WLAN射頻基礎(chǔ)課件

WLAN射頻基礎(chǔ)日期：2007.05.31無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號(hào)傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認(rèn)證相關(guān)規(guī)定無線頻譜分配全球無線頻譜資源分配圖:11b/g信道Channel

Frequencyrange

CentralFrequency

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１２４０１－２４２３２４１２

２２４０６－２４２８２４１７

３２４１１－２４３３２４２２

４２４１６－２４３８２４２７

５２４２１－２４４３２４３２

６２４２６－２４４８２４３７

７２４３１－２４５３２４４２

８２４３６－２４５８２４４７

９２４４１－２４６３２４５２

１０２４４６－２４６８２４５７

１１２４５１－２４７３２４６２

１２２４５６－２４７８２４６７

１３２４６１－２４８３２４７２

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１４２４７３－２４９５２４８４

f(中心頻率）=2412+5x(nch-1)（MHz)11a信道Channel

Frequencyrange

CentralFrequency

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３４５１６０－５１８０５１７０

３６５１７０－５１９０５１８０

３８５１８０－５２００５１９０

４０５１９０－５２１０５２００

４２５２００－５２２０５２１０

４４５２１０－５２３０５２２０

４６５２２０－５２４０５２３０

４８５２３０－５２５０５２４０

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５２５２５０－５２７０５２６０

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５６５２７０－５２９０５２８０

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６０５２９０－５３１０５３００

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６４５３１０－５３３０５３２０

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１４９５７３５－５７５５５７４５

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１５３５７５５－５７７５５７６５

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１５７５７７５－５７９５５７８５

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１６１５７９５－５８１５５８０５

f(中心頻率）=5000+5xnch(MHz)無線頻譜分配CCK頻譜模板OFDM頻譜模板IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(最大54Mbps)802.11h動(dòng)態(tài)頻率選擇和功能控制MAC802.11/11a/11b/11g/11nMAC802.11f--漫游和切換802.11e--QoS802.11i--安全增強(qiáng)802.11協(xié)議族802.11n(最大300Mbps)WAPI(中國標(biāo)準(zhǔn)）IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介11Mbps/54Mps/300Mbps這些速率是指物理層（PHY）連接速率，而不是實(shí)際速率由于無線信道開銷比較大，實(shí)際的凈速率（netperformance)大約為:802.11b:5Mbps802.11a/g:23Mbps802.11n:75MbpsIEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)還未正式批準(zhǔn)，目前的版本是draft1.1，Wi-Fi聯(lián)盟計(jì)劃在2007年開始針對(duì)基于draft2.0版本的802.11n產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證，將推動(dòng)11n產(chǎn)品的規(guī)模普及802.11n并沒有規(guī)定最高速度，由于11n采用了MIMO技術(shù)，實(shí)際速率與采用的收發(fā)通道數(shù)（包括天線數(shù)）和通道帶寬有密切關(guān)系，隨著收發(fā)通道數(shù)的增加，實(shí)現(xiàn)難度和成本急劇上升，目前比較成熟的方案是3Tx3R，在20MHz信道情況下達(dá)到約75Mbps凈速率，在40MHz信道情況下達(dá)到約150Mbps凈速率WLAN的帶寬是共享的，每個(gè)用戶分時(shí)征用信道，由于信道沖突，增加了信道開銷，多用戶情況下的累計(jì)帶寬小于單用戶情況下的帶寬無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認(rèn)證相關(guān)規(guī)定常用射頻概念

EIRPPEIRP-等效全向輻射功率P-發(fā)射功率

EffectiveIsotropicRadiatedPower

EIRP是天線在特定的方向上所輻射的功率，通常單位是dBm，這個(gè)指標(biāo)一般應(yīng)該用輻射方式測試，但通常是根據(jù)傳導(dǎo)發(fā)射功率計(jì)算：EIRP=P(設(shè)備發(fā)射功率）+G(天線增益）-A(線路損耗）EIRP準(zhǔn)確反映了設(shè)備輻射信號(hào)的強(qiáng)度，接收設(shè)備收到的信號(hào)強(qiáng)度與這個(gè)指標(biāo)有密切關(guān)系。一般的認(rèn)證法規(guī)都是規(guī)定EIRP的限值，而不是發(fā)射功率的限值。常用射頻概念信噪比（SNR）載干比(C/I)，Eb/No,Eb/Io

