无线网络规划基础

1、WCDMA无线网络规划基础,1.0,课程目标,熟悉无线电波传播原理，为后续的链路预算等做理论准备。 介绍天线有关知识，常用指标含义。 了解射频的基础知识，以及无线网络规划优化中经常使用的器件和仪器等 。 了解数字电子地图的相关知识。,学习完本课程，您将能够：,课程内容,T,第一章 无线电波知识 第二章 天线的知识介绍 第三章 射频基础知识,第一章 无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,基本原理无线频谱,不同的频段内的频率具有不同的传播特性,基本原理电磁波的传播,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

2、化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。 如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波 如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波,基本原理传播途径,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）,建筑物反射波 绕射波 直达波 地面反射波,基本原理传播路径,第一章 无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,无线传播环境,电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域

3、） 人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况,准平滑地形 表面起伏平缓，起伏高度小于 等于20米的地形 不规则地形 除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等,地形分类,信号衰落,抗快衰落措施分集,信号分集,时间分集 符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术 空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。 频率分集 GSM采用跳频 CDMA采用扩频技术,电波时延扩展,起源于反射，主要指到达接收机的主信号

4、和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题 发射信号来自远离接收天线的物体,绕射损耗,电磁波在绕射点四处扩散 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向 扩散损耗最为严重 计算公式复杂，随不同绕射常数变化,电磁波穿透墙体的反射和折射,穿透损耗（1）,室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大,穿透损耗（2）,物体阻挡/穿透损耗为： 隔墙阻挡：520dB 楼层阻挡：20dB， 室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层 家具和其它障碍物的阻挡： 215dB 厚玻璃： 610dB 火车车厢的穿透损耗为：1530d

5、B 电梯的穿透损耗： 30dB左右 茂密树叶损耗：10dB,第一章 无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,常用传播模型,自由空间传播模型 平坦地形传播模型 Okumura(奥村)/Hata模型 COST231-Hata模型 COST231 Walfish-Ikegami模型 Keenan-Motley模型 计算机辅助计算模型,Lo=91.48+20lgd, for f=900MHz Lo=97.98+20lgd, for f=1900MHz Lo=99+20lgd, for f=2100MHz,自由空间传播模型,自由空间传播模型适用于具有各

6、向同性传播介质（如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并不存在，但空气介质近似于各向同性介质。,Ploss = L0+10lgd -20lghb - 20lghm = 4 路径损耗斜率 hb：基站天线高度 hm：移动台高度 L0：与频率有关地参数 基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗,平坦地形传播模型,适用范围： 频率范围 f:1501500MHz 基站天线高度 Hb:30200m 移动台高度 Hm:110m 距离 d:120km,Okumura-Hata模型,宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用 频率超过1500MHz以上时不适用,Lu=69.55 +

7、 26.16logf - 13.82loghb+(44.9 -65.5loghb)logd - a(Hm),Okumura-Hata模型,市区（中、小城市）： a (Hm) = 1.1*log(f) - 0.7*Hm - 1.56*log(f) - 0.8 市区（大城市）： a (Hm) = 8.29*log(1.54*Hm)2 - 1.1（for f = 400 MHz） 郊区： Lsu (dB) = Lu-2*log(f/28)2-5.4 农村 (准开阔地)： Lrqo (dB) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33*log(f)-35.94 农村 (开阔地)： Lro (d

8、B) = Lu-4.78*log(f)2+18.33*log(f)-40.94,适用范围： 频率范围 f:15002000MHz 基站天线高度 Hb:30200m 移动台高度 Hm:110m 距离 d:120km,宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用 频率超过2000MHz或低于1500MHz时不适用,COST 231-Hata模型,Lu(dB)= 46.3 + 33.9*log(f) 13.82*log(Hb) a(Hm) +44.9 6.55*log(Hb)*log(d) + Cm,COST 231-Hata模型,中等城市和郊区中心区： Cm = 0 dB 大城市：

9、 Cm = 3 dB 农村 (准开阔地)： Lrqo (dB) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33*log(f)-35.94 农村 (开阔地)： Lro (dB) = Lu-4.78*log(f)2+18.33*log(f)-40.94,适用范围： 频率范围 f:8002000MHz 基站天线高度 Hb:450m 移动台高度 Hm: 13m 距离 d:0.025km 建筑物高度 Hroof (m) 路面宽度 w (m) 建筑物间距 b (m) 相对直射波方向的街道走向 ( ),COST 231 Walfish-Ikegami模型,市区环境，宏蜂窝或微蜂窝 郊区环境或乡村环境不适

10、用,COST 231 Walfish-Ikegami模型,Lb = 42.6 + 26*log(d) + 20*log(f) for d = 0.020 km Or: Lb = Lofor d 0.02km 其中，Lo为自由空间传播损耗,对于高楼林立的街道（Street Canyon）传播环境，基站天线通常低于周围建筑物的屋顶高度。受传播环境的影响，无线信号通常只能沿街道走向传播。,基站与移动台之间有可视路径（LOS）,Lb = Lo for Lrts + Lmsd = 0 其中，Lo为自由空间传播损耗,COST 231 Walfish-Ikegami模型,基站与移动台之间无可视路径（Non-

11、LOS）,无线传播模型,L=K1 + K2log(d) + K3log(HTxeff) + K4Diffraction + K5log(d)log(HTxeff) + K6(HRxeff) + Kclutterf(clutter),K1: 常数 (dB). K2: log(d)的乘数因子 d: 发射天线和接收天线之间的距离(m). K3: log(HTxeff).的乘数因子 HTxeff: 发射天线的有效高度 (m). K4: 衍射衰耗的乘数因子，它必须是正值。. Diffraction loss: 经过有障碍路径引起的衍射损耗(dB). K5: log(HTxeff)log(d)的乘数因子.

