无线通信基础知识介绍

无线通信基础知识介绍,1,无线集群 工程中心,时间 2012.4,目录,基本物理量和基本概念介绍常用射频器件、模块介绍移动通信概念介绍电磁波传播损耗模型介绍,2,1、基本物理量、基本概念的介绍,3,功率/电平,功率理论上定义为做功的速率。单位为 mW、W（瓦）、kW等。电平功率的另一种表示。单位为dBm（取1mW为基准值，以分贝表示的绝对功率电平）。换算公式：电平(dBm)=10lg(功率mW1mW) 。如 5W10lg5000=37dBm; 10W10lg10000=40dBm.（功率增倍，电平增加3dB）输出功率指放大器的功率输出能力。常以功率或电平表示。,4,阻抗匹配,阻抗匹配使系统反射系数为零，即无反射时称为匹配。相应的传输线有三种状态：无反射状态（行波）、全反射状态（驻波）、行驻波。,5,驻波比、回波损耗,驻波比行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR）。回波损耗RL（dB) =反射信号电平（dBm）入射信号电平（dBm）换算公式RL=20*log10(VSWR+1)/(VSWR-1),6,驻波比回波损耗对照表：,三阶互调,三阶互调若存在两个正弦信号1和2，由于非线性作用将产生许多互调分量|p 1 q 2 |，p+q称为阶。其中的2 12和2 2 1两个频率分量称为三阶互调分量。三阶互调系数M3三阶互调分量的功率P3和信号1或2的功率P 1（2）之比称为三阶互调系数M3，即M3=10lgP3/P1 (dBc)。M3越小，互调干扰就越小。,7,噪声系数（NF）,噪声系数（NF）衡量电路或系统的噪声性能好坏（噪声恶化程度）的参数。定义为输入信（载）噪比与输出信（载）噪比的比值。单位为分贝（dB）。NF（dB）=输入载噪比（dB）输出载噪比（dB）NF（dB）越小，系统噪声性能越好。理想时，NF=0dB（1）。,8,耦合度,耦合度耦合端口与输入端口的功率比。单位为dB。耦合度（dB）=耦合端口功率（dBm）输入端口功率（dBm）,9,耦合度为10dB损耗为0.7dB,隔离度,隔离度衡量两天线之间信号隔离（不被接收）的程度的量，单位为dB。隔离度（dB）=接收天线接收功率（dBm）发射天线发射功率（dBm）例如：天线隔离度LC指天线1的输出功率与它进入天线2输出端（末级）的功率之比。（图中L1称为转换损耗指天线2上来自天线1的功率（即干扰）与天线2产生的互调产物功率之比。）,10,天线方向图（波瓣图）,天线方向图表示天线各辐射方向的场强的图（或者说是天线辐射的电磁波在空间存在的范围）。由于方向图呈花瓣状，又称为波瓣图。方向图宽度表示天线辐射能量集中的程度，又称半功率波瓣宽度。其定义为辐射功率下降到最大辐射方向的一半（或者说场强下降到最大方向的0.707倍）的两个方向的夹角（20.5）。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高，向前辐射能力强。E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图。H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。,11,天线波瓣图,12,天线增益（dB）、天线前后比F/B,天线增益指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强Emax与理想多向同性天线均匀辐射场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益，即Ga=（Emax / E0）2。天线增益Ga（dB）=10lg Ga（dB）天线前后比F/B指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝（dB）表示。其值越大天线的方向性越好。,13,天线型号、波瓣图,14,ODP-085/V11-NG小区覆盖天线,单工、双工,单工有单频单工、双频单工之分。单频（同频）单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。适用于用户少、专业性强的移动通信系统中（如对讲机）。双工异频双工制，即收发双方使用两个不同的频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。但这种工作方式的缺点是发射机总是工作的，故耗电大。准双工MS的发射机仅在发话时才工作，而接收机总是工作的，这样MS可省电。准双工与双工制兼容，在移动通信中广泛应用。,15,2、常用射频器件、模块介绍,16,放大器（Amplifier）,放大器（Amp.）用于实现信号放大的电路。有低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA）。主要指标增益、饱和功率(ALC电平）。,17,滤波器（Filter）、双工滤波器（Duplex）,滤波器通过有用频率信号而抑制无用频率信号的电路、器件或模块。有有源滤波器和无源滤波器之分。主要指标选频宽度（带宽BW）、选择性、插损、带外衰减。双工滤波器简称双工器。