Eb/No、Eb/Io

是同一個(gè)概念，就是信噪比，與SNR有直接的換算關(guān)系。這是一個(gè)衡量系統(tǒng)解調(diào)處理能力的指標(biāo)。對(duì)具體業(yè)務(wù)，所要求的信噪比越低，則系統(tǒng)的容量和覆蓋就比較好。

載干比（C/I）carrier-to-interferenceratio，信道中的RF載波功率與干擾功率之比，反映設(shè)備抗同頻干擾的能力，C/I越小，說明抗同頻干擾能力越強(qiáng)。常用射頻概念中心頻率、信道帶寬中心頻率（centerfrequency）也稱為工作頻點(diǎn)（operatingfrequency），是指射頻收發(fā)系統(tǒng)在工作時(shí)采用的頻率，對(duì)于WLAN系統(tǒng)，某一信道所對(duì)應(yīng)的中心頻率是一定的。

信道帶寬（channelbandwidth）也可說成占用帶寬（Occupiedbandwidth），是只射頻系統(tǒng)工作時(shí)以中心頻率為中心所占用的射頻帶寬，這個(gè)帶寬范圍內(nèi)的信號(hào)能量占全部能量的99％以上，對(duì)于WLAN，OFDM模式占用帶寬是16.6MHz,CCK模式占用帶寬是22MHz。常用射頻概念雜散發(fā)信機(jī)的雜散發(fā)射是指用標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)調(diào)制時(shí)在除載頻和由于正常調(diào)制和切換瞬態(tài)引起的邊帶以及鄰道以外離散頻率上的發(fā)射。雜散發(fā)射按其來源的不同可分為傳導(dǎo)型和輻射型兩種。傳導(dǎo)型雜散發(fā)射是指由天線連接器處引起的任何雜散發(fā)射。輻射型雜散發(fā)射是指由于機(jī)殼以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)而引起的任何雜散發(fā)射（故又稱為“機(jī)殼發(fā)射”）。常用射頻概念接收靈敏度,最大接收電平，RSSIWLAN的接收靈敏度是指接收機(jī)在滿足PER（錯(cuò)包率）小于10％的條件下，天線口能夠接收到的最小接收信號(hào)電平，一般用dBm表示，反映了設(shè)備接收小信號(hào)的能力，在發(fā)射功率一定的情況下，靈敏度越高，覆蓋范圍越大。最大接收電平（Receivermaximuminputlevel)接收機(jī)在滿足PER（錯(cuò)包率）小于10％的條件下，天線口能夠接收的最大接收信號(hào)電平，一般用dBm表示，規(guī)范要求OFDM是30dBm，CCK是20dBm。最大接收電平反映了接收機(jī)接收大信號(hào)的能力，超過最大接收電平將導(dǎo)致接收機(jī)飽和，誤碼率明顯升高。接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍是指最大接收電平與接收靈敏度之間的差值。RSSI(ReceiverSignalStrengthIndicator)接收信號(hào)強(qiáng)度指示，是指接收機(jī)處信號(hào)的功率大小。常用射頻概念增益，駐波比天線增益（Gain)描述了天線將能量輻射到某一方向的能力，通常用最大輻射方向計(jì)算。

電壓駐波比（VSWR,Voltagestandingwaverate)，反映阻抗匹配好壞的程度，可簡稱為駐波比（SWR），例如VSWR為1:1,表示完全匹配，能量可以100％向后傳輸;VSWR為1:1.5,表示96％的能量可傳輸?shù)胶蠹?jí)。VSWR高表示有更多的能量被發(fā)射，更少的能量向后傳輸。VSWR是射頻電纜、連接器及天線的主要性能指標(biāo)之一。常用射頻概念EVM

EVM(ErrorVectorMagnitude)誤差矢量幅度，是衡量一個(gè)RF系統(tǒng)總體質(zhì)量指標(biāo)，定義為信號(hào)星座圖上測量信號(hào)與理想信號(hào)之間的誤差，它用來表示發(fā)射器的調(diào)制精度。調(diào)制解調(diào)器，PA，混頻器，TRANCEIVER等對(duì)它都會(huì)有影響。EVM是衡量射頻指標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，必須在EVM滿足要求的情況下所發(fā)射的功率才有意義，EVM偏高會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，從而導(dǎo)致接收誤碼率上升，有效帶寬下降

