TD-SCDMA天馈系统知识

TD-SCDMA天馈系统中兴通讯移动事业部1本课程的学习目标了解TD-SCDMA天馈系统的组成了解智能天线的原理、选型和安装原则了解射频拉远单元RRU原理及安装原则了解光线到塔顶的解决方案2目录天馈系统组成天馈系统安装智能天线选型3天线接头跳线电缆接地卡1/2"跳线机柜避雷器接地卡室外接地排单联馈线卡塔顶放大器三联馈线卡机房偏置T接头馈线孔板智能天线射频拉远RRU馈线天馈系统的组成返回4目录天馈系统组成智能天线射频拉远RRU馈线天馈系统安装智能天线选型5智能天线智能天线的基本思想

利用空间位置来区分不同用户，通过改变各天线阵元的权重在空间形成方向性波束，天线以多个高增益窄波束动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方向形成零陷，从而大大降低了系统的干扰，提高了频谱利用率。接收模式下，来自窄波束之外的信号被抑制；发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户收到的干扰最小。6智能天线的主要功能降低多址干扰、小区间干扰提高接收灵敏度获取DOA信息，实现定位及接力切换降低发射功率，降低成本增大覆盖、增大容量改进小区覆盖TD-SCDMA系统的特点“硬容量”的提升：TDMA、FDMA、CDMA；“软容量”的提升：SDMA；智能天线7天线基本概念什么是天线？天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。8dB系列概念辨析dBmdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）；[例]如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。；dBi和dBddBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15；[例]0dBd=2.15dBi；dBdB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）[例]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB，即甲的功率比乙的功率大3dB。9天线基本概念电性能参数（Electricalproperties）工作频段方向图增益输入阻抗驻波比极化方式波束宽度旁瓣抑制与零点填充前后比下倾角功率容量三阶互调天线口隔离机械参数（Mechanicalproperties）尺寸重量天线罩材料外观颜色工作温度存储温度风载迎风面积接头型式包装尺寸天线抱杆防雷10天线基本概念工作频段—FrequencyRange

天线是有一定带宽的，虽然谐振频率是一个频率点，但是此频率点附近一定范围内天线的性能近似，这个范围就是带宽。天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。11天线基本概念各系统的工作频段：GSM900：870-960MHzCDMA：824-896MHz、1850-1990MHzGSM1800：1710-1880MHzGSM双频：890-960MHz、1710-1880MHzPHS1900：1895-1920MHzTD-SCDMA：1880-1920MHz、2010-2025MHz、2300-2400MHzWCDMA：1920-1980MHz、2110-2170MHz扩频通信：2403-2483MHz12天线基本概念1/4Wavelength1/4Wavelength1/2WavelengthDipole振子是构成天线的最基本单位，任何天线都要谐振在一定的频率上，那么怎样才能发生最大谐振呢？导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。当导线的长度远小于信号波长时，辐射很微弱；导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。当导线长度为信号波长的四分之一时，辐射的强度最大，产生谐振。13天线基本概念方向图--Pattern

用垂直平面和水平平面上表示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性。增益--Gain

天线增益是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与参考天线的场强相比，功率密度增强的倍数定义为增益。14半波振子理想点源（无耗均匀辐射器）eg:0dBd=2.15dBidBdanddBi2.15dB天线基本概念15例：1个dipole

接收功率：1mW多个dipole组阵

接收功率：4mWGAIN=10log(4mW/1mW)=6dBd天线基本概念16天线基本概念输入阻抗--Impendance

天线可以看作是一个谐振回路，一个谐振回路当然有其阻抗。当天线的阻抗与馈线的阻抗一致，能达到最佳效果。

Cable

50ohmsAntenna

50ohms 17驻波比--VSWR

天线驻波比是表示馈线与天线匹配程度的指标。它的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后未被全部辐射出去，产生反射波，反射波和入射波迭加生成驻波。

入射波和反射波两者叠加时，在相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。天线基本概念

驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax电压驻波比VSWR＝──────────────驻波波节电压辐度最小值Ｖmin18天线基本概念反射系数

：反射波和入射波幅度之比回波损耗RL：前向功率和反射功率之比并取对数。9.5W50ohms前向:10W反向:0.5WReturnLoss：10log(10/0.5)=13dB19天线基本概念RL与VSWR：

=(VSWR-1)/(VSWR+1)VSWR=(1+)/(1-)RL=-20lgRL＝13dB，

＝0.2239，VSWR＝1.577驻波比对系统传输的影响：一般要求天线的驻波比小于1.5，驻波比是越小越好，但工程上没有必要追求过小的驻波比；1.4和1.5的驻波比，在反射系数上仅差3.3%，对RF功率辐射的影响差别较小。20天线基本概念极化方式--Polarization

天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度（图中红箭头）方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。VerticalHorizontal21天线基本概念波束宽度--BeamWidth