可把两路不同频段的信号合成一路，或把一条传输线中两路不同频段的信号分成两路。主要指标插损、隔离度。,18,环行器、双工环行器,环行器使信号单方向传输的器件。双工环行器即双工环行滤波器，是一种能使信号实现单方向传输的双工滤波器。根据信号走向来完成分路、合路的功能。,19,衰减器（Attenuator）,衰减器在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络。其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。衰减的单位为dB。衰减器有功率容量的要求。主要用途衰减器主要用于放大器输出功率测试，为测试配件（先衰减，再进频谱仪）。可变衰减器用于主机输入信号的调整，多用于室内直放站。,20,例如,21,LNA,PA,ATT,ATT,监控单元,Note Book,DT,MT,232接口,无线直放站R-9110AC系统原理图,合路器,22,GSM/CDMA双频合路单元,FD-U900D1850B200NNOO双频合路单元,RM-NKC1/RM-NKC2基站合路单元,耦合器（Coupler）,耦合器实现从主干通道中提取出部分信号的器件。分类按耦合度的大小分为5、10、15、20、dB不同规格；从基站提取信号时可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从6065dB中选用。耦合器的接头多采用N头。,23,耦合度为10dB损耗为0.7dB,耦合器,24,宽频带耦合器（8002500MHz）RC-5NK-06F 插损1.8dBRC-5NK-20F 插损0.7dB,900MHz耦合器RC-5NK/NK/NK-05C插损2.2dBRC-5NK/NK/NK-30C插损0.4dB,宽频带耦合器（8002300MHz）RC-5NK/NK/NK-06F1插损1.8dBRC-5NK/NK/NK-20F1插损0.7dB,功分器（Power splitter）,功分器进行功率分配的器件。有二功分器、三功分器、四功分器等；接头类型分N头（50）、SMA头（50 ）、和F头（75 ）三种，我们公司常用的是N头和SMA头。主要指标插损、隔离度,25,功分器,26,900MHz功分器RD-52N/NP-C0插损3.5dBRD-53N/NP-C0插损5.2dBRD-54N/NP-C0插损6.5dB,宽频带功分器（800 2400MHz）RD-52N/NP-F1插损3.5dBRD-53N/NP-F1插损5.2dBRD-54N/NP-F1插损6.5dB,负载、转接头,负载终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口，接收电功率的元器件、部件、或装置，统称为负载。对其要求阻抗匹配和所能承受的功率。转接头把不同类型的线缆接头连接在一起的器件。接头类型SMA/N/BNC/TNC/F/DIN ，接头分公型（J）和母型（K）。,27,接头、转接头,28,接头：N-J8C 配8D馈线 NJ-1/2C （针头） NK-1/2C （孔头）配1/2馈线 NJ-7/8C （针头） NK-7/8C （孔头）配7/8馈线,转接头：N-50KK 用于N-J与N-J接头的连接 N-50JJ 用于N-K与N-K接头的连接 N/SMK-JK,天线、馈线,天线（Antenna）是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去，或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。馈线是传输高频电流的传输线，通常是同轴电缆。指标为线损（dB/m）。,29,天线,30,ODP-030/V18-NG定向板状天线,ODP-090/V14-NG定向板状天线,天线,31,ORA-008-V21-NG抛物面天线（口径1.8米）,ORA-010-V18-NG抛物面天线（口径1.2米）,ORA-010-V25-NG抛物面天线（口径 2.4米）,天线,32,IXD-360/V03-NW室内吸顶天线,IWH-085/V09-NG室内壁挂天线,IWH-090/V08-NG室内壁挂天线,馈线,33,电缆馈线：8D馈线(细)、1/2馈线(中)、7/8馈线(粗)损 耗：14dB/百米、 8dB/百米、 4.5dB/百米、,3、移动通信概念介绍,34,35,TETRA发展,TErrestrial Trunked Radio TETRA 陆地集群无线电通信系统,欧洲电信标准协会 1995年正式确定的开放性标准用以替代以往的专业移动通信系统PMR和公共接入移动通信系统PAMR的唯一标准与GSM系统类似，成为事实上的全球标准,36,*系统组成图,*主要特点,37,1、移动无线通信2、电波传播环境恶劣阴影效应（慢衰落） 分集接收技术多径效应（快衰落） 分集接收技术远近效应（相互干扰）自动功率控制技术多径时延（码间串扰）均衡技术3、噪声和强干扰噪声自然界、工业噪声；发动机点火。