。無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號(hào)傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認(rèn)證相關(guān)規(guī)定常用射頻器件－天線，漏纜【天線增益】某一方向的天線增益是指該方向上的功率通量密度和理想點(diǎn)源或半波振子在最大輻射方向上的功率通量密度之比?！舅讲ㄊ鴮挾取吭谒矫娣较驁D上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個(gè)方向的夾角。【垂直波束寬度】在垂直方向圖上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個(gè)方向的夾角。【極化方向】無線電波的極化，常以大地作為標(biāo)準(zhǔn)面。凡是極化面與大地法線面（垂直面）平行的極化波稱為垂直極化波，其電場方向與大地垂直。凡是極化面與大地法線面垂直的極化波稱為水平極化波，其電場方向與大地相平行。

單極化天線與雙極化天線的區(qū)別在于一根雙極化天線的等于兩根單極化天線。常用射頻器件－射頻電纜（饋線）按照同軸電纜的特性可分為以下幾類：半剛性電纜、半柔性電纜、常用軟電纜、大功率電纜、低損耗電纜、高性能(低損耗、穩(wěn)相)電纜。常用射頻器件－射頻連接器射頻同軸匹配負(fù)載：射頻同軸匹配負(fù)載主要用于吸收射頻或微波系統(tǒng)的功率或在系統(tǒng)中充當(dāng)假天線，H3CWLAN產(chǎn)品用50歐姆匹配負(fù)載；TNC反極性射頻同軸連接器(RP-TNC)適用于某些場合，如有嚴(yán)格區(qū)分的輸入或輸出端口，有特殊用途的端口等，CISCOWLAN產(chǎn)品常用的接口形式；

SMA同軸連接器因體積小、結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶寬、可靠性高，得到廣泛應(yīng)用，成為品種規(guī)格最多，用量最大的RF連接器。H3C室內(nèi)型AP都采用反極性SMA連接器，所謂反極性是指外螺紋配插針或內(nèi)螺紋配插孔，而正常極性是指外螺紋配插孔或內(nèi)螺紋配插針，選擇反極性連接器是為了符合FCC相關(guān)規(guī)定；N型射頻同軸連接器是國際上最通用的射頻同軸連接器之一，它具有抗震抗沖擊能力強(qiáng)、可靠性高、機(jī)械和電氣性能優(yōu)良等特點(diǎn)。H3C室外型AP采用N型連接器

常用射頻器件－耦合器耦合器常用于對(duì)規(guī)定流向波信號(hào)進(jìn)行取樣，在無內(nèi)負(fù)載時(shí)，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。耦合器主要參數(shù)說明：耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。耦合損耗：由于耦合能量的存在而導(dǎo)致輸出功率的減小，它等于主線插入損耗的理論值，主線插入損耗的最小理論值與耦合度的關(guān)系如下：耦合度主線理論損耗

3dB3.0dB6dB1.26dB10dB0.46dB15dB0.14dB20dB0.04dB30dB0.004dB

主線損耗：當(dāng)匹配負(fù)載接主線外各端口時(shí)，在傳輸系統(tǒng)中由于耦合器的插入而引起的負(fù)載獲得功率的變化，主線插入損耗包括耦合損耗和端口反射損耗。

方向性：當(dāng)功率在指定方向上傳輸時(shí)，耦合端口的輸出功率與同樣的功率在相反方向傳輸時(shí)同一耦合端口的輸出功率之差，對(duì)雙向定向耦合器而言，定義為兩個(gè)耦合端輸出功率之差。常用射頻器件－耦合器典型指標(biāo)工作頻率1710～2500MHz插損（含耦合損耗）6dB耦合器≤1.4dB10dB耦合器≤0.7dB15dB耦合器≤0.4dB20dB耦合器≤0.3dB耦合度標(biāo)稱值≤±0.3dB耦合器方向性﹥20dB阻抗50Ω駐波比≤1.3功率容量200W接頭類型N型K頭體積242x63x25mm重量0.48kg環(huán)境溫度-40～75°相對(duì)溫度95%常用射頻器件－合路器合路器一般用在將不同頻率的信號(hào)（通常是不同標(biāo)準(zhǔn)的無線系統(tǒng)）合路在同一端口輸出。合路器通常用于共用天饋的無線分布式系統(tǒng)中。功分器反向使用也可以當(dāng)作合路器，但專用的合路器通常是帶有濾波功能的，有較強(qiáng)的帶外抑制能力。名稱PHS、WLAN合路器型號(hào)CM-CLNN01頻率范圍通路1:1710～2170MHz通路2:2400～2500MHz帶內(nèi)插損≤0.6dB帶內(nèi)波動(dòng)＜0.4dB帶外抑制CELLULAR：60dB@2400~2500MHzWLAN：80dB@1710～2170MHzWLAN：80dB@800～960MHz回波損耗＞18dB最大輸入功率200W阻抗50Ω接頭N-K型重量1.2Kg環(huán)境溫度-35~75℃常用射頻器件－衰減器

