无线通信技术基础 课件 情境5 信息载体-电磁波与频率

学习目标

二、电磁波的衰落

一、电磁波的4种传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰目录

二、电磁波的衰落

一、电磁波传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰一、电磁波的传播方式环境对电磁波的影响地形形态植物稠密程度建筑群及其密度和高度空旷度水面其它环境因素一、电磁波的传播方式直射波：视距覆盖区域无遮挡的传播，信号最强多径反射波：不同的建筑物或其他物体反射后到达接收点的信号，强度次之绕射波：较大的山丘或建筑绕射后到达接收点，强度和反射波相当散射波：离子受激后2次发射所引起的漫反射后到达接收点的信号，强度最弱电磁波的4种传播方式目录

二、电磁波的衰落

一、电磁波传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰二、电磁波的衰落衰落:由于实际传播环境中复杂的地形、建筑物和障碍物对传播信号的阻碍、反射、绕射和散射，导致接收信号的随机变化。

衰落分为慢衰落和快衰落两种。目录

二、电磁波的衰落

一、电磁波传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰三、3种损耗损耗：是指电磁信号从发射点到达接收点时，二者之间的信号功率之差。电磁波在传播的过程中会受到诸多因素影响，在达到接收点时都会产生损耗，损耗的大小和受到的影响有关系。

损耗可以分为3种：

1.由传输距离引起的路径损耗2.由阴影效应引起的大尺度衰落损耗3.由多径传播引起的小尺度衰落损耗三、3种损耗传输距离引起的路径损耗：距离越远损耗越大，距离越近损耗越小信号频率低时的传输损耗小，信号频率高时的传输损耗大目录

二、电磁波的衰落

一、电磁波传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰四、8种特殊效应特殊效应：阴影效应：高大建筑物阻挡形成盲区多径效应：电磁波被多种物体反射后的多径传输引起多普勒效应：物体高速运动引起频率扩散，扩散程度与速度成正比呼吸效应：小区的覆盖范围随着网络用户数的变化而变化远近效应：靠近基站的手机到达基站的信号就强，而远离基站的手机到达基站的信号就弱，这样将导致强信号掩盖弱信号特殊效应：孤岛效应：当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，在很远处出现“飞地”隧道效应：由于地形的原因，形成隧道的效果，导致信号传播很远，造成越区覆盖。拐角效应：当移动台沿着一个拐角移动时，移动台的接收信号电平发生变化。四、8种特殊效应目录

二、电磁波的衰落

一、电磁波传播方式

三、3种损耗

四、8种特殊效应

五、3种干扰五、3种干扰干扰的种类：同频干扰互调干扰邻频干扰五、3种干扰同频、邻频干扰的影响功率频率同频信号1同频信号2f1干扰区域干扰区域邻频信号1邻频信号2f2f3五、3种干扰载干比：加到接收天线输入口的有用载频功率（C）与干扰信号（I）功率的比值。抑制比：接收天线输入口的有用载频功率（C）与邻频干扰信号（A）功率的比值。无线信号干扰的评判GSM要求：同频载干比：C/I≥9dB；工程中加3dB的余量，即C/I≥12dB；邻频抑制比：C/A≥－9dB；工程中加3dB的余量，即C/A≥－6dB；载波偏离400KHZ时的干扰保护比：C/I≥-41dB学习目标

二、分集技术

一、功率控制技术

三、跳频技术目录

二、分集技术

一、功率控制

三、跳频技术一、功率控制功控是什么？

为什么要功控？概念：

在保证通信质量的前提下，根据需要调整基站与手机的发射功率。目的：1.在保证足够好的（C/I值）通话质量的情况下，降低发射功率，从而降低整网干扰、减少功耗。2.克服远近效应依据：

手机和基站上报的测量报告一、功率控制远近效应的影响A远离基站，B靠近基站，假设A、B使用相同功率进行发射，由于路径损耗不同，导致A到达基站的信号强度低于B的强度，B的信号会将A信号淹没。一、功率控制按功控方向分类：功率控制分为上行功率控制和下行功率控制，上下行控制独立进行上行功控：调整MS输出功率，使BTS获得稳定接收信号强度，减少频率干扰，降低MS功耗。下行功控：调整BTS输出功率，使MS获得稳定接收信号强度，减少频率干扰，降低BTS功耗。MSBTS一、功率控制按功率控制的方法分：普通功率控制