在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波束宽度（又称波瓣宽度或主瓣宽度或半功率角）。波束宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。120°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dBBeamwidth60°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dBBeamwidth22下副瓣抑制(dB)上副瓣抑制(dB)旁瓣--Sidelobes

天线基本概念23F/B=10log（前向功率／后向功率） typically：25dB后向功率前向功率前后比—FronttoBackRatio

主瓣最大值与后瓣最大值之比天线基本概念24下倾角—DownTilt无下倾机械下倾固定电子下倾可调电子下倾遥控可调电子下倾机械电调可组合使用天线基本概念25机械下倾：物理地向下倾斜天线。虽然采用这种技术也能使同频干扰降低，但由于采用物理下倾，波瓣会产生失真，严重时会在主辐射方向上出现凹陷失真，并且其调整倾角的精度较低。电子下倾：通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。天线基本概念26天线基本概念电子下倾原理示意图27不下倾电调下倾机械下倾天线基本概念28天线3dB角、挂高、俯仰角以及覆盖距离之间的关系天线基本概念29空分多址大大增加系统容量智能天线原理使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。智能天线基本原理30智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列。当移动台距天线足够远，实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时，可以近似地认为信号来自一个方向，即为平面波。智能天线基本原理31以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元）空域上入射波距离相差Δd=m·Δx·cosθ时域上入射波相位相差智能天线基本原理32

可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为

其中，A增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因子。智能天线基本原理33正如正弦波叠加的效果，假设第m个阵元的权因子

选择不同的Φ0，将改变波束的所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向。定义：智能天线基本原理34智能天线基本原理固定多波束自适应多波束智能天线通过自适应算法控制加权，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。35智能天线基本原理36智能天线基本原理智能天线是一种空分多址技术，主要包括两个方面：空域滤波：空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的有用信号。波达方向(DOA)估计：在进行空域滤波前，一般需要估计有效来波信号的波达方向，而用户数往往大于阵元数，因此当前DOA估计技术的研究焦点是超分辨估计算法。37通道校正原因各阵列通道的幅度、相位出厂不一致器件的衰老周期不一致天线校正

调整激励权值使各阵元之间的幅度、相位特性保持一致。校正方法

通过“耦合网络”把校正信号耦合到天线各阵元，进行上、下行通道校正。智能天线校正38全向智能天线定向智能天线智能天线实物图39智能天线实物图40目录天馈系统组成及原理智能天线射频拉远RRU馈线天馈系统安装智能天线选型41ZXTRBBU+RRU系统(射频拉远)BBU和RRU之间传输的是基带数据，中频和射频功放部分都放在室外RRU部分处理BBU和RRU通过光纤传输(1.25Gbit/s光纤承载24A&C数据)，工程施工大大简化了基带池的概念，NodeB的容量增加了，ZXTRB328满配支持72单频点小区的配置42ZXTRB328+R04典型工程应用43R04收发信通道单板名称说明RIICRRU接口中频控制板RTRBRRU收发信板RLPBRRU低噪放功放子系统RFILRRU腔体滤波器子系统44ZXTRB30基站的主要特点最大支持3载3扇配置[单载扇容量：23个等效话音信道]每个扇区需要2个TMB，1幅天线最大需要6个TMB，3幅天线射频馈线27根工程施工、维护是个难题！45满足TD-SCDMA网络建设低成本快速建网需求“光纤到塔顶”方式，施工简便，组网灵活，成本低大容量的BBU（ZXTRB328）满足各种运用需求，扩容非常方便支持6载波的RRU，满足各种容量需求，同时扩容仅增加BBU的部分配置室外全天候RRU，满足各种运用场景需求快速建设经济灵活、可盈利的TD-SCDMA网络BBU＋RRU解决方案总结46ZXTRR04和B30对比(机房)从机房到塔顶(楼顶)的线缆施工变得非常简单47BBU+RRU演进的工程优势传统基站向BBU+RRU方式的演进从质的方面改变了TD-SCDMA天馈工程复杂程度。大大降低了工程成本、维护成本。为TD-SCDMA产业化奠定了基础。48目录天馈系统组成及原理智能天线射频拉远R04馈线天馈系统安装智能天线选型49馈线通信线路上的传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等同轴电缆

由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成的。柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。由于他的屏蔽性能好，抗干扰能力强，通常多用于射频信号传输。5060m以下：主馈线使用1/4”超柔馈线60m以上：1/2”普通馈线跳线：1m、2m、5m长度接头：馈线、跳线均为N型直头馈线同轴电缆软跳线外场情况51目录天馈系统组成天馈系统安装智能天线选型52天馈的安装准备工作：物业协调：在任何公共、单位或个人所有的建筑上安装天馈系统，均应事先协调获得许可；规划及合同要求：确定位置、安装方式、工作地连接方式、高度、安装体承受强度等；防雷接地：确定防雷措施，若安装避雷针需要确定防雷地线的接地方法；物料准备及测试：确定物料是否齐备、进行必要的性能测试；工具准备：制作电缆接头的专用工具等；培训及督导：安装人员应接受认真培训，阅读操作说明，并应有督导人员参与监督；记录表格：记录现场安装情况。53天馈系统安装流程开始工程准备天馈安装系统调测接头密封结束★安装流程图★★附件安装顺序★基站天线室外单元天线跳线主馈缆信号电缆避雷针接地卡541.5m