衰減器（Attenuator）簡單來說是以分壓的原理來衰減掉一部分之功率，其主要是避免高功率在儀器或接收機(jī)前端造成破壞，也常用于對(duì)未知負(fù)載做保護(hù)，通常用于測試環(huán)境中。

衰減器一般可分為固定衰減器，手調(diào)可變衰減器，程控衰減器

常用射頻器件－功率放大器

功率放大器（PA）簡稱功放，用于將射頻信號(hào)放大到特定的功率，以便獲得更大覆蓋范圍。按實(shí)現(xiàn)方式一般分為內(nèi)置功放（集成式）和外置功放（獨(dú)立式），按照用途通常可分為干線放大器（干放），直放站，塔臺(tái)放大器（塔放）等。以下是典型2.4GHz頻段功放指標(biāo)：參數(shù)性能指標(biāo)工作頻率2400～2500MHz工作模式雙向TDD控制發(fā)射功率20dBm（LRW24-20）27dBm（LRW24-27）30dBm（LRW24-30）發(fā)射增益自動(dòng)調(diào)整至輸出功率輸入功率Min:0dBm,Max:20dBm接收增益16dB帶內(nèi)幅頻特性+/-1dB噪聲系數(shù)＜4.5dB接口SMA-50K工作溫度-30℃～+55℃供應(yīng)電壓9VDC常用射頻器件－低噪聲放大器

低噪聲放大器（LNA）用于在接收回路中對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，系統(tǒng)接收靈敏度主要是由LNA的性能決定的。常用射頻器件天饋避雷器

天饋避雷器用來保護(hù)設(shè)備免遭從天饋部分感應(yīng)的雷電沖擊，從而保護(hù)設(shè)備。由于天饋通常是設(shè)備最高的部分，且饋線一般比較長，是設(shè)備最容易感應(yīng)雷擊的部位，因此，在室外應(yīng)用時(shí)一般要在每個(gè)天線上串接天饋避雷器。我們用的天饋避雷器如下：常用射頻器件天饋避雷器

天饋避雷器的主要指標(biāo)：

天饋避雷器只能在一定程度上避免感應(yīng)雷，對(duì)直擊雷的防護(hù)能力比較差。因此，在雷擊頻發(fā)地區(qū)，一定要合理安裝避雷針。在安裝天饋避雷器的情況下，必須保證接地端良好接地，否則沒有防護(hù)效果。無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號(hào)傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認(rèn)證相關(guān)規(guī)定射頻傳輸模型及干擾自由空間傳輸損耗

電磁波在自由空間（無阻擋、無障礙）中的傳輸損耗為：

Ls（dBm）=92.4+20lgF+20lgD

其中：

F：發(fā)射頻率，單位為GHz

D：傳輸距離，單位為公里（km）

例如：5.8GHz頻率的信號(hào)傳輸20公里的損耗為：

Ls=92.4+15.3+26=133.7dBm系統(tǒng)增益設(shè)備的系統(tǒng)增益為：Gs=Pt-Pro其中：Pt為設(shè)備射頻輸出功率Pro為系統(tǒng)接收靈敏度鏈路總增益Gl=Gs+Gt+Gr其中：Gt為發(fā)射端的天線增益（dB）Gr為接收端的天線增益（dB），例如收發(fā)天線增益為Gt=Gr=28.5dB，那么鏈路增益為，Gl=112+28.5+28.5=169dB射頻傳輸模型及干擾鏈路總損耗

Lt=Ls+Lft+Lfr

其中：

Lft為發(fā)射端ODU和天線之間的電纜損耗

Lfr為接收端ODU和天線之間的電纜損耗

例如，對(duì)于S-LINK(1E1)設(shè)備，ODU與天線之間的饋線長度為1.5-2.0米，在5.8GHz頻率，其損耗為0.5dB。那么，鏈路總損耗為：

