《移動通信技術(shù)》教學PPT課件

《移動通信技術(shù)》教學PPT課件,移動通信技術(shù),移動,通信,技術(shù),教學,PPT,課件 南京信息職業(yè)技術(shù)學院 移動通信技術(shù)移動通信技術(shù)通信學院移動教研室第第1章章 概述概述1 第第4章章 移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)4第第2章章 天線與電波傳播天線與電波傳播2 第第5章章 GSM系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化5第第3章章 移動通信基本技術(shù)移動通信基本技術(shù)3 第第6章章 CDMA系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化6 第第7章章 增強覆蓋系統(tǒng)增強覆蓋系統(tǒng)77移動通信技術(shù) 目目 錄錄2第2章 天線與電波傳播 目目 錄錄2.1 電磁波電磁波12.3 電波傳播模型電波傳播模型32.4 天線天線42.2 移動信道的特征移動信道的特征22.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)5第第2章章 天線與電波傳播天線與電波傳播 利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式稱為無線通信。移動通信是無線通信中的一種。無線信道不像有線信道那樣固定并可預(yù)見，而是具有極度的隨機性。所以研究移動通信的首要問題就是電波的傳播特性，我們必須了解和掌握移動通信環(huán)境中無線電波傳播的基本特點與規(guī)律。什么是電磁波？什么是電磁波？2.1 電磁波電磁波電磁波是怎么產(chǎn)生的？電磁波是怎么產(chǎn)生的？電磁波具有什么特點呢？電磁波具有什么特點呢？電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，變動的電會產(chǎn)生磁，變動的磁則會產(chǎn)生電。變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波。2.1.1 2.1.1 電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生2.1 電磁波電磁波電場電場電場電場電場電場振振子子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場 電磁波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。2.1 電磁波電磁波池塘中的波紋：能量從源點向四周傳播，并逐漸減弱電磁波的傳播與此類似，不同之處（當輻射源是各向同性的理想點源時）：在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質(zhì)不同，空氣、障礙物、反射物2.1 電磁波電磁波無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系 在公式中，為速度，單位為m/s；為頻率，單位為Hz；為波長，單位為m。由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。波長波長2.1 電磁波電磁波若按照波長或頻率的順序?qū)﹄姶挪ㄟM行排列，即電磁波譜。無無線線電電波波主主要要分分布布在在3Hz到到3000GHz之之間間。不不同同頻頻率率的的無無線線電電波波具具有有不不同同的的傳傳播播特特性性。頻頻率率越越低低，傳傳播播損損耗耗越越小小，覆覆蓋蓋距距離離越越遠遠；而而且且頻頻率率越越低低，繞繞射射能力越強。能力越強。2.1.2 2.1.2 電磁波譜電磁波譜2.1 電磁波電磁波無線頻譜2.1 電磁波電磁波無線電波傳播的方式一般分為地波、空間波、散射波及天波等四種。2.1.3 2.1.3 無線電波的傳播特性無線電波的傳播特性圖2-3 不同的傳播模式2.1 電磁波電磁波對工作于VHF和UHF頻段的移動通信來說，電波傳播方式主要是空間波，即直射波、反射波、繞射波、散射波以及它們的合成波等方式傳播。圖2-5 電波傳播方式2.1 電磁波電磁波1、直射波在無遮擋物的情況下，無線電波以直線方式傳播，即形成直射波，直射波傳播的接收信號最強。2.1 電磁波電磁波2、反射波當無線電波在傳播過程中遇到比其波長大得多的物體時會發(fā)生反射，例如地球表面、建筑物墻壁表面、樹干等。2.1 電磁波電磁波3、繞射波是指在無線電波傳播路徑上，當被尖銳的邊緣阻擋時將發(fā)生繞射，由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至到達阻擋物的背面，即在阻擋物的背后產(chǎn)生無線電波的現(xiàn)象。4、散射波當無線電波傳播的介質(zhì)中存在小于波長的物體且單位體積內(nèi)阻擋物的個數(shù)非常大時，將會發(fā)生散射。散射波一般產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體，例如：樹葉、街道標志、燈柱等。2.1 電磁波電磁波5、透射波當無線電波到達兩種不同介質(zhì)界面時，將有部分能量發(fā)射到第一種介質(zhì)中（即反射線），另一部分能量透射到第二種介質(zhì)中（即透射線或折射線）。