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无线通信基础知识 课程说明 面向对象 初级无线设计人员 课程目标 熟悉无线电波传播特性 掌握移动通信基本概念 了解移动通信常用技术 熟悉天馈知识 目录 1 1 无线电波传播方式1 2 无线电波衰落1 3 多径效应 阴影效应 多谱勒频移 无线电波传播方式 无线通信网络使用特高频率 频谱划分 无线电波传播方式 运营商各系统使用频率 无线电波传播方式 无线电波是一种信号和能量的传播形式 在传播过程中 电场和磁场在空间中相互垂直 且都垂直于传播方向 无线电波的传播方向正交特性 电生磁 磁生电 无线电波传播方式 直射波及地面反射波 最一般的传播形式 对流层反射波 传播具有很大的随机性 山体绕射波 阴影区域信号来源 电离层反射波 超视距通讯途径 传播途径 无线电波衰落 自由空间损耗 Ploss 32 4 20lgf 20lgd 传播途径 无线电波衰落 衰落 移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波 反射波 散射波的叠加 这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定 这种现象称为衰落 衰落类型 慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影效应 接收信号强度下降 场强中值服从对数正态分布 由功控克服 快衰落 瑞丽衰落 由合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 服从瑞利分布 时间选择性衰落 空间选择性衰落 频率选择性衰落 多径及衰落 多径效应 阴影效应 多谱勒频移 多径效应是由于山丘 建筑物等的反射 散射或绕射 使得移动台与基站之间的信号传播途径有多条 此时接收到的信号是发射信号经过若干次反射 绕射或散射后的叠加 影响接收端对信号的判别和提取 多径效应 多径效应 阴影效应 多谱勒频移 阴影效应 ShadowEffect 在无线通信系统中 移动台在运动的情况下 由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区 从而形成电磁场阴影 这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应 阴影效应是产生慢衰落的主要原因 阴影效应 多径效应 阴影效应 多谱勒频移 当移动台以恒定的速率沿某一方向移动时 由于传播路程差的原因 会造成相位和频率的变化 造成的发射和接收的频率之差 运动中的移动台 实际合成后的工作频率与运动速度有关 运动速度越高影响越大 根据理论分析和仿真测试 当列车时速达到300公里以上时 系统性能有比较明显的恶化 而当列车时速达到600公里以上时 900MHz手机就无法解出相邻小区的信息 随着移动台的靠近和远离基站 合成频率会在中心频率上下偏移 高度运动的列车会频繁改变其余基站的距离 频移现象严重 必需采取有效果措施降低干扰 多普勒频移 小结 1 移动通信电波传播特性1 1 无线电波传播方式 无线电波有哪些传播方式 移动通信网络电波属于那个频段 各系统的频段1 2 无线电波衰落 衰落是什么意思 衰落形成过程 衰落分类及特性 1 3 多径效应 阴影效应 多谱勒频移 多径效应的概念及特性 阴影效应的概念及特性 多普勒频移的原因及计算公式 目录 2 1 移动通信系统构成2 2 移动通信系统工作过程2 3 多址接入 其他基本概念 移动通信系统构成 多种标准共存 汇聚集中多个频段共存移动网络宽带化 IP化趋势 发展历程 移动通信系统的构成 典型2G网络结构 主要包括BTS BSC MSC等网元 主设备目前大都使用分布式设备 2G网络结构 MS 移动台BTS 基站收发信台BSC 基站控制器OMC 操作维护中心MSC 移动业务交换中心VLR 来访用户位置寄存器HLR 归属用户位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 移动设备识别寄存器PSPDN 分组交换公用数据网PSTN 公用电话网ISDN 综合业务数字网 移动通信系统的构成 核心网分组域 PS 典型3G网络结构 主要包括NodeB RNC等网元 3G网络结构 NodeB 由控制子系统 传输子系统 射频子系统 中频 基带子系统 天馈子系统等部分组成 即3G无线通信基站 RNC RadioNetworkController 无线网络控制器 用于提供NodeB移动性管理 呼叫处理 链接管理和切换机制 即3G基站控制器 Iub Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口 完成RNC和NodeB之间的用户数据传送 用户数据及信令的处理 CS CircuitSwitch 电路交换 