无线移动通信信道扩展学习射频基础知识课件

移移 动动 通通 信信 原原 理理第三章第三章 无线移动通信信道无线移动通信信道（扩展学习射频基础知识）（扩展学习射频基础知识）移移 动动 通通 信信 原原 理理课程目标课程目标熟悉和掌握射频基本概念和熟悉和掌握射频基本概念和知识知识学习完本课程，您将能够：学习完本课程，您将能够：2移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容第一章第一章 无线通信的基本概念无线通信的基本概念第二章第二章 射频常用计算单位简介射频常用计算单位简介第三章第三章 射频常用概念辨析射频常用概念辨析第四章第四章 天线及射频器件基础知识天线及射频器件基础知识3移移 动动 通通 信信 原原 理理无线电波的基本知识无线电波的基本知识无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向4移移 动动 通通 信信 原原 理理电磁波的传播电磁波的传播电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振振子子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场如图所示：电场和磁场在空间是相互垂直的，同时两者又都垂直于传播方向。5移移 动动 通通 信信 原原 理理射频定义射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz30GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。6移移 动动 通通 信信 原原 理理无线电通信无线电通信利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（Wireless Communication），也称之为无线通信。利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务将电信息源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源，这一过程称为无线传输。7移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信使用的频段和波段无线通信使用的频段和波段表1-1 无线通信使用的电磁波的频率范围和波段频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）330Hz极长波10010Mm（108107m）超低频（SLF）30300Hz超长波101Mm（107106m）特低频（ULF）3003000Hz特长波1000100km（106105m）甚低频（VLF）330kHz甚长波10010km（105104m）低频（LF）30300kHz长波101km（104103m）中频（MF）3003000kHz中波1000100m（103102m）高频（HF）330MHz短波10010m（10210m）甚高频甚高频（VHF）30300MHz超短波（米波）超短波（米波）101m特高频特高频（UHF）3003000MHz微波微波分米波分米波10.1m（110-1m）超高频（SHF）330GHz厘米波101cm（10-110-2m）极高频（EHF）30300GHz毫米波101mm（10-210-3m）至高频（THF）3003000GHz亚毫米波10.1mm（10-310-4m）光波310-3310-5mm（310-6310-8m）8移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传输无线通信的电磁波传输无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述如下：极长波（极低频ELF）传播波长为110万公里（频率为330Hz）的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小超长波（超低频SLF）传播波长1千公里至1万公里（频率为30300Hz）的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上甚长波（甚低频VLF）传播波长10公里100公里（频率为330kHz）的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频率为1030kHz，该波段的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球9移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传输无线通信的电磁波传输长波（低频LF）传播波长1公里10公里（频率为30300kHz）的电磁波。其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）中波（中频MF）传播（AM：525KHz1605KHz）波长100米1000米（频率为3003000kHz）的电磁波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关短波（高频HF）传播波长为10米100米（频率为330MHz）的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）超短波（甚高频VHF）传播（FM：88MHz108MHz；电视）波长为1米10米（频率为30300MHz）的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的“视距”方式）传播10移移 动动 通通 信信 原原 理理无线通信的电磁波传播无线通信的电磁波传播微波传播微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实现微波的超视距传播波长小于1米（频率高于300MHz），按其波长的不同，分为：分米波（特高频UHF，300MHz3GHz）：大部分通信系统（包括有线电视）使用此波段厘米波（超高频SHF）、毫米波（极高频EHF）和亚毫米波（至高频THF）：主要用于军事，如雷达WCDMA工作频段：上行19201980MHz，下行21102170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播11移移 动动 通通 信信 原原 理理12移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容第一章第一章 无线通信的基本概念无线通信的基本概念第二章第二章 射频常用计算单位简介射频常用计算单位简介第三章第三章 射频常用概念辨析射频常用概念辨析第四章第四章 天线及射频器件基础知识天线及射频器件基础知识13移移 动动 通通 信信 原原 理理功率单位简介功率单位简介射频信号绝对功率的dB表示：dBm、dBW射频信号相对功率的dB表示：dB天线和天线增益天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比;dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi;0dBd=2.15dBi14移移 