功率调整按步长进行，管理人员可以设置步长，比如步长是2dB,4dB等

快速功率控制每次功率控制的步长不由OMCR确定,而由当时的条件决定,一般来讲,

步长比较大,功率控制能很快调节到理想值一、功率控制好---降低发射功率一般---发射功率不变差---提高发射功率通信质量功率控制原理：为了降低系统信道间的干扰，可以设置一个通信质量范围，一旦高于此范围则降低发射功率；如低于此范围可以提高发射功率（不能高于设备允许的最大功率）；如在范围内则功率不变。一、功率控制周期最快480msMSBTSBSCSACCH测量数据保存测量数据平均处理功率控制决策功率控制命令发送测量数据修正功控流程功控频率：480ms步长：2dB或4dB功控因素：接收电平接收质量（误码率）一、功率控制正常电平0

正常质量0低电平1

低质量1高电平2

高质量2电平质量决策输出00保留01提高02保留10提高11提高12保留20降低21提高22降低功控策略目录

二、分集技术

一、功率控制

三、跳频技术二、分集技术分集技术概念：把收到的多径信号先分离成互不相关的多路信号,由少变多,再将这些信号

的能量合并起来,由多变少,从而改善接收质量采用分集技术的原因：阴影效应：障碍物的阻挡多径效应：多条长短不同路径的信号引起失真两种效应的区别：

阴影效应：长距离均值变化，慢衰落多径效应：短距离变化剧烈，快衰落根据分集的目的可分为：

（1）

宏观分集

使用多个基站同时发送信号，绕开障碍物，接收端选择信号最强的基站进行通信，基站数目视情况而定二、分集技术根据分集的目的可分为：

（2）

微观分集

它是以抗快衰落为目的采用同一天线场地方式的分集技术。根据获得独立路径信号的方法又可分为：

空间分集极化分集时间分集频率分集二、分集技术根据信号传输的方式可分为：

（1）显分集

构成明显的分集信号的传输方式，指利用多副天线接收信号的分集。

（2）隐分集

分集作用隐含在传输信号之中的方式，在接收端利用信号处理技术实现分集。

主要的隐分集技术有交织编码技术、跳频技术、直接扩频技术等。二、分集技术空间分集:概念：是指利用2根或2根以上的天线来接收同一路信号工作原理：依据在于快衰落的空间独立性。要求：空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关.天线m切换逻辑或解调器输出1G1G2Gm2m可变增益天线2天线1二、分集技术极化分集概念：是指使用双极化天线进行接收同一路信号工作原理：空中的水平极化和垂直极化路径是非相关的实现方式：使用水平和垂直两个正交的分集支路，也称正交极化分集；是一种特殊的空间分集方式；目前普遍使用发射/接收

45°角双极化天线优点：结构紧凑、节省空间二、分集技术频率分集概念：方式是指用两个或两个以上的频率来传送相同的信息的方式工作原理：基于在信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落实现方式：信号载波频率跳变、扩展频谱技术优点：减少了天线数目缺点：要占用更多的频谱资源，在发端需要多部发射机。

二、分集技术时间分集概念：是指以超过信道相干时间的间隔重复发送相同的信号的分集方式。工作原理：在相干时间之外的信号不会出现同样的衰落，也就是说各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的；作用：有利于克服移动信道中因多普勒效应引起的衰落现象。优点：减少天线数目缺点：频率利用率低二、分集技术合并技术：1、选择合并2、最大比值合并3、等增益合并无论是哪种合并方法都可以归结为下面的公式即：合并技术的关键就是确定加权值二、分集技术1.选择合并原理:选择出来一个信噪比最好的信号，即：只有一个加权值为1，其余均为零。2.最大比值合并原理：

各条支路加权系数与该支路信噪比成正比。信噪比越大则加权系数越

大，对合并后信号贡献也越大。是最优的合并方式。3.等增益合并原理：

类似最大比值合并，只不过将加权值全都置为1，牺牲部分性能来换取

系统实现的简易性二、分集技术在相同分集重数情况下，最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之；在分集重数较小时，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一种较实用的合并方式；选择式合并只利用了最强的一路信号，而其它各支路信号都没有被利用，所得到的信噪比改善量最少。不同合并方式的性能对比二、分集技术目录

二、分集技术

一、功率控制

三、跳频技术三、跳频概念：跳频就是使手机在每个突发序列（Burst）都改变自己的频率。跳频是GSM空中接口的一项重要特性，它是提高网络质量和网络容量的一项有效、经济的手段。……Bn||fnBn-1||fn-1B1||f1BURST三、跳频跳频作用：1.频率分集由于采用了跳频技术，一个慢速移动的MS停留在一个瑞利衰落谷点的时间不会长于一个TDMA帧。由于多径衰落的作用，MS接收到的信号强度将变小但更加均匀，MS将感觉到一个更加平滑的无线环境，这就是频率分集的作用。三、跳频跳频作用：2.干扰分集MS在每个TDMA帧改变频率，MS在一个跳频频点数目的周期内只经过干扰频点一次，同样的在某一特定频点的干扰将平均分布在所有的MS上(也就是说干扰被其他移动台平均了)。三、跳频从载波改变频率的速度划分：快跳频：频率改变速度快于调制速率慢跳频：频率改变速度慢于调制速率，应用与GSM从实现方式划分：基带跳频：每个载频单元频率不变，基带单元和载频单元的连接方式发生改变射频跳频(合成器跳频）：基带单元和载频单元的连接方式是固定的，载频单元的频率发生改变三、跳频基带跳频特点：每个TX被分配一个固定的频点优点：可以使用窄带可调谐滤波合路器，这种合路器最多能够合路12路信号和16路信号缺点：跳频的频点数受到TX数目的限制，单个TX的故障将影响到整个小区。三、跳频射频跳频特点：TX在每个Burst改变一次频率，MS只采

