gè)小區(qū)）基站區(qū)位置區(qū)（兩個(gè)基站區(qū)）中繼線第36頁(yè)，共57頁(yè)。*主要特點(diǎn)371、移動(dòng)無(wú)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(dòng)功率控制技術(shù)多徑時(shí)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火?；フ{(diào)干擾——選擇性鄰道干擾——自動(dòng)功率控制技術(shù)同頻干擾——組網(wǎng)時(shí)注意第37頁(yè)，共57頁(yè)。*主要特點(diǎn)384、多譜勒效應(yīng)多譜勒頻移（f=vcos/）——鎖相技術(shù)（PLL）5、用戶經(jīng)常移動(dòng)——跟蹤交換技術(shù)位置登記、越區(qū)切換、漫游訪問(wèn)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)等第38頁(yè)，共57頁(yè)。*主要技術(shù)391、多址技術(shù)FDMA頻分多址—模擬系統(tǒng)；TDMA時(shí)分多址—?dú)WGSM、美DAMPS、日PDC系統(tǒng)；CDMA碼分多址—IMT-20003G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）。第39頁(yè)，共57頁(yè)。*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，2-4.8kbps。如線性預(yù)測(cè)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(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼RPE-LPT，13bps，GSM使用，良好的話音質(zhì)量，使用最多。碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼CELP，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。第40頁(yè)，共57頁(yè)。4、電磁波傳播損耗模型介紹41第41頁(yè)，共57頁(yè)。室外電磁波傳播損耗模型自由空間損耗模型Cost/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型Okumura-hata模型42第42頁(yè)，共57頁(yè)。A、自由空間損耗模型43公式模型：Lb=32.4+20log(d)+20log(f)(dB)式中：d距離，單位kmf頻率，單位MHz例如：900MHz時(shí)Lb=91.5+20log(d)(dB)適用場(chǎng)合：可視空曠的自由空間結(jié)論：頻率越高，衰減越大；距離越遠(yuǎn)，衰減越大。第43頁(yè)，共57頁(yè)。B、Cost-231/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型44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MHz適用場(chǎng)合：f=800~2000MHz,d=0.02~5km;

基站天線高度hb=4~50m;

移動(dòng)天線高度hm=1~10m;

適用于城市微小區(qū)覆蓋設(shè)計(jì)，視線通暢的情況。第44頁(yè)，共57頁(yè)。Cost-231/Walfish/Ikegami可視路徑損耗模型45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多重屏障的繞射損耗適用場(chǎng)合：

視線不通暢的情況。第45頁(yè)，共57頁(yè)。C、Okumura-hata模型（OM）46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（1~20km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。公式模型2：Lb(農(nóng)村)=Lb（城區(qū)）-2[log(f/28)]2-5.4第46頁(yè)，共57頁(yè)。Okumura-hata模型（OM）47公式模型3：Lb(開闊地）=

Lb（城區(qū)）-4.78(logf)2適用場(chǎng)合：GSM900MHz,d=1~20km;

基站天線高度hb=30~200m;

移動(dòng)天線高度hm=1~10m;

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(jì)；城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋設(shè)計(jì)。第47頁(yè)，共57頁(yè)。室外電磁波傳播損耗類型損耗與距離的關(guān)系：在1~20km以內(nèi)，大致為40dB/dec；距離增大時(shí)，50~60dB/dec。自由空間損耗繞射損耗反射損耗建筑物貫穿損耗人體損耗：3dB左右車內(nèi)損耗：8~10dB左右植被損耗：樹林內(nèi)部0.2dB/m（900MHz)、0.3dB/m(1800MHz)；部分穿過(guò)樹林或繞射20dB/dec；接收機(jī)周圍有樹林10dB。大氣吸收、雨霧吸收損耗48第48頁(yè)，共57頁(yè)。室內(nèi)電磁波傳播損耗模型室內(nèi)路徑損耗因子模型室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型室內(nèi)路徑損耗估算49第49頁(yè)，共57頁(yè)。A、室內(nèi)路徑損耗因子模型50公式模型：

PL(d)=PL(do)+10×nSF×log(d/do)+FAF(dB)式中：PL(do)表示近地參考距離（do=3~10），自由空間損耗；

nSF表示同層損耗因子（1.6~3.3）；

FAF表示不同層路徑損耗附加值（10~20dB

）。例如：計(jì)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)=31.5dBnSF取2.8,FAF=0dB

故PL(15m)=PL(1m)+10×2.8×log(15/1)+0=31.5+32.9=64.4(dB)注：計(jì)算損耗時(shí)需預(yù)留10dB的衰減儲(chǔ)備第50頁(yè)，共57頁(yè)。B、室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型51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=3~10），自由空間損耗；

為路徑損耗因子（-0.2~1.6dB/m)。例如：計(jì)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)=31.5dB

取0.6dB/m

故PL(15m)=PL(1m)+20log(15/1)+0.6×15=31.5+23.5+9=64(dB)注：計(jì)算損耗時(shí)需預(yù)留10dB的衰減儲(chǔ)備第51頁(yè)，共57頁(yè)。C、室內(nèi)路徑損耗估算方法52估算公式：損耗=自由空間損耗+阻擋損耗+多徑衰落式中：自由空間損耗Lb=32.4+20log(d)+20log(f)=91.5+20log(d)(900MHz)

阻擋損耗：波長(zhǎng)越短，對(duì)阻擋物的穿透力越強(qiáng)。

墻體的阻擋（5~20dB）樓層的阻擋（20dB以上）家具等其它障礙物的阻擋（2~15dB）電梯損耗（30~40dB）多路徑衰落：10dB左右損耗儲(chǔ)備7~10dB第52頁(yè)，共57頁(yè)。室內(nèi)損耗舉例

——15米同層損耗（GSM900）公式A：PL(15m)=PL(1m)+10×2.8×log(15/1)+0=31.5+32.9=64.4(dB)公式B：PL(15m)=PL(1m)+20log(15/1)+0.6×15=31.5+23.5+9=64(dB)公式C:PL(15m)=91.5+20log(0.015)+10(多徑衰落)