属于电路域 用于TDM语音业务 PS PacketSwitch 分组交换 属于分组域 用于IP数据业务 移动通信系统的构成 E UTRAN中只有一种网元 eNodeB演进分组核心网 EPC演进分组系统 EPS 4G网络结构 移动通信系统的构成 4G网络结构 eNB功能 无线资源管理相关的功能 包括无线承载控制 接纳控制 连接移动性管理 上 下行动态资源分配 调度等 IP头压缩与用户数据流加密 UE附着时的MME选择 提供到S GW的用户面数据的路由 寻呼消息的调度与传输 系统广播信息的调度与传输 测量与测量报告的配置 MME功能 寻呼消息分发 MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB 安全控制 空闲状态的移动性管理 EPC承载控制 非接入层信令的加密与完整性保护 SGW功能 终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包 支持由于UE移动性产生的用户平面切换 PGW功能 逐用户数据包的过滤和检查用户IP分配 移动通信系统的构成 2G 3G与LTE EPC的比较 移动通信系统工作过程 通信系统工作过程 信源编码 信道编码交织 加扰 扩频 调制 射频发射 信源解码 去交织信道编码 解扰 解扩 解调 射频接受 语音信号 模拟信号 通过采样和量化变成数字信号 对信息进行编码 达到纠错和抗干扰的目的 对信息进行加扰 加入用于识别用户的信息 将窄带信号拓宽 将数字信号调制程模拟信号 将模拟信号加到载波上进行发射 移动通信系统工作过程 信源编码 把语言 图像等原始信号转为数字信号进行的编码 常见的语言编码方式 移动通信系统工作过程 信道编码 信道编码是为了保证通信系统的传输可靠性 克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法它根据一定的监督规律在待发送的信息码元中 人为的 加入一些必要的监督码元 在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律 发现和纠正差错 以提高信息码元传输的可靠性 卷积编码 卷积码的监督码元不仅与本组的信息元有关 而且还与前若干组的信息元有关 这种码的纠错能力强 不仅可纠正随机差错 而且可纠正突发差错 卷积码根据需要 有不同的结构及相应的纠错能力 但其编码规律都是相同的 适用于语音数据在内的速率相对较低的业务数据编码 移动通信系统工作过程 Turbo编码 编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联 两个分量编码器分别输出相应的校验位比特 译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码 分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息 适用于传输速率高但实时性要求不高的业务数据编码 移动通信系统工作过程 调制分类 数字信号三种最基本的调制方法 调幅 调频和调相 英文简写为ASK FSK和PSK 其他各种调制方法都是以上方法的改进或组合 正交振幅调制QAM是调幅和调相的组合 MSK是FSK的改进 GMSK是MSK的一种改进 是在MSK 最小频移键控 调制器之前插入了高斯低通预调制滤波器 从而可以提高频谱利用率和通信质量 移动通信系统工作过程 MSK和GMSK调制 MSK一是连续相位调制技术 在码元转换期间无相位突变实现MSK调制的过程为 先将输入的基带信号进行差分编码 然后将其分成I Q两路 并互相交错一个码元宽度 再用加权函数cos t 2Tb 和sin t 2Tb 分别对I Q两路数据加权 最后将两路数据分别用正交载波调制 MSK使用相干载波最佳接收机解调 GMSK 使用高斯滤波器的连续相位移频键控 在MSK调制器的基础上增加前置滤波器 移动通信系统工作过程 BPSK调制 BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪 使一方为0 另一方为1 从而可以同时传送接受2值 1比特 的信息 移动通信系统工作过程 QPSK调制 QPSK是在M 4时的调相技术 它规定了四种载波相位 分别为45 135 225 315 调制器输入的数据是二进制数字序列 为了能和四进制的载波相位配合起来 则需要把二进制数据变换为四进制数据 这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组 共有四种组合 即00 01 10 11 其中每一组称为双比特码元 每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成 它们分别代表四进制四个符号中的一个符号 QPSK中每次调制可传输2个信息比特 