6、總結(jié)一般來說直射信號是最強的，反射信號、透射信號次之，繞射信號再次，散射信號最弱。2.1 電磁波電磁波移動信道屬于無線信道，但要與一般具有可移動功能的無線接入的無線信道有所區(qū)別，它是移動的動態(tài)信道，取決于用戶所在環(huán)境條件的不同而不同，其信道參數(shù)是時變的。利用移動信道進行通信，首先必須分析和掌握信道的基本特點和實質(zhì)，然后才能針對存在的問題一一對癥下藥，給出相應(yīng)的技術(shù)解決方案。2.2 移動信道的特征移動信道的特征2.2.1 2.2.1 四種效應(yīng)四種效應(yīng)2.2 移動信道的特征移動信道的特征遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)1 12 23 34 4多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)上圖顯示當波源向左移動時，其左邊的頻率變得較高，而右邊的頻率則變得較低。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是波源和觀察者有相對運動運動時，觀察者接受到波的頻率頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。Doppler頻移：V：移動臺速度：信號到達角度2.2 移動信道的特征移動信道的特征GSM系統(tǒng)是間隔200KHz為一個頻點，假如說用戶1的信號在900MHz上通信，用戶2在900.2MHz上通信，大家可以根據(jù)式（2.4）計算一下，用戶1以多大的速度運動會使該用戶的信號頻率變?yōu)橛脩?的通信頻率？2.2 移動信道的特征移動信道的特征 移動電波傳播損耗主要由兩方面構(gòu)成，一是路徑傳播的損耗，二是衰落產(chǎn)生的損耗。u 路徑傳播的損耗：是指電波在空間傳播中由于自身能量的散發(fā)而導致的損耗。u 在移動通信環(huán)境中，信號的多徑傳播和陰影效應(yīng)是不可避免的，而這兩種現(xiàn)象都會使信號的強度隨時間而產(chǎn)生隨機變化，這種變化稱之為衰落。2.2.2 2.2.2 衰落衰落2.2 移動信道的特征移動信道的特征2.2 移動信道的特征移動信道的特征1、快衰落 在陸地移動通信中，移動臺往往受到各種障礙物和其它移動體的影響，以致到達移動臺的信號是來自不同傳播路徑的信號之和。由多徑產(chǎn)生的衰落，衰落速率(每秒種信號包絡(luò)經(jīng)過中值電平次數(shù)的一半)可達每秒30次40次，衰落深度(信號的變動范圍)約為30dB左右，稱這樣的衰落為快快衰衰落落(多多徑徑衰衰落落)或瞬時性衰落或瞬時性衰落。2.2 移動信道的特征移動信道的特征。2.2 移動信道的特征移動信道的特征 2.2 移動信道的特征移動信道的特征 2、慢衰落 所謂慢衰落是指接收天線處的場強中值隨移動臺運動時周圍地形、建筑物等的變化而出現(xiàn)的波動，其變化速率較為緩慢。產(chǎn)生慢衰落有兩個主要原因：陰影效應(yīng)和氣象條件。慢衰落的統(tǒng)計特性：接收信號的局部均值服從對數(shù)正態(tài)分布。2.2 移動信道的特征移動信道的特征 2.2 移動信道的特征移動信道的特征2.2.3 噪聲和干擾噪聲和干擾噪聲按照來源可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。外部噪聲又分為自然噪聲和人為噪聲兩類。2.2 移動信道的特征移動信道的特征2.2.3 噪聲和干擾噪聲和干擾 干擾主要有如下四種：（1）鄰道干擾）鄰道干擾鄰道干擾是指相鄰或鄰近信道之間的干擾。（2）同頻干擾）同頻干擾 由相同頻率的無用信號對接收機形成的干擾，稱為同信道干擾，也稱同頻干擾。同信道復(fù)用：在移動通信中，為提高頻譜利用率，在相隔一定距離之外，要重復(fù)使用相同頻率。2.2 移動信道的特征移動信道的特征 互調(diào)干擾是由傳輸信道中的非線性網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的，當幾個不同頻率的信號同時加入一非線性網(wǎng)絡(luò)時，就會產(chǎn)生各種組合頻率成分，這些組合成分有可能便構(gòu)成干擾信號，即互調(diào)干擾。在工程設(shè)計中，可忽略高階互調(diào)的影響，主要考慮三階互調(diào)干擾。選擇信道組的原則原則：信道組內(nèi)無三階互調(diào)產(chǎn)物，且占用頻段最小。構(gòu)成規(guī)律：任意兩個信道序號差值均不相等，則該信道組是無三階互調(diào)的信道組，否則就有三階互調(diào)干擾。（3）互調(diào)干擾）互調(diào)干擾2.2 移動信道的特征移動信道的特征試檢驗信道序號為1、2、8、12、21、24、26的信道組是否為無三階互調(diào)的相容信道組。2.2 移動信道的特征移動信道的特征 在移動通信系統(tǒng)中，當基地臺同時接收從幾個距離不同的移動臺發(fā)來的信號時，若這些信號的頻率相同或相近，則距基地臺最近的移動臺就會對距離遠的移動臺造成干擾或抑制，甚至有些信號會被淹沒，使基地臺很難收到遠距離的移動臺的信號，這就是近端對遠端的干擾，也稱遠近效應(yīng)。