角度小于45度

TD圆阵

抱杆安装原则：抱杆高度必须低于天线；避雷针距天线至少1.5m（避雷针尽可能细，采用另外的抱杆）；考虑避雷针最高点，使整个天线在避雷区内，避雷针最高点与天线最高点夹角小于45度；天线须处于环境的最高点（周围40-50m没有明显反射物）；架设时尽可能垂直于地面。智能天线安装—圆阵55智能天线安装—线阵安装原则：如果是环铁架定向安装，则需要保证阵与阵之间的间距（最小距离）为2m以上，按要求下倾，避雷针安装在多个扇区所围成的区域中间；如果是靠墙边安装，则各个扇区天线需要独立安装避雷针，此时的避雷针安装较简单，需要比天线最高端高1m以上，在后背板安装即可，避雷针尽量细一些。56天馈系统安装实例—线阵57天馈系统安装实例—圆阵58NodeB机柜顶端走线图59目录天馈系统组成天馈系统安装智能天线选型60智能天线与我司联系的天线厂家：摩比、海天、通宇、安德鲁、京信天线的工作频段：主要针对2010～2025MHz频段，也有包含2010～2025MHz及1880～1920MHz两个频段的天线。61智能天线参数对比单天线增益dBi赋形增益dB广播信道增益dB8元线阵150度：9154元线阵150度：6158元圆阵87862不同阵元数天线性能对比63不同阵元数天线性能对比如果采用MJD，6天线和8天线都能达到满码道工作，但四天线达不到满码道；当满码道工作时，6天线的小区半径相对8天线的小区半径约有20%的覆盖损失，每扇区6用户时，覆盖损失18%左右；采用MJD后，4天线上下行均可以达到6用户，但是相对于8天线MJD，上行覆盖损失48％，下行损失33％；如果采用SJD，6天线不能达到满码道工作，而8天线可以满码道工作，这是由于天线赋形波束的原因；6天线MJD单天线增益为17dBi的8用户下行覆盖半径比15dBi增加约19%，上行增加约17%。如果采用6天线MJD，单天线增益变成17dbi时，上行覆盖半径比8天线MJD（15dBi）的上行小6.7%，下行覆盖半径比后者小3%。64智能天线的选型与网规密切相关的参数：增益方向图水平波瓣宽度垂直波瓣宽度下倾角度65天线增益是天线的重要参数，不同的场景要考虑采用不同的天线增益；密集城市，站点密集，用户数较多而且相对集中，为降低小区间和小区内的干扰，公共信道水平波瓣半功率角应较小。农村和乡镇，增益可以适度加大，半功率角也可适当加大，达到广覆盖的要求，增大覆盖的广度和深度；公路和铁路，增益可以比较大，由于水平波瓣角较小，增益较高，可以在比较窄的范围内达到很长的覆盖距离。智能天线选型原则—增益66智能天线选型原则—波瓣角不同的水平波瓣宽度适合于不同的场景；在城市适合65度的三扇区定向天线，城镇可以使用水平波瓣角度为90度，农村则可以采用90度，对于高速公路可以采用20度的高增益天线。67智能天线选型原则—波瓣宽度水平波瓣宽度的选取：基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域，天线的水平波瓣宽度应选得小一点；覆盖半径较大，话务分布较少的区域，天线的水平波瓣宽度应选得大一些。垂直波瓣宽度的选取：覆盖区内地形平坦，建筑物稀疏，平均高度较低的，天线的垂直波瓣宽度可选得小一点；覆盖区内地形复杂、落差大，天线的垂直波瓣宽度可选得大一些。覆盖距离覆盖范围垂直波束宽度、下倾角水平波束宽度、方位角68区域类型天线挂高建筑物高度要求密集城区30~40m不要选在比周围建筑物平均高度高6层以上的建筑物上，最佳高度为比周围建筑物平均高度高2~3层一般城区郊区30~50m不要选在比市郊平均地面海拔高度高很多的山峰上农村根据周围环境而定天线挂高69干扰的产生：城区环境密集，很容易产生信号的交叉覆盖，产生导频污染和信号之间的干扰；干扰的分类：本小区干扰、临小区干扰，临小区干扰加大将会降低系统容量；下倾角：较小覆盖范围，降低干扰强度；电子下倾为主，机械下倾为辅，下倾最高幅度范围可