这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的 解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特 移动通信系统工作过程 QAM调制 QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅 利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性 实现两路并行的数字信息的传输 该调制方式通常有二进制QAM 4QAM 四进制QAM l6QAM 八进制QAM 64QAM 对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图 分别有4 16 64 个矢量端点 移动通信系统工作过程 各系统调制方式 GSM系统 GSMKCDMA系统 BPSK QPSKLTE系统 BPSK QPSK 16QAM 64QAM 其中上下行数据信道采用QPSK 16QAM 64QAM 下行控制信道采用BPSK 上行控制信道采用QPSK 多址接入 其他基本概念 单工 半双工 全双工 单工 单工就是指A只能发信号 而B只能接收信号 通信是单向的 半双工 半双工就是指A能发信号给B B也能发信号给A 但这两个过程不能同时进行 全双工 全双工比半双工又进了一步 在A给B发信号的同时 B也可以给A发信号 多址接入 其他基本概念 双工方式 TDD 时分双工 上下行传输信号在同一频带内 通过将信号调度到不同时隙 采用非连续方式发送 并设置一定的时间间隔方式以避免上下行信号间的干扰 FDD 频分双工 其上下行传输信号在不同的频带内 采用连续发射方式发送信号 并在上下行信号间设置一定的频带间隔方式 以避免相互间干扰 多址接入 其他基本概念 多址接入 基本概念实现不同地点 不同用户接入网络的技术 如何建立用户之间的无线信道的连接 是多址接入方式的问题 解决多址接入问题的方法叫多址接入技术 无线信道 无线信道就是常说的通道 Channel 它是以无线电波信号作为传输媒体的数据信号传送通道 信道具有一定的频率带宽 多址方式 频分多址 FDMA 频带划分 频带独享 时间共享时分多址 TDMA 时隙划分 时隙独享 频率共享码分多址 CDMA 码型划分 时隙 频率共享空分多址 SDMA 空间角度划分 频率 时隙 码共享 多址接入 其他基本概念 频分多址 FDMA 每个用户使用不同的频率一个信道对应一个频率 多址接入 其他基本概念 时分多址 TDMA 每个用户使用不同的时隙一个信道就是特定频率的特定时 多址接入 其他基本概念 码分多址 CDMA 一个信道对应一种独特的码序列 每个用户使用相同的频率 但采用不同的编码序列来区分 或者说靠不同的波形区分 多址接入 其他基本概念 正交频分复用 OFDM 正交频分复用技术 多载波调制的一种 将一个宽频信道分成若干个正交子信道 将高速数据转换成并行的低速子数据流 调制到每个子信道上进行传输 因为是多载波调制 当各个子载波相位相同或者相近时 叠加信号便会受到相同初始相位信号的调制 从而产生较大的瞬时功率峰值 有较高的峰均比 传统FDM频谱 多址接入 其他基本概念 正交频分多址 OFDMA OFDMA是OFDM技术的演进 将OFDM和FDMA技术结合 在利用OFDM对信道进行子载波化后 在部分子载波上加载传输数据的传输技术 OFDM是一种调制方式 OFDMA是一种多址接入技术 用户通过OFDMA共享频带资源 接入系统 多址接入 其他基本概念 单载波频分多址 SC FDMA SC FDMA是单波载 Single carrier 与OFDMA相比之下具有的较低的峰均比 峰值 平均功率比 peak to averagepowerratio 比多载波的峰均比低1 3dB左右 峰均比较大是由于多载波在频域叠加引起 多址接入 其他基本概念 各系统多址技术应用 GSM系统 FDMA TDMA FDDWCDMA系统 FDMA CDMA FDDCDMA2000系统 FDMA CDMA FDDTD CDMA系统 FDMA TDMA CDMA TDDTD LTE系统 OFDMA 下行 SC FDMA 上行 TDDFD LTE系统 OFDMA 下行 SC FDMA 上行 FDD 多址接入 其他基本概念 爱尔兰 Erl 表示话务量的单位 1个Erlang表示一个完全被占用的信道的话务量强度 即单位小时或单位分钟的呼叫时长 话务量公式为 A Cxt A是话务量 单位为erl 爱尔兰 C是呼叫次数 单位是个 t是每次呼叫平均占用时长 单位是小时 一般话务量又称小时呼 统计的时间范围是1个小时 拥塞率由于拥塞无法在请求时间完成的呼叫占总呼叫数比例 GOS 表征拥塞水平的量 定义为呼叫阻塞概率 表示为B 单位为Erlang 或是延迟时间大于某一特定时间的概率 表示为C 单位为Erlang 