（4）近端對遠端的干擾）近端對遠端的干擾2.2 移動信道的特征移動信道的特征由于移動環(huán)境的多變性和復(fù)雜性，要對接收信號進行準確的計算是相當困難的。無線通信工程上的做法是：在大量場強測試的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計處理，找出各種地形地物下的傳播損耗與距離、頻率以及天線高度的關(guān)系，給出傳播特性的各種圖表和計算公式，建立傳播預(yù)測模型，從而能用較簡單的方法預(yù)測接收信號的中值。2.3 電波傳播模型電波傳播模型 在移動通信領(lǐng)域，已建立了許多場強預(yù)測模型，它們是根據(jù)在不同地形地物環(huán)境下場強實測數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，各有特點，能應(yīng)用于不同場合。常見的模型有以下幾種：u自由空間傳播模型uOkumura(奧村)/Hata模型uCOST231-Hata模型uCOST231 Walfish-Ikegami模型uKeenan-Motley模型u計算機輔助計算模型2.3 電波傳播模型電波傳播模型1.地形的分類 為了計算移動信道中信號電場強度中值(或傳播損耗中值)，可將地形分為兩大類，即準平滑地形和不規(guī)則地形。準平滑地形：是指在傳播路徑的地形剖面圖上，地面起伏高度不超過20m，且起伏緩慢，峰點與谷點之間的水平距離大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形。2.3.1 地形環(huán)境分類地形環(huán)境分類2.3 電波傳播模型電波傳播模型2.地物(或地區(qū))分類 不同地物環(huán)境其傳播條件不同，按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū)：開闊地郊區(qū)市區(qū)2.3 電波傳播模型電波傳播模型 3.天線有效高度 由于天線架設(shè)在高度不同地形上，天線的有效高度是不一樣的。若基站天線頂點的海拔高度為hts，從天線設(shè)置地點開始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內(nèi)的地面平均海拔高度為hga，則定義基站天線的有效高度hb為hb=hts-hga 移動臺天線有效高度hm定義為移動臺天線距地面的實際高度。2.3 電波傳播模型電波傳播模型 1、自由空間傳播模型 所謂自由空間傳播，是指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。2.3.2 傳播模型介紹傳播模型介紹2.3 電波傳播模型電波傳播模型自由空間傳播損耗（自由空間傳播損耗（Lbs）定義為：）定義為：以dB計，得 或 Lbs(dB)=32.45+20lg d(km)+20lg f(MHz)(2-9)式中，d的單位為km，f的單位以MHz計。2.3 電波傳播模型電波傳播模型常用單位辨析（補充）常用單位辨析（補充）日常表征功率常用w、mw等單位，但是在實際工作當中不方便，于是引入了dBm，dB等單位定義：發(fā)射功率P為1mw時，折算為dBm后為0dBm公式為：10*log（P/1mw）1w=30dBm5w=37dBm2w=33dBm10w=40dBmdB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）2、Okumura模型 Okumura模型是日本科學家奧村（Okumura）于20世紀60年代經(jīng)過大量測試總結(jié)得到的。該模型以準平滑地形市區(qū)的場強中值或路徑損耗作為基準，對其他傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。適用范圍：適用范圍：頻率范圍 f:1501920MHz天線高度 Hb:301000m距離 d:1100km2.3 電波傳播模型電波傳播模型1、準平滑市區(qū)路徑損耗中值市區(qū)準平滑地形上的路徑損耗中值可表示為：其中：Am(f,d)：基準損耗中值 Hb(hb,d)：基站天線高度增益因子 Hm(hm,f)：移動臺天線高度增益因子2.3 電波傳播模型電波傳播模型準平滑地形市區(qū)的基準損耗中值準平滑地形市區(qū)的基準損耗中值2.3 電波傳播模型電波傳播模型基站天線高度增益因子基站天線高度增益因子Hb(hb,d)2.3 電波傳播模型電波傳播模型移動臺天線高度增益因子移動臺天線高度增益因子Hm(hm,f)2.3 電波傳播模型電波傳播模型2、其他地形地物的傳播損耗中值 LA=LT-KT 其中其中,KT為地形地物修正因子。為地形地物修正因子。2.3 電波傳播模型電波傳播模型 例1 某一移動信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為70m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為1.5m，天線增益為 0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為 20km。試求：(1)傳播路徑損耗中值；(2)若基站發(fā)射機送至天線的信號功率為 10W，求移動臺天線得到的信號功率中值。