互调干扰选择性邻道干扰自动功率控制技术同频干扰组网时注意,*主要特点,38,4、多谱勒效应多谱勒频移（f= v cos / ）锁相技术（PLL）5、用户经常移动跟踪交换技术位置登记、越区切换、漫游访问等6、频率资源有限各种提高频谱利用率的技术多址技术、调制技术、智能天线技术、话音编码技术等,*主要技术,39,1、多址技术FDMA频分多址模拟系统；TDMA时分多址欧GSM、美DAMPS、日PDC系统；CDMA码分多址IMT-2000 3G标准；SDMA空分多址（智能天线技术）3G系统。2、调制技术线性调制技术QPSK正交移相键控、/4-QPSK（美日使用）；恒定包络调制技术MSK最小移频键控、GMSK高斯滤波MSK（欧GSM使用）。,*主要技术,40,3、话音编码技术波形编码如PCM、M编码，16-64kbps话音质量好，16kbps以下质量下降；声源编码即参量编码，2-4.8 kbps。如线性预测编码LPC，话音质量只能中等；混合编码方向是高质量、低速率， 8-16kbps。如规则码激励长期预测编码RPE-LPT ，13bps， GSM使用，良好的话音质量，使用最多。码激励线性预测编码CELP ，8bps，美日使用。4、自适应均衡与分集接收技术克服码间串扰、衰落现象等。5、跟踪交换技术位置登记技术、一齐呼叫功能、信道切换技术、信道控制技术等。,4、电磁波传播损耗模型介绍,41,室外电磁波传播损耗模型,自由空间损耗模型Cost/Walfish/Ikegami可视路径损耗模型Okumura-hata模型,42,A、自由空间损耗模型,43,公式模型： Lb=32.4+20log(d)+20log(f) (dB)式中：d 距离，单位 km f 频率，单位MHz例如：900MHz时 Lb=91.5+20log(d) (dB)适用场合：可视空旷的自由空间结论：频率越高，衰减越大；距离越远， 衰减越大。,B、Cost-231/Walfish/Ikegami可视路径损耗模型,44,公式模型1：Lb=42.6+26log(d)+20log(f) (dB)式中：d 距离，单位 km（1km范围内准确性较高） f 频率，单位MHz适用场合：f = 8002000MHz, d = 0.025km; 基站天线高度hb=450m; 移动天线高度hm=110m; 适用于城市微小区覆盖设计，视线通畅的情况。,Cost-231/Walfish/Ikegami可视路径损耗模型,45,公式模型2：Lb=Lo+Lrts +Lmsd (dB)式中：Lo自由空间传输损耗 Lrts屋顶至街道的绕射及散射损耗 Lmsd多重屏障的绕射损耗适用场合： 视线不通畅的情况。,C、Okumura-hata模型（OM）,46,公式模型1：Lb（城区）=69.55+26.16log(f)-13.82log(hb) -a(hm)+44.9-6.55log(hb)log(d)式中：d 距离，单位 km（120km范围内准确性较高）; f 频率，单位MHz； a(hm)修正因子，中小城市取0。公式模型2：Lb(农村)= Lb（城区）-2log(f/28)2-5.4,Okumura-hata模型（OM）,47,公式模型3：Lb(开阔地）= Lb（城区）-4.78(logf)2+18.33logf-40.94适用场合：GSM900MHz, d=120km; 基站天线高度hb=30200m; 移动天线高度hm=110m; 适用于准平坦地形城区、郊区、开阔地、丘陵、山地、水域等。平均建筑高度不太高的城市大蜂窝覆盖设计；城镇、乡镇覆盖设计。,室外电磁波传播损耗类型,损耗与距离的关系：在120km以内，大致为40dB/dec；距离增大时，5060dB/dec。自由空间损耗绕射损耗反射损耗建筑物贯穿损耗人体损耗：3dB左右车内损耗：810dB左右植被损耗：树林内部0.2dB/m（900MHz)、0.3dB/m(1800MHz)；部分穿过树林或绕射20dB/dec；接收机周围有树林10dB。大气吸收、雨雾吸收损耗,48,室内电磁波传播损耗模型,室内路径损耗因子模型室内自由空间路径损耗附加因子模型室内路径损耗估算,49,A、室内路径损耗因子模型,50,公式模型： PL(d) = PL(do)+10nSFlog(d/do)+FAF (dB)式中： PL(do)表示近地参考距离（ do=310），自由空间损耗； nSF表示同层损耗因子（1.63.3）； FAF表示不同层路径损耗附加值（1020 dB ）。例如：计算同层d=15米距离损耗（GSM900MHz) do设定为1米，则 PL(do)= PL(1m)=91.5+20log(0.001)=31.5 dB nSF取2.8, FAF=0dB 故 PL(15m) = PL(1m)+102.8log(15/1)+0 =31.5+32.9= 64.4 (dB)注：计算损耗时需预留10 dB的衰减储备,B、室内自由空间路径损耗附加因子模型,51,公式模型： PL(d) = PL(do)+20log(d/do)+d (dB)式中： PL(do)表示近地参考距离（ do=310），自由空间损耗； 为路径损耗因子（-0.21.6dB/m)。例如：计算同层d=15米距离损耗（GSM900MHz) do设定为1米，则 PL(do)= PL(1m)=91.5+20log(0.001)=31.5 dB 取0.6dB/m 故 PL(15m) = PL(1m)+20log(15/1)+0.615 =31.5+23.5+9= 64 (dB)注：计算损耗时需预留10 dB的衰