切换当移动台在通话期间从一个小区进入另一个小区时 将呼叫在其进程中从一个无线信道转换到另一个信道的过程 漫游指的是蜂窝移动电话的用户在离开本地区或本国时 仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话手机 多址接入 其他基本概念 爱尔兰 Erl 表示话务量的单位 1个Erlang表示一个完全被占用的信道的话务量强度 即单位小时或单位分钟的呼叫时长 话务量公式为 A Cxt A是话务量 单位为erl 爱尔兰 C是呼叫次数 单位是个 t是每次呼叫平均占用时长 单位是小时 一般话务量又称小时呼 统计的时间范围是1个小时 拥塞率由于拥塞无法在请求时间完成的呼叫占总呼叫数比例 GOS 表征拥塞水平的量 定义为呼叫阻塞概率 表示为B 单位为Erlang 或是延迟时间大于某一特定时间的概率 表示为C 单位为Erlang 切换当移动台在通话期间从一个小区进入另一个小区时 将呼叫在其进程中从一个无线信道转换到另一个信道的过程 漫游指的是蜂窝移动电话的用户在离开本地区或本国时 仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话手机 多址接入 其他基本概念 覆盖区 扇区 每个天线的覆盖范围就是一个扇区小区 移动性管理里面最小的区域单位 一般情况下 一个扇区为一个小区 但在高速 高铁等高速移动环境下 通常将多个扇区划分为一个小区 以避免小区间频繁切换 位置区 LA 位置区是为寻呼而设置的一个区域 覆盖一片地理区域 移动交换机或移动交换中心 MSC 能及时知道移动台的位置 MSC区 在该区域内 有共同的编号方法及路由规划 由一个移动交换中心控制区域 一个MSC区可以由一个或多个位置区组成 PLMN区 公用陆地移动网 一个PLMN业务区包括多个MSC业务区 甚至可扩展全国 多址接入 其他基本概念 LTE一般指标公共参考信号接收功率 RSRP 反映信号场强情况 综合考虑终端接收机灵敏度 穿透损耗 人体损耗 干扰余量等因素 公共参考信号信干噪比 RS SINR 反映了用户信道环境 和用户速率存在一定相关性 RS SINR值越高 传输效率就越高 规划时应保证RS SINR达到基本接入要求 并尽量提高该指标边缘用户速率指标主要关注用户在信道环境差时的感受是否能够满足业务需求 目前通常定义为95 用户可达到的速率 小区平均吞吐量反映了一定网络负荷和用户分布情况下的基站承载效率 是网络规划重要的容量评价指标 小结 2 移动通信基本概念2 1 移动通信系统构成移动通信系统有哪些主要网元 各网元的基本功能 2 2 移动通信系统工作过程工作流程 信源编码 信道编码 调制分类及主要调制编码方式 2 3 多址接入 其他基本概念工分类型 多址方式 小区的概念 爱尔兰 漫游及切换的概念 RSRP RS SINR 边缘用户速率 小区平均吞吐量 目录 3 1 干扰3 2 分集技术 干扰 干扰的形成干扰的形成包括三个要素 干扰源 传播途径和接受载体 三个要素缺少任何一项干扰都不会产生 干扰源产生干扰信号的设备被称作干扰源 如变压器 继电器 微波设备 电机 无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁信号 当然 雷电 太阳和宇宙射线属于干扰源 传播途径传播途径是指干扰信号的传播路径 电磁信号在空中直线传播 并具有穿透性的传播叫作辐射方式传播 电磁信号借助导线传入设备的传播被称为传导方式传播 传播途径是干扰扩散和无所不在的主要原因 接受载体 接受载体是指受影响的设备的某个环节吸收了干扰信号 并转化为对系统造成影响的电器参数 接受载体不能感应干扰信号或弱化干扰信号使其不被干扰影响就提高了抗干扰的能力 干扰 按系统分 系统内干扰 系统间干扰按频谱分 邻频干扰 同频干扰按干扰产生原因分 互调干扰 杂散干扰 阻塞干扰 2019 12 20 49 可编辑 干扰 互调干扰 杂散干扰 阻塞干扰互调干扰 当两个或多个干扰信号同时加到接收机时 由于非线性的作用 这两个干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机 其中三阶互调最严重 杂散干扰 主要是由于接收机的灵敏度不高造成的 发射机输出信号通常为大功率信号 在产生大功率信号的过程中会在发射信号的频带之外产生较高的杂散 如果杂散落入某个系统接收频段内的幅度较高 则会导致接收系统的输入信噪比降低 通信质量恶化 阻塞干扰 接收机在接收弱有用信号时 受到接收频率两旁 高频回路带内一个强干扰信号的干扰 其害处是将被干扰系统的接收机推向饱和而阻碍通信 在多系统设计时 只要保证到达接收机输入端的强干扰信号功率不超过系统指标要求的阻塞电平 系统就可以正常工作 分集技术 目的 对抗信号衰落定义 分集技术是指系统能同时接收两个或更多个输入信号 这些输入信号的衰落互不相关 系统分别解调这些信号然后将他们相加 