动动 通通 信信 原原 理理其他其他电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，电压：电位或电位差，单位：伏特，V电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，A电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，H电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F15移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容课程内容课程内容第一章第一章 无线通信的基本概念无线通信的基本概念第一章第一章 射频常用计算单位简介射频常用计算单位简介第三章第三章 射频常用概念辨析射频常用概念辨析第四章第四章 天线及射频器件基础知识天线及射频器件基础知识16移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析 第一节第一节第一节第一节 功率相关概念功率相关概念功率相关概念功率相关概念第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念第三节第三节 线性相关概念线性相关概念第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标 17移移 动动 通通 信信 原原 理理功率相关概念功率相关概念信号的峰值功率解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。峰值功率即是指以某种概率出现的尖峰的瞬态功率。通常概率取为0.01%18移移 动动 通通 信信 原原 理理平均功率和峰均比PAR解释：平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1/0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子峰值功率反映信号的最大强度平均功率反映信号的平均强度（基站输出功率）峰均比反映信号的平稳程度功率相关概念功率相关概念19移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析第一节第一节 功率相关概念功率相关概念 第二节第二节第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念噪声相关概念噪声相关概念第三节第三节 线性相关概念线性相关概念第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标 20移移 动动 通通 信信 原原 理理噪声相关概念噪声相关概念噪声定义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（各类点频干扰不算是噪声）。常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物噪声与接收灵敏度直接相关噪声与接收灵敏度直接相关21移移 动动 通通 信信 原原 理理相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下面所示一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比噪声相关概念噪声相关概念22移移 动动 通通 信信 原原 理理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：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图：对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：Pno表示输出噪声功率，Pni表示输入噪声功率，G为单元增益噪声相关概念噪声相关概念23移移 动动 通通 信信 原原 理理级联网络的噪声系数公式：噪声相关概念噪声相关概念24移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析第一节第一节 功率相关概念功率相关概念第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念 第三节第三节第三节第三节 线性相关概念线性相关概念线性相关概念线性相关概念第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标25移移 动动 通通 信信 原原 理理线性相关概念线性相关概念信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入26移移 动动 通通 信信 原原 理理线性失真线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：幅频特性相频特性线性相关概念线性相关概念27移移 动动 通通 信信 原原 理理非线性失真非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：线性相关概念线性相关概念28移移 动动 通通 信信 原原 理理非线性幅度失真非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量线性相关概念线性相关概念29移移 动动 通通 信信 原原 理理1dB压缩点例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。如下图：线性相关概念线性相关概念30移移 动动 通通 信信 原原 理理三阶交调三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。用两个相隔f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：三阶交调常用dBc表示，即交调产物与主输出信号的比线性相关概念线性相关概念输出频谱中将产生新的频率输出频谱中将产生新的频率输出频谱中将产生新的频率输出频谱中将产生新的频率成分，导致非线性失真成分，导致非线性失真成分，导致非线性失真成分，导致非线性失真31移移 动动 通通 信信 原原 理理三阶截止点任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB，输出三阶交调产物将增加3dB，而主输出信号仅增加1dB（不考虑压缩），这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。