例2 若上題改為郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，且m=15mrad,其它條件不變，再求傳播路徑損耗中值及接收信號功率中值。2.3 電波傳播模型電波傳播模型天線作為無線通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射和接收無線電波。發(fā)射時，把傳輸線中的高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電磁波轉(zhuǎn)換為傳輸線中的高頻電流。天線系統(tǒng)作為電磁波的收發(fā)部件，其功能示意圖如下所示。2.4 天線天線天線品種繁多，主要有下列幾種分類方式：u 按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線；u 按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等；u 按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等；u 按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。u 2.4 天線天線 移動通信基站使用的天線一般是由線振子構(gòu)成的天線陣列，天線陣列可以為平面陣或圓形陣等形式。天線陣列外有的套有天線罩，也有不套天線罩的。而天線罩有平板狀或圓形等其它形狀。一般GSM、CDMA基站常見的是板狀天線，而PHS（小靈通）基站使用的是由線天線構(gòu)成的圓形天線陣。2.4 天線天線圖2-28 幾種常見天線2.4 天線天線由物理學常識，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，相互激發(fā)，脫離場源后，以一定的速度傳播，這種特殊物質(zhì)就是電磁波（它以光速傳播）。即電磁波的輻射是由時變電流源產(chǎn)生，或者說是由作加速運動的電荷所激發(fā)的。電磁波的傳播是有方向性的，即傳播方向和電場、磁場相互垂直。2.4.1 天線輻射的基本原理天線輻射的基本原理2.4 天線天線導線載有交變電流時，如圖中第1幅圖所示，如果兩導線的距離很近，兩導線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，如圖中第2、3幅圖所示，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。電磁波輻射示意圖2.4 天線天線對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線。我們把兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為1/4波長、全長為1/2波長的振子，稱為半波對稱振子。對稱振子天線適用于短波、超短波直至微波波段，因其結(jié)構(gòu)簡單、極化純度高而被廣泛應(yīng)用于通信、雷達和探測等各種無線電設(shè)備中。2.4 天線天線 1、輸入阻抗（Impedance）：天線的輸入阻抗是天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)的信號電壓與信號電流之比。2.4.2 天線常見的工程參數(shù)天線常見的工程參數(shù)2.4 天線天線2、回波損耗（ReturnLoss）：當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波?；夭〒p耗就是度量反射信號能量的一種計量方法。2.4 天線天線回波損耗示意圖2.4 天線天線 3、駐波比（VSWR：Voltage Standing Wave Ratio）駐波比是回波損耗的另一種計量方式，它表示了天線和饋線的阻抗匹配程度。其值在1到無窮大之間。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5。2.4 天線天線工程上容易發(fā)生高駐波比的地方：饋線各節(jié)點的接頭接觸不良，雨水滲漏饋線折斷或彎曲角度過大檢查駐波比的儀表是天饋測試儀（sitemaster）2.4 天線天線 4、帶寬（Bandwidth）天線的頻帶寬度指天線的阻抗、增益、極化或方向性等參數(shù)保持在允許范圍內(nèi)的頻率跨度。按照天線帶寬的相對大小，可以將天線分為窄帶天線、寬帶天線和超寬帶天線。2.4 天線天線5、增益（Gain）增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方之比，即功率之比，天線增益衡量了天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力。2.4 天線天線半波振子半波振子理想點源（無耗均勻輻射器）理想點源（無耗均勻輻射器）0dBd =2.15dBi2.15dB常用常用單位：單位：dBd 和和 dBi dBi：表示天線在最大輻射方向場強相表示天線在最大輻射方向場強相 對于全向輻射器的參考值對于全向輻射器的參考值。dBd:表示天線在最大輻射方向場強相對于表示天線在最大輻射方向場強相對于半波振子的參考值半波振子的參考值兩者有一個固定的差值兩者有一個固定的差值：dBi=dBd+2.152.4 天線天線例：例：1個個 dipole 接收功率：1mW多個多個 dipole組陣組陣接收功率：4 mWGAIN=10log(4mW/1mW)=6dBd2.4 天線天線 6、方向圖 方向圖又可稱為波瓣圖，它是一種3維圖形，可以描述天線輻射場在空間的分布情況。