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◆學會無線覆蓋鏈路計算模型分析◆分析不同制式接收機接收靈敏度和允許的最大路徑損耗本課程學習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)指標無線覆蓋鏈路計算模型分析分析不同制式接收機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.補充：移動在離鐵路較遠的很多地區(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?？捎霉夤β视嬛苯訙y試，其單位是dBm。光端機——主要由光發(fā)送機和光接收機組成。光發(fā)送機的功能是把要傳送的電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并輸入光纖中進行傳播。光接收機的功能是把接收到的光信號恢復成原電信號。由于通信是雙方的，所以光端機同時完成電/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)射機中，主要指標是發(fā)出的光功率。光接收器——完成光解調(diào)過程（即O/E轉(zhuǎn)換）。用于光接收機中，主要指標是接收靈敏度。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行功率的分配或合成（光分路/合路）的器件。（相當于電信號的功率分配器和功率合成器）。波分復用器——光合波器或光分波器統(tǒng)稱為波分復用器。它能將多個光載波進行合波（波分復用器WDMer）或分波（解復用DeWDMer），使光纖的通信容量成倍的提高。目前采用1310nm/1550nm波分復用器較多，它可將波長1310nm和1550nm的光信號進行合路或分路。主要指標——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，加有護套、外護層和加強構(gòu)件，具有較強的機械性能和防護性能。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行預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），其標準工作波長為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），其標準工作波長為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。回波損耗——是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分數(shù)值表示?；夭〒p耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。一般要求回損＞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度方向。垂直極化波——當電場強度方向垂直于地面時，此電波稱垂直極化波水平極化波——當電場強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，用分數(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)覆蓋場強最低值計算覆蓋距離（以鐵路覆蓋為例）：

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

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4米距離處）進行下行鏈路分析：B點用戶的信號場強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（公式一）其中：（1）X為信源（基站或直放站遠端機）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-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（基站或直放站遠端機）在漏纜A點處的饋入功率X。

四、無線覆蓋鏈路預算模型分析假設(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）