这样就可以接收到更多有用信号 克服衰落 系统中的分集方式越多 抗衰落的能力就越强 分类时间分集 在不同的时隙上传输同一信号 频率分集 用多个载波传输同一信号 极化分集 在不同的极化方式传输同一信号 空间分集 用多个天线接受或发射同一信号 分集技术 两个频率成分具有相互独立的衰落特性条件f2 f1 相关带宽Bc 频率间隔 f f2 f1越大 两个不同频率信号之间衰落的相关性越小缺点 成倍地增加了收发信机 且需成倍地多占用频带 降低了频谱利用率 频率分集 发送端和接收端可以用两个位置很近但为不同极化 正交极化 的天线分别发送和接收信号 以获得分集效果 极化分集 分集技术 多径的每一径时延不同 进行多径分离合并 重发时间大于信道的相关时间 ARQ技术 用信道相关时间 设计交织编码的深度 时间分集 应用 RAKE接收机可以在时间上分辨出细微的多径信号 对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整 使之复合成加强的信号 用于CDMA系统 是时间分集的典型应用 分集技术 也成为天线分集 是无线通信中使用最多的分集形式之一就是采用多付接收天线来接收信号 然后进行合并 为保证接收信号的不相关性 这就要求天线之间的距离足够大 空间分集 分集技术 形成方向图 在不同的到达方向上给予不同的天线增益 可以提高接收信号的信噪比 从而提高系统的容量 可以将频率相近但空间可分离的信号分离开 智能天线阵元间距一般为1 2波长 空间分集应用 智能天线 分集技术 在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线 使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收 从而改善通信质量 充分利用空间资源 构建空间正交的信道 从而成倍地增加数据率 空间分集应用 MIMO 小结 3 移动通信抗干扰 抗衰落技术3 1 干扰了解三种干扰的定义了解消除干扰的方式3 2 分集技术了解分集技术的分类各类分集技术的含义和典型方式 目录 4 1 天线辐射原理4 2 无线主要性能参数4 3 常用天线 天线辐射原理 无线电波的极化 无线电波在空间传播时 其电场方向是按一定的规律而变化的 这种现象称为无线电波的极化 无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨迹确定的 如果电波的电场方向垂直于地面 我们就称它为垂直极化波 如果电波的电场方向与地面平行 则称为水平极化波 圆极化线极化 左旋 右旋 垂直 水平 天线辐射原理 无线电波的极化 天线极化是指电场矢量在空间运动的轨迹 天线辐射原理 无线电波的极化 双极化天线 由两组正交的辐射单元组成 1 互补 完备不相关 正交 90度 规划工作 2 相当 平衡工作 45 45 胜任工作 3 高效 XPD降低损耗 专注工作 天线辐射原理 天线定义 天线的定义 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置 天线辐射原理 天线作用 基站天馈系统示意图 天线的作用 将馈管中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波 反之将自由空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能 天线辐射原理 天线半波振子 天线半波振子 半波振子是天线的基本辐射单元 波长越长 天线半波振子越大 天线辐射原理 天线方向图 天线辐射方向图 用来表述天线在空间各个方向上所具有的发射和接收电磁波的能力 一般为三维辐射立体图 天线辐射原理 天线方向图 实际评判中是其转化成的二维平面图形 即水平面方向图及垂直面方向图 天线辐射原理 天线组成部件 天线组成部件 同一款基站天线有多种设计方案来实现 设计方案涉及到天线的以下四部分 1 辐射单元 对称振子or贴片 阵元 2 反射板 底板 3 功率分配网络 馈电网络 4 封装防护 天线罩 天线性能参数 天线工作频率 无论天线还是其他通信产品 总是在一定的频率范围 频带宽度 内工作 其取决于指标的要求 通常情况下 满足指标要求的频率范围即可为天线的工作频率 一般来说 在工作频带宽度内的各个频率点上 天线性能是有差异的 因此 在相同的指标要求下 工作频带越宽 天线设计难度越大 辐射参数 主瓣 副瓣 半功率波束宽度 增益 波束下倾角 前后比 交叉极化鉴别率 上旁瓣抑制 下零点填充 天线性能参数 根据天线辐射参数对网络性能影响程度 可分类如下 天线性能参数 半功率波束宽度 在方向图主瓣范围内 相对最大辐射方向功率密度下降至一半时的角域宽度 也叫3dB波束宽度 水平面的半功率波束宽度叫水平面波束宽度 垂直面的半功率波束宽度叫垂直波束宽度 天线性能参数 天线增益与波束宽度的关系 天线性能参数 水平面波束宽度 