所謂水平波瓣圖，是指把天線方向圖沿水平方向縱切后得到的切面圖。而垂直波瓣圖就是把天線方向圖沿垂直方向縱切后得到的切面圖。頂視側(cè)視立體2.4 天線天線全向天線定向天線2.4 天線天線 7、波瓣寬度（Beam-width）在天線的方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩個半功率（-3dB）點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度，又稱為半功率角。60(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB3dB Beamwidth120(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB10dB Beamwidth2.4 天線天線定向天線：65/90/105/120全向天線：3602.4 天線天線定向天線全向天線2.4 天線天線8、極化方式（Polarisation）天線的極化，就是指天線輻射時形成的電磁場的電場方向。垂直極化垂直極化水平極化水平極化+45度極化度極化-45度極化度極化2.4 天線天線V/H(垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜(+/-45)2個天線按照固定角度疊加在一起，傳播2個獨立的波2.4 天線天線單極化天線多采用垂直線極化雙極化天線多采用45雙線極化雙極化天線單極化天線單極化天線2.4 天線天線兩種極化天線外觀識別雙極化天線有兩個端口雙極化天線有兩個端口單極化天線僅一個端口單極化天線僅一個端口2.4 天線天線 9、前后比（Front-Back Ratio）方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它表明了天線對后瓣抑制的好壞。前后比大，天線定向接收性能就好。F/B =10 log(前向功率前向功率/后向功率后向功率）typically：25dB 后向功率后向功率前向功率前向功率2.4 天線天線機械下傾固定電子下傾可調(diào)電子下傾10、下傾方式2.4 天線天線機械調(diào)整天線指的是通過調(diào)整夾具的方法實現(xiàn)下傾角度的調(diào)整；電調(diào)天線調(diào)整指的是通過拉桿的調(diào)節(jié)控制天線內(nèi)置的調(diào)節(jié)裝置調(diào)整天線下傾角度；機械調(diào)整電調(diào)2.4 天線天線p天線下傾方式分為機械下傾和電下傾，而電下傾方式又可分為固定電下傾和可調(diào)電下傾。機械下傾天線只在架設(shè)時傾斜天線，價格較便宜，多用于下傾角度小于10的環(huán)境。電下傾天線價格較貴，其下傾角度范圍較大（可大于10），下傾角度較大時天線方向圖無明顯畸變，天線后瓣也將同時下傾。對于要求下傾角比較大的情況，多采用小角度的固定電下傾天線加上機械下傾方案。2.4 天線天線不下傾不下傾電調(diào)下傾電調(diào)下傾機械下傾機械下傾2.4 天線天線2.4 天線天線天線主瓣上面的旁瓣不僅浪費了天線輻射的能量，而且會對相鄰小區(qū)形成干擾，這些旁瓣應(yīng)該盡量抑制，尤其是較大的第一副瓣。天線主瓣下面的旁瓣需要對周圍區(qū)域形成有效覆蓋，需要對零點進行填充。第一上旁瓣第一上旁瓣第一下零點第一下零點11、旁瓣抑制和零點填充2.4 天線天線2.4 天線天線下旁瓣零值填充，解決高山站的“塔下黑”的問題2.4 天線天線移動網(wǎng)絡(luò)類型不同，基站天線的選擇也有不同的要求。2G時代的GSM、CDMA以及3G時代的幾種制式，不同制式對基站天線的帶寬、三階互調(diào)等性能指標也有著不同的要求?，F(xiàn)在應(yīng)用的基站天線除了TD-SCDMA的智能天線有較大不同外，其它網(wǎng)絡(luò)制式使用的天線基本結(jié)構(gòu)相差不大。在GSM、GPRS、EDGE、CDMA2000、WCDMA等系統(tǒng)中使用的宏基站天線按定向性可分為全向和定向兩種基本類型，按極化方式又可分為單極化和雙極化兩種基本類型，按下傾角調(diào)整方式又可分為機械式和電調(diào)式兩種基本類型。2.4.3 2.4.3 天線的分類與應(yīng)用天線的分類與應(yīng)用2.4 天線天線1全向天線 全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于郊縣大區(qū)制的站型，覆蓋范圍大。2.4 天線天線2定向天線 定向天線，在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于城區(qū)小區(qū)制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。2.4 天線天線3機械天線 所謂機械天線，即指使用機械調(diào)整下傾角度的移動天線。機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的要求，需要調(diào)整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現(xiàn)。