注意：三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力线性相关概念线性相关概念32移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析第一节第一节 功率相关概念功率相关概念第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念第三节第三节 线性相关概念线性相关概念 第四节第四节第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念传输线相关概念传输线相关概念第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标 33移移 动动 通通 信信 原原 理理无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线（用跳线相连）传输线的主要任务是有效地传输信号能量，将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡34移移 动动 通通 信信 原原 理理无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍传输线的种类超短波（VHF）段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线35移移 动动 通通 信信 原原 理理传输线相关概念传输线相关概念特征阻抗特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于模式电压与模式电流之比。无耗传输线的特征阻抗为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数特性阻抗等于无限长传输线上各点电压与电流的比值，用符号。表示同轴电缆的特性阻抗 。138.2/rlg(D/d)欧姆D为同轴电缆外导体铜网内径 d为其芯线外径 r为导体间绝缘介质的相对介电常数目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性阻抗，一种是50欧姆系统，如军用的微波、毫米波通讯系统，雷达，我们目前开发的蜂窝通讯系统GSM、WCDMA等；另一种是75欧姆系统，这种系统相对比较少，如我们目前使用的有线电视系统36移移 动动 通通 信信 原原 理理无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍馈线衰减常数信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）米或分贝百米表示这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局，尽量缩短馈线长度常用馈线类型：1/2”、7/8”、5/4”(馈线线径，1英寸=2.54cm)馈线越粗，损耗越小，但价格也越贵LG0.251.156.74.47HFC22D-A(7/8)609厂0.31.156.465.874.03SYFY-50-22(7/8)ACOME0.221.156.64.3M1474A(7/8)ANDREW0.381.154.774.313.172.98LDF6-50(5/4)ANDREW0.251.156.465.874.34.03LDF5-50A(7/8)2,0001,7001,000890生产厂家弯曲半径(m)VSWR衰减dB/100m，频率(MHz)型号37移移 动动 通通 信信 原原 理理无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍要获得良好的电性能，阻抗必须匹配要获得良好的电性能，阻抗必须匹配电缆电缆 50 ohms 天线天线 50 ohms 80 ohms匹配：馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗时，称为馈线终端是匹配连接的阻抗匹配是为了使信号源和接收设备做到更好的连接，使信号更好的传给阻抗匹配是为了使信号源和接收设备做到更好的连接，使信号更好的传给接收设备，如果连接的馈线不匹配，信号就会在馈线中遭受较大的损失，接收设备，如果连接的馈线不匹配，信号就会在馈线中遭受较大的损失，使传输效率降低使传输效率降低38移移 动动 通通 信信 原原 理理无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍反射系数：反射波和入射波幅度之比当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载（此时的负载即为天线）吸收，馈线上只有入射波，没有反射波而当天线（阻抗为Z）和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，入射波的一部分能量反射回来形成反射波 反射波幅度 （。）反射系数 入射波幅度 （。）9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W39移移 动动 通通 信信 原原 理理传输线相关概念传输线相关概念驻波比（电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio)）解释：驻波系数是衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上等于：由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是01，而驻波系数的取值范围是1正无穷大。射频很多接口的驻波系数指标规定小于2.0驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负载和传输线的匹配效果比较差。所以在一个系统中，如果驻波比很差，可能会使信号传输效果变差，通道增益下降。一个比较典型的例子就是灵敏度问题40移移 动动 通通 信信 原原 理理传输线相关概念传输线相关概念回波损耗回波损耗也是射频上用得比较多得一个名词，它和前面的反射系数、驻波比都是用来反映端口的匹配状况的。回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比，回波损耗与反射系数的关系为：回波损耗20log（）由公式可以计算：回波损耗为26dB时，对应的反射系数为0.05，驻波比为1.1。由此也可以估计一下，驻波为2时的回波损耗是多少（9.5dB），也就可以理解对于功放后级的驻波要求为何严格41移移 动动 通通 信信 原原 理理思考题思考题思考题思考题目前世界上的微波通讯系统一般分为哪两种特性阻抗？由反射系数的定义，反射系数的取值范围是？而驻波系数的取值范围是？射频很多接口的驻波系数指标规定小于多少？回波损耗定义？写出回波损耗与反射系统的关系式方程。42移移 动动 通通 信信 原原 理理解答解答在目前世界上的微波通讯系统一般分为两种特性阻抗，一种是50欧姆系统，另一种是75欧姆系统。由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是01，而驻波系数的取值范围是1正无穷大。射频很多接口的驻波系数指标规定小于2.0。回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比。