12、 K6:的乘数因子. K7: 接收天线的有效高度(m). Kclutter: for f(clutter)的乘数因子. f(clutter): 因地物所引起的平均加权损耗.,UNET规划软件模型,Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff) +K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kclutter,Pathloss：路径损耗(dB) K1：与频率相关的常数 K2：距离衰减常数 K3、K4：移动台天线高度修正系数 K5、K6：基站天线高度修正系数 K7：绕射修正系数 Kclutter：地物衰减修正系数 d：基站与移动台之间的距离(km) Hms、Heff

13、：移动台天线和基站天线的有效高度(m),ASSET规划软件模型,无线传播模型,思考题,移动通信系统使用的是无线电波的哪个频段？ 无线电波主要有哪几种传播方式？ 无线传播环境中，信号衰落主要有哪两种形式？各自的特点及产生原因是什么？ 无线传播环境中，信号传播损耗主要有哪几种形式？ 常见的传播模型有哪些？各自的应用环境是什么？,本章小结,本章主要讲述了无线电波的相关知识，需要掌握的知识包括： 无线电波的传播途径 无线电波的损耗和色散特性，以及主要的补偿方案 常用的无线电波模型，掌握主要涉及的参数,课程内容,T,第一章 无线电波知识 第二章 天线的知识介绍 第三章 射频基础知识,第二章 天线的原理及

14、应用,第一节 天线的工作原理 第二节 天线的分类 第三节 天线的电气指标 第四节 天线的机械指标 第五节 天线新技术介绍,天线的位置和作用,8防雷保护器,主馈线（7/8“）,5馈线卡,6走线架,4接地装置,3接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带,1天线调节支架,GSM/CDMA 板状天线,抱杆（50114mm）,2室外馈线,9室内超柔馈线,7馈线过线窗,基站主设备,基站天馈系统示意图,天线的工作原理,当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关； 如果导线位置由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱； 如果将两导线张开，

15、这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强； 当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱； 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射； 通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子； 两臂长度均为1/4波长的振子叫做对称半波振子。,移动天线的工作原理,按照辐射方向划分,图：定向方向,图：全向天线,天线的分类（一）,按照外型划分,板状天线,帽形天线,鞭状天线,抛物面天线,天线的分类（二）,按照极化方式划分,天线的分类（三）,天线的主要电气指标,对称半波振子方向图,顶视,侧视,定向天线方向图,全向天线方向图,天线方

16、向图,dBi与dBd,天线的增益,波束宽度、前后抑制比、零点填充、上副瓣抑制,天线的其他主要电气指标,机械下倾与电下倾,机械下倾,电下倾,天线驻波比,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,天线的主要电气指标,天线的主要机械指标,天线输入接口 天线尺寸 天线重量 风载荷 工作温度 湿度要求 雷电防护 三防能力,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,功分器,耦合器,耦合器,耦合器,同轴式分布式天线系统,应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况,光纤馈电式分布式天线系统,智能天线系统,功能和优势,减少功率,智能天线,

17、两种算法,切换多波束,自适应波束,智能天线,二维联合处理,智能天线-空时信号处理,思考题,天线按信号辐射方向划分，可以分为哪几类？按外形划分，又可分为哪几类？ 天线的主要电气指标有哪些？ 天线的主要机械指标有哪些？ 分布式系统主要有哪几种？ 智能天线与动态多波束天线的主要区别有哪些？,本章总结,天线的工作原理 天线的分类 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线新技术,T,第一章 无线电波知识 第二章 天线的知识介绍 第三章 射频基本知识,课程内容,绝对功率的dB表示 射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：,例

18、如：1W等于30dBm，等于0dBW。,相对功率的dB表示 是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。,功率单位简介,噪声相关概念,噪声 噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（各类点频干扰不算噪声）。 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除以输出信噪比，如下图：,线性系统,噪声相关概念,级联网络的噪声系数公式：,数字调制,各种调制技术的应用,杂散辐射,杂散辐射 杂散辐射是指发信机在频谱发射模板规定的频率范围之外的频段内发射的、信号之外的其他信号，它包括谐波分量、寄生辐射、交调产物、发射机互调产物等。这些杂散辐射都会对其他的无线通信系统造成干扰，对该指标的规定是为了提高系统的电磁兼容性能，以便与其他系统（如GSM）共存，当然这也保证了系统自身的正常运行。,下行通道射频指标,邻道泄漏（ACLR） 邻道泄漏指标是用来衡量发射机的带外辐射特性，定义：邻道功率与主信道功率之比，通常用dBc表示，如下图：,接收灵敏度,接收灵敏度 用功率表示Sm