在調(diào)整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。2.4 天線天線4電調(diào)天線所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動天線。電子下傾的原理是通過改變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水平分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改變傾角后天線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在服務(wù)小區(qū)扇區(qū)內(nèi)減小覆蓋面積但又不產(chǎn)生干擾。2.4 天線天線5雙極化天線 雙極化天線是一種新型天線技術(shù)，組合了+45和-45兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發(fā)雙工模式下，因此其最突出的優(yōu)點是節(jié)省單個定向基站的天線數(shù)量；同時由于在雙極化天線中，45的極化正交性可以保證+45和-45兩副天線之間的隔離度滿足互調(diào)對天線間隔離度的要求（30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調(diào)天線的優(yōu)點，在移動通信網(wǎng)中使用雙極化天線同電調(diào)天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。2.4 天線天線對于天線的選擇，我們應(yīng)根據(jù)自己移動網(wǎng)的覆蓋，話務(wù)量，干擾和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等實際情況，選擇適合本地區(qū)移動網(wǎng)絡(luò)需要的移動天線：-在基站密集的高話務(wù)地區(qū)，應(yīng)該盡量采用雙極化天線和電調(diào)天線；-在邊、郊等話務(wù)量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的地區(qū)，可以使用傳統(tǒng)的機械天線。2.4 天線天線 基站天線的參數(shù)主要有高度、俯仰角、方位角、天線位置等幾個方面，這些參數(shù)對基站的電磁覆蓋有決定性的影響。所以天線參數(shù)的調(diào)整在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中具有很重要的意義。2.4.4 2.4.4 基站天線參數(shù)調(diào)整基站天線參數(shù)調(diào)整2.4 天線天線 1天線高度 天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關(guān)。移動通信的頻段一般是近地表面視線通信，天線所發(fā)直射波所能達到的最遠距離（S）直接與收發(fā)信天線的高度有關(guān)，具體關(guān)系式可簡化如下：其中：R為地球半徑，約為6370km；H為基站天線的中心點高度；h為手機或測試儀表的天線高度。2.4 天線天線移動通信網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期，站點較少，為了保證覆蓋，基站天線一般架設(shè)得都較高。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基站站點數(shù)逐漸增多，當前在密集市區(qū)已經(jīng)達到約500m左右一個基站。所以在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定規(guī)模的時候，我們必須減小基站的覆蓋范圍，可以適當降低天線的高度，否則會嚴重影響我們的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。其影響主要有以下幾個方面：（1）話務(wù)不均衡 （2）系統(tǒng)內(nèi)干擾 （3）孤島效應(yīng)2.4 天線天線2天線俯仰角天線俯仰角是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中的一個非常重要的事情。選擇合適的俯仰角可以使天線至本小區(qū)邊界的電磁波與周圍小區(qū)的電磁波能量重疊盡量小，從而使小區(qū)間的信號干擾減至最??；另外，選擇合適的覆蓋范圍，使基站實際覆蓋范圍與預(yù)期的設(shè)計范圍相同，同時加強本覆蓋區(qū)的信號強度。2.4 天線天線 一般來說，俯仰角的大小可以由以下公式推算：=arctg（h/R）A/2 其中：為天線的俯仰角；h為天線的高度；R為小區(qū)的覆蓋半徑；A為天線的垂直平面半功率角。上式是將天線的主瓣方向?qū)市^(qū)邊緣時得出的，在實際的調(diào)整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基礎(chǔ)上再加上12度，使信號更有效地覆蓋在本小區(qū)之內(nèi)。