Lt=133.7+0.5+0.5=134.7dB鏈路儲(chǔ)備余量

微波鏈路的儲(chǔ)備余量為：

Margin=Gl–Lt例如，對(duì)于上述微波鏈路，其鏈路儲(chǔ)備余量為：

Margin=169-134.7=34.3dB

反之，如果確定了鏈路的儲(chǔ)備余量，可以反推出所需要的天線增益。在所用設(shè)備、通信距離和工作頻率確定以后，天線增益和鏈路的儲(chǔ)備余量之間是可以推算出來的，即天線增益的提高量（收發(fā)天線合計(jì)）就轉(zhuǎn)化為鏈路儲(chǔ)備余量的增加量。由多徑效應(yīng)和干擾影響，為了保證鏈路的可靠性，一般要保證20dBm左右的鏈路儲(chǔ)備余量射頻傳輸模型及干擾下圖出了微波鏈路增益損耗計(jì)算模型，圖中各個(gè)環(huán)節(jié)的增益（損耗）定義見上文。根據(jù)該模型，可以很容易計(jì)算出某具體微波鏈路的功率預(yù)算。傳輸模型只是基于理論和測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)的近似計(jì)算由于實(shí)際地理環(huán)境千差萬別，很難用一種數(shù)學(xué)模型來精確地描述，特別是城區(qū)街道中各種密集的、下規(guī)則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數(shù)學(xué)模型預(yù)測帶來很大困難。因此。有一定精度的預(yù)測雖可起到指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)基站選點(diǎn)及布點(diǎn)的初步設(shè)什，但是通過數(shù)學(xué)模型預(yù)測與實(shí)際信號(hào)場強(qiáng)值總是存在差別。由于移動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，要對(duì)接受信號(hào)中值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算是相當(dāng)困難的。無線通信工程上的做法是，在大量場強(qiáng)測試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計(jì)處理，找出各種地形地物下的傳播損耗（或接受信號(hào)場強(qiáng)）與距離、頻率以及天線高度的關(guān)系，給出傳播特性的各種圖表和計(jì)算公式，建立傳播預(yù)測模型，從而能用較簡單的方法預(yù)測接受信號(hào)的中值。

射頻傳輸模型及干擾典型障礙物衰減量障礙物衰減量對(duì)2.4GHz衰減量（dB)對(duì)5GHz衰減量（dB)4.5cm厚金屬門13254.5cm實(shí)木門6104.5cm中空門474.5cm內(nèi)部隔斷墻469cm磚塊61045cm混凝土墻183070cm混凝土外墻53451.5cm玻璃隔斷128射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素--多徑干擾DirectSignalReflectedSignalsAlsoMultipathfadingPCCardAccessPoint(AP)射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素—障礙物功率在穿過障礙物后衰減墻，門，等等。電磁波的穿透性能是和頻率相關(guān)的。當(dāng)發(fā)射功率不足夠大時(shí)，在建筑物后形成無線覆蓋盲區(qū)。射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素—障礙物2.4GHz為ISM頻段，不許授權(quán)即可使用。同一區(qū)域內(nèi)AP之間的互相干擾。其他工業(yè)設(shè)備的干擾--微波爐--醫(yī)療設(shè)備--雙向?qū)ず粝到y(tǒng)--等等…無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號(hào)傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認(rèn)證相關(guān)規(guī)定多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論小靈通在全國已達(dá)到幾千萬用戶的規(guī)模，伴隨著小靈通網(wǎng)絡(luò)的不斷優(yōu)化，室內(nèi)信號(hào)優(yōu)化也是刻不容緩，隨著電信3G建設(shè)日益臨近，多系統(tǒng)共網(wǎng)的室內(nèi)信號(hào)優(yōu)化方案已成為關(guān)注的話題。由于3G工作在超短波頻段，而且電波繞射能力差，穿透損耗較大，因此網(wǎng)絡(luò)的深層次覆蓋存在著缺陷。和目前的2G網(wǎng)絡(luò)相比，3G網(wǎng)絡(luò)會(huì)有更多弱信號(hào)區(qū)出現(xiàn)，特別是在建筑物內(nèi)部，更是存在著盲區(qū)多、易斷線、網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃中，我國移動(dòng)運(yùn)營商對(duì)室內(nèi)覆蓋予以了高度的關(guān)注，明確提