每个扇区的天线在最大辐射方向偏离 60 时到达覆盖边缘 需要切换到相邻扇区工作 在 60 的切换角域 方向图电平应该有一个合理的下降 电平下降太多时 在切换角域附近容易引起覆盖盲区掉话 电平下降太少时 在切换角域附近覆盖产生重叠 导致相邻扇区干扰增加 理论仿真和实际应用结果表明 在密集建筑的城区 由于多径反射严重 为了减小相邻扇区之间的相互干扰 在 60 的电平下降至 10dB左右为好 反推半功率宽度约为65 而在空旷的郊区 由于多径反射少 为了确保覆盖良好 在 60 的电平下降至 6dB左右为好 反推半功率宽度约为90 天线性能参数 水平面波束宽度 波束偏斜及方向图一致性决定了覆盖区方位向的性能好坏 多径反射传播 P 1 R nn 2 4 60 电平设计 市区n 3 3 59 10 5dB下降郊野 n 26dB下降 天线性能参数 垂直面波束宽度及电下倾角精度 决定了网络覆盖区中距离向性能的好坏 观察下图的垂直面方向图 波束应该适当下倾 下倾角度最好使得最大辐射指向图中目标服务区的边缘 如果下倾太多 黄色 服务区远端的覆盖电平会急剧下降 如果下倾太少 覆盖在服务区外 且产生同频干扰问题 天线性能参数 电下倾角度 最大辐射指向与天线法线的夹角 天线性能参数 前后比 抑制同频干扰或导频污染的重要指标 通常仅需考察水平面方向图的前后比 并特指后向 30 范围内的最差值 前后比指标越差 后向辐射就越大 对该天线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大 特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比 比如基站背向区域有超高层建筑物 天线性能参数 天线增益 系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线 通常采用理想点源 在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值 天线性能参数 天线增益 方向图和天线尺寸之关系 天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力 它是选择基站天线重要的参数之一 天线增益的几个要点 1 天线是无源器件 不能产生能量 天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力 2 天线的增益由振子叠加而产生 增益越高 天线长度越长 3 天线增益越高 方向性越好 能量越集中 波瓣越窄 天线性能参数 增益影响覆盖距离指标 合理选择增益 提高天线增益 覆盖的距离增大 但同时会压窄波束宽度 导致覆盖的均匀性变差 天线增益的选取应以波束和目标区相配为前提 为了提高增益而过分压窄垂直面波束宽度是不可取的 只有通过优化方案 实现服务区外电平快速下降 压低旁瓣和后瓣 降低交叉极化电平 采用低损耗 无表面波寄生辐射 低VSWR的馈电网络等途径来提高天线增益才是正确的 天线性能参数 交叉极化比 极化分集效果优劣的指标为了获得良好的上行分集增益 要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性 即在 60 的扇形服务区内 交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平有明显的降低 其差别 交叉极化比 在最大辐射方向应大15dB 在 60 内应大于10dB 最低门槛也应该大于7dB 如图所示 如此 才可以认为两个极化接收到的信号互不相关 天线性能参数 副瓣抑制 抑制同频干扰或导频污染的辅助指标对于城区建筑物密集的应用场景 一方面因通信容量大要求缩小蜂窝 另一方面因楼房遮挡和多径反射 难以实现大距离覆盖 通常采用增益13 15dBi的低增益天线 大下倾角做微蜂窝覆盖 从而 主波束的上侧第一 二旁瓣指向前方同频小区的可能性很大 这就要求在设计天线时 设法对上旁瓣进行抑制 从而降低干扰 天线性能参数 下零点填充 在某些特殊场景有限减少盲点的辅助指标在天线设计时 对下零点进行适当填充 就可能减少掉话率 但零点填充要适可而止 当对零点填充要求较高时 增益损失较大 得不偿失 对于低增益天线 由于波瓣较宽 应用时通常下倾角较大 下旁瓣不参与覆盖 不需要进行零点填充 多径的影响 导致近距离零点效应不明显或者消失 天线性能参数 方向图圆度 评估全向天线均匀覆盖效果的指标仅需考察水平面方向图的圆度 评估举例 指标为 1dB 所有频点都需要优于该指标 天线性能参数 电压驻波比 电压驻波比 VSWR 为传输线上的电压最大值与电压最小值之比 当天线端口没有反射时 就是理想匹配 驻波比为1 当天线端口全反射时 驻波比为无穷大 电压驻波比是天线高效率辐射的基本指标要求 在全频段内考察VSWR 取最大值为指标 评估举例 指标为1 5 所有频点都需要优于该指标 天线性能参