2.4 天線天線3天線方位角 天線方位角對移動通信的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常重要。一方面，準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預(yù)期的相同，保證整個網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量；另一方面，依據(jù)話務(wù)量或網(wǎng)絡(luò)存在的具體情況對方位角進行適當?shù)恼{(diào)整，可以更好地優(yōu)化現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)。2.4 天線天線在現(xiàn)行的3扇區(qū)定向站中，一般以一定的規(guī)則定義各個扇區(qū)，因為這樣做可以很輕易辨別各個基站的各個扇區(qū)。一般的規(guī)則是：A小區(qū)：方位角度0度，天線指向正北；B小區(qū)：方位角度120度，天線指向東南；C小區(qū)：方位角度240度，天線指向西南。扇區(qū)的編號按順時針方向依次是A、B、C三個扇區(qū)。2.4 天線天線4天線位置 由于后期工程、話務(wù)分布以及無線傳播環(huán)境的變化，在優(yōu)化中我們曾遇到一些基站很難通過天線方位角或傾角的調(diào)整達到改善局部區(qū)域覆蓋，提高基站利用率。為此就需要進行基站搬遷，換句話說也就是基站重新選點。以下是一些規(guī)劃經(jīng)驗，但在具體操作過程中要根據(jù)實際情況進行設(shè)定。2.4 天線天線（1）基站初始布局在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時應(yīng)結(jié)合當?shù)氐匦魏统鞘邪l(fā)展規(guī)劃進行基站布局：a.基站布局要結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，可以適度超前；b.有重要用戶的地方應(yīng)有基站覆蓋；c.市內(nèi)話務(wù)量“熱點”地段增設(shè)微蜂窩站或增加載頻配置；d.大型商場賓館、地鐵、地下商場、體育場館如有必要用微蜂窩或室內(nèi)分布解決；e.在基站容量飽和前，可考慮采用GSM900/1800雙頻解決方案。2.4 天線天線（2）站址選擇與勘察在完成基站初始布局以后，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師要與建設(shè)單位以及相關(guān)工程設(shè)計單位一起，根據(jù)站點布局圖進行站址的選擇與勘察。選址要求如下：-交通方便、市電可靠、環(huán)境安全及占地面積小。-在建網(wǎng)初期設(shè)站較少時，選擇的站址應(yīng)保證重要用戶和用戶密度大的市區(qū)有良好的覆蓋。-在不影響基站布局的前提下，應(yīng)盡量選擇現(xiàn)有電信樞紐樓、郵電局或微波站作為站址，并利用其機房、電源及鐵塔等設(shè)施。-避免在大功率無線發(fā)射臺附近設(shè)站，如雷達站、電視臺等，如要設(shè)站應(yīng)核實是否存在相互干擾，并采取措施防止相互干擾。2.4 天線天線 -避免在高山上設(shè)站。高山站干擾范圍大，影響頻率復(fù)用。在農(nóng)村高山設(shè)站往往對處于小盆地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋不好。-避免在樹林中設(shè)站。如要設(shè)站，應(yīng)保持天線高于樹頂。-市區(qū)基站中，對于蜂窩區(qū)（R=13km）基站宜選高于建筑物平均高度但低于最高建筑物的樓房作為站址，對于微蜂窩區(qū)基站則選低于建筑物平均高度的樓房設(shè)站且四周建筑物屏蔽較好。-市區(qū)基站應(yīng)避免天線前方近處有高大樓房而造成障礙或反射后干擾其后方的同頻基站。2.4 天線天線 -避免選擇今后可能有新建筑物影響覆蓋區(qū)或同頻干擾的站址。-市區(qū)兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基站盡量共址或靠近選址。-選擇機房改造費低、租金少的樓房作為站址。如有可能應(yīng)選擇本部門的局、站機房、辦公樓作為站址。2.4 天線天線 基站天饋系統(tǒng)是移動基站的重要組成部分，它主要完成下列功能：對來自發(fā)信機的射頻信號進行傳輸、發(fā)射，建立基站到移動臺的下行鏈路；對來自移動臺的上行信號進行接收、傳輸，建立移動臺到基站的上行鏈路。基站天線系統(tǒng)的配置同網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃緊密相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃決定了天線的布局、天線架設(shè)高度、天線下傾角、天線增益、甚至分集接收方式等。不同的覆蓋區(qū)域、覆蓋環(huán)境對天線系統(tǒng)的要求會有非常大的差異。2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng) 下圖描述了一般意義上的移動基站的天饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中我們可以直觀看到，在基站機房內(nèi)部和基站機房外部的天饋系統(tǒng)主要組成部分?