用射频跳频优点：跳频频点数可以大于TX数目，可获得更

大的跳频增益，单个TX的故障只影响单

个TX内的八个时隙缺点：必须使用宽带混合合路器，TX数目越

多，合路器损耗越大三、跳频基带跳频和射频跳频的比较比较项目基带跳频射频跳频载频单元的频率不变变载频板和基带板的连接方式变不变参与跳频频点数量受限于载频单元数目无限制合成器窄带宽带注意：1、手机只能使用射频跳频，因为手机只有一套载频单元，基站则两种皆可使用2、BCCH不参与跳频三、跳频跳频参数跳频序列号HSNHSN=0~63，0=循环顺序；1~63=随机MA（跳频序列）跳频的频率集合，最多可以有64个频率在一个MA内移动分配指数偏移量MAIO

描述跳频重复功能的起点，0<MAIO<n-1，学习目标

二、频率复用技术

一、GSM使用的频率

三、频率规划制作目录

二、频率复用

一、GSM使用的频率

三、频率规划一、GSM使用的频率信道间隔：200kHz1710178518051880双工距离:95MHz890915935960双工距离:45MHzGSM900:DCS1800:一、GSM使用的频率890.2MHz200kHz914.8MHz200kHz100kHz100kHz890.1MHz890.3MHz914.7MHz914.9MHz25MHz(124个ARFCN)890MHz915MHz25MHz(124个ARFCN)935MHz960MHz45MHzf双工间隔绝对射频频道号和信道间隔国内运营商GSM网络分配的频率运营商网络上行下行绝对射频频道号范围中国移动GSM900890—909935—9541-94中国联通GSM900909—915954—96096-124中国移动GSM18001710—17201805—1815512-562中国联通GSM18001730—17401825—1835686-735一、GSM使用的频率绝对射频频道号（ARFCN）和频率之间关系GSM900系统频道编号为:1-124共124个频点(1

n

124)Fu(n)=890+0.2

nMHzFd(n)=Fu(n)+45MHzDCS1800系统的频道编号为：512~885共374频点

（512

n

885）Fu(n)=1710.2+0.2

(n-512)MHzFd(n)=Fu(n)+95MHz一、GSM使用的频率目录

二、频率复用

一、GSM使用的频率

三、频率规划二、频率复用频率复用的概念频率复用技术是指同一载频的无线信道用于覆盖不同的区域，这些区域彼此相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在系统允许范围内，这样作的结果相当于宝贵的频率资源获得再生。频率资源有限，假设有8MHz频率资源，则8MHz=>40chs*8ts=>320ts

==>max.320个用户同时通话!!!频率复用原因{fi,fj..fk}{fi,fj..fk}{fi,fj..fk}{fi,fj..fk}....大区制小区制d二、频率复用分层紧密复用方式同心圆复用方式分离复用方式（1×1、1×3）频率复用方式GSM无线网络规划基本上采用4*3频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形60°扇区或3个120°扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够比较可靠的满足GSM标准的要求。注意：GSM要求C/I大于9dB，工程要求大于12dB二、频率复用4*3频率复用模型二、频率复用BCCHTCH1TCH2TCH3TCH4{f1,f3,f5...f23}{f1,f2,f3,f4,f5...f40}{f2,f4..f22,f24...f40}分层紧密复用分层紧密复用技术是指在同一GSM网络中，将总的频率资源先按一定的规则划分为不同的子频率组，每个子频率组采用不同的复用模型将频点分配到每个小区中。二、频率复用目录

二、频率复用

一、GSM使用的频率

三、频率规划三、频率规划1）同基站内不允许存在同频邻频频点；2）直接临近的基站避免同频邻频；3）距离较近的基站尽量避免同邻频；4）重点关注同频复用，避免邻近区域存在同BCCH同BSIC；频率规划原则三、频率规划4*3频率规划案例例：可把联通GSM系统29个频点如下进行分配，可以看出大部分小区只能分配两个频点，部分小