；咎祓佅到y(tǒng)安裝示意圖防雷保護器防雷保護器主饋線（主饋線（7/8”）饋線卡饋線卡走線架走線架4接地裝置接地裝置3接頭密封件接頭密封件絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶絕緣膠帶天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架板狀天線板狀天線抱桿（抱桿（50114mm）室外跳線室外跳線室內(nèi)超柔饋線（室內(nèi)超柔饋線（1/2”）饋線過線窗饋線過線窗基站主設(shè)備基站主設(shè)備基站機房內(nèi)部基站機房內(nèi)部基站機房外部基站機房外部2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)BTS天饋系統(tǒng)介紹天饋系統(tǒng)介紹雙極化天線三工塔放天饋避雷器天饋避雷器BTS機柜跳線接頭（跳線接頭（DIN）DIN頭頭避雷器避雷器/饋線接頭（饋線接頭（DIN）饋線饋線/跳線接頭跳線接頭(DIN)跳線跳線跳線跳線/塔放接頭（塔放接頭（DIN）天線接頭天線接頭（DIN）2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)BTS天饋系統(tǒng)介紹天饋系統(tǒng)介紹TXRXRXDTRXCDU三工塔放三工塔放主饋線主饋線雙雙極極化化天天線線收發(fā)收發(fā)避雷器避雷器三工塔放三工塔放主饋線主饋線收發(fā)收發(fā)避雷器避雷器選配選配收收發(fā)發(fā)信信機機收收發(fā)發(fā)前前端端塔塔頂頂放放大大器器天天線線2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)BTS天饋避雷器天饋避雷器天饋避雷器是防止天饋避雷器是防止饋線芯線感應(yīng)的雷饋線芯線感應(yīng)的雷電電流對設(shè)備造成電電流對設(shè)備造成損害。損害。饋管跳線2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)饋線饋線為減少與天線間的傳輸損耗，基站采用低損耗射頻電纜。主饋線電纜有7/8英寸、5/4 英寸等多種規(guī)格可供選擇。900M饋管：7/8饋線(80m)1800M饋管：7/8饋線(50m)天線到主饋線、天線到塔放、機柜到避雷器之間采用1/2英寸超柔軟電纜連接。饋線彎曲曲率不宜過大，外導體要求接地良好每百米3-4dB損耗2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)塔頂放大器塔頂放大器作用：提高基站的接收靈敏度。類型：雙工、三工要求：具有低的噪聲系數(shù)。具有很大的動態(tài)范圍。塔放通過饋線芯線饋電，具有饋電分離裝置。進行了嚴格的防水密封，并具有很寬的工作溫度范圍(-4060)。2.5 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)2.1 電磁波 2.2 移動信道的特征2.3 電波傳播模型2.4 天線2.5 基站天饋系統(tǒng)第2章 天線與電波傳播 小小 結(jié)結(jié)1無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系是怎樣的？2對工作于VHF和UHF頻段的移動通信來說，電波傳播方式主要有哪些方式。3對于反射波，接收端的功率受哪些因素影響，且各自有什么關(guān)系。4移動通信中，接收端接收的信號受到四種主要效應(yīng)的影響，分別是哪四種，并闡述這四種效應(yīng)各自產(chǎn)生的原因。5GSM系統(tǒng)是間隔200KHz為一個頻點，假如說用戶1的信號在900MHz上通信，用戶2在900.2MHz上通信，則用戶1至少以多大的速度運動會使該用戶的信號頻率變?yōu)橛脩?的通信頻率？第2章 天線與電波傳播 習習 題題6什么是多徑衰落？引起快衰落和慢衰落的因素是什么？快衰落和慢衰落的幅度服從什么分布？7請對四種干擾給出各自的解決方案。8試檢驗信道序號為1、2、12、20、24、26的信道組是否為無三階互調(diào)的相容信道組？9移動通信環(huán)境中，給出地形和地物的分類。10某一移動信道，頻率為960MHz，試求距發(fā)射中心20km處電波在自由空間的傳播損耗。11什么是天線？什么是振子？12什么是天線的增益？dBd和dBi有什么區(qū)別？第2章 天線與電波傳播 習習 題題13波束寬度和增益之間具有怎樣的關(guān)系？14天線極化方向是怎樣定義的？在移動通信系統(tǒng)中怎樣選取天線的極化方向？15天線下傾的方式有哪些？不同的下傾方式各自具有什么樣的特點？16天線電氣參數(shù)對小區(qū)覆蓋有何影響？17什么是“塔下黑”現(xiàn)象？“塔下黑”現(xiàn)象如何來處理？18天線的主要工程參數(shù)有哪些？每個參數(shù)是如何定義的？19天線調(diào)整的主要手段有哪些？通過怎樣的方式控制覆蓋范圍？20闡述基站天饋系統(tǒng)的作用，它一般由哪些部分構(gòu)成？第2章 天線與電波傳播 習習 題題通信學院移動通信教研室南京信息職業(yè)技術(shù)學院