回波损耗与反射系数的关系为：回波损耗20log（反射系数）43移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析第一节第一节 功率相关概念功率相关概念第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念第三节第三节 线性相关概念线性相关概念第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念 第五节第五节第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标下行通道射频指标下行通道射频指标第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标 44移移 动动 通通 信信 原原 理理下行通道射频指标下行通道射频指标邻道泄漏（ACLR）：来自噪声、失真和数字调制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：射机的领道泄漏必然回对其他小区造成干扰，为了减小这种干扰，领道泄漏必须尽可能的小，WCDMA的要求是：第一邻道（偏离载频5MHz）的ACLR45dBC；第二邻道（偏离载频10MHz）的ACLR 50dBC 45移移 动动 通通 信信 原原 理理频谱发射模板对于WCDMA而言，频谱发射模板用于限制偏离发射载波中心频率2.5MHz12.5MHz频段内的杂散发射功率，下图是WCDMA协议3GPP TS 25.141 V3.6.0 中规定的Node B发射机的频谱发射模板指标：下行通道射频指标下行通道射频指标46移移 动动 通通 信信 原原 理理下行通道射频指标下行通道射频指标47移移 动动 通通 信信 原原 理理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，下图是WCDMA协议3GPP TS 25.141 V3.6.0(2001-06)中规定的NodeB发射机的杂散辐射模板指标：下行通道射频指标下行通道射频指标48移移 动动 通通 信信 原原 理理下行通道射频指标下行通道射频指标49移移 动动 通通 信信 原原 理理下行通道射频指标下行通道射频指标50移移 动动 通通 信信 原原 理理思考题思考题思考题思考题下行通道的邻道泄漏定义？WCDMA系统的ACLR指标是如何定义的?对于WCDMA而言，频谱发射模板用于限制偏离发射载波中心频率多少MHz频段内的杂散发射功率？杂散辐射的定义？定义该项指标的意义？51移移 动动 通通 信信 原原 理理解答解答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表示射机的领道泄漏必然会对其他小区造成干扰，为了减小这种干扰，领道泄漏必须尽可能的小，WCDMA的要求是：第一邻道（偏离载频5MHz）的ACLR45dBC；第二邻道（偏离载频10MHz）的ACLR 50dBC。对于WCDMA而言，频谱发射模板用于限制偏离发射载波中心频率2.5MHz12.5MHz频段内的杂散发射功率52移移 动动 通通 信信 原原 理理解答解答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。53移移 动动 通通 信信 原原 理理射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析射频基本概念辨析第一节第一节 功率相关概念功率相关概念第二节第二节 噪声相关概念噪声相关概念第三节第三节 线性相关概念线性相关概念第四节第四节 传输线相关概念传输线相关概念第五节第五节 下行通道射频指标下行通道射频指标 第六节第六节第六节第六节 上行通道射频指标上行通道射频指标上行通道射频指标上行通道射频指标 54移移 动动 通通 信信 原原 理理上行通道射频指标上行通道射频指标接收灵敏度用功率表示Smin=10log（KTB）+Ft+（S/N），单位：dBmK是波尔兹曼常数，单位：J/K(焦耳/K)T表示绝对温度，单位：KB表示信号带宽，单位：HzFt表示系统的噪声系数，单位：dB（S/N）表示解调所需信噪比，单位：dB当B1Hz时，10log（KTB）-174dBm/Hz55移移 动动 通通 信信 原原 理理GSM系统接收灵敏度B200KHz，Ft3dB，S/N9dBSmin10log（KTB）+Ft+（S/N）174dBm10log（200K）39109dBmWCDMA系统接收灵敏度B5MHz，Ft3dB，S/N15dB21dBSmin10log（KTB）+Ft+（S/N）174dBm10log（5M）3（18）122dBm上行通道射频指标上行通道射频指标56移移 动动 通通 信信 原原 理理杂散响应杂散响应也称为寄生响应、寄生灵敏度。无线环境中存在多干扰信号，这些信号本身可以被系统滤波器虑掉，但是由于现在系统采用的接收机大都是超外差接收机，接收机接收到的能够与本振组合产生中频的信号很多，这样的中频信号和系统接收的中频信号是同一频率，系统的后级中频滤波器是无法虑掉这些干扰的。其中除主接收信号外的其他频点称为寄生波道，该频点产生的响应称为寄生响应左式中，当m=n=1，假设取负号时，fr为所要信号，则m、n的其他组合所得到的fr为寄生波道。上行通道射频指标上行通道射频指标57移移 动动 通通 信信 原原 理理杂散响应的对系统的影响表现为：虽然系统工作的频带内没有任何干扰频率，但系统的灵敏度就是变差。这一方面是由于系统本身的抗杂散响应能力不够；另一方面是由于环境的带外干扰太强上行通道射频指标上行通道射频指标58移移 动动 通通 信信 原原 理理阻塞与互调抑制阻塞指标也是来考核接收机抗干扰能力，它描述的是接收机在接收的频道外存在单音或调制信号干扰，但干扰信号不在相邻频道或杂散响应频点上的情况，具体指标要求根据不同系统而定。阻塞指标一般要求接收机前端要有较高的三阶截止点（即大的线性动态），同时要求中频滤波器有较好的选择性互调抑制同样是指接收机在工作时，同时有两个干扰信号进入接收机，这两个信号的三阶交调产物正好落在带内。互调抑制主要要求接收机前端有较高的三阶截止点上行通道射频指标上行通道射频指标59移移 动动 通通 信信 原原 理理思考题思考题给出接收灵敏度的表达式？杂散响应对系统的影响？阻塞指标主要用来考核接收机的何种能力？互调抑制指标主要用来考核接收机的何种能力？60移移 动动 通通 信信 原原 理理解答解答接收灵敏度用功率表示Smin=10log（KTB）+Ft+（S/N），单位：dBm杂散响应的对系统的影响表现为：杂散响应的对系统的影响表现为：虽然系统工作的频带内没有任何干扰频率，但系统的灵敏度就是变差。这一方面是由于系统本身的抗杂散响应能力不够；另一方面是由于环境的带外干扰太强。阻塞指标也是来考核接收机抗干扰能力，它描述的是接收机在接收的频道外存在单音或调制信号干扰，但干扰信号不在相邻频道或杂散响应频点上的情况，具体指标要求根据不同系统而定。61移移 动动 通通 信信 原原 理理解答解答互调抑制同样是指接收机在工作时，同时有两个干扰信号进入接收机，这两个信号的三阶交调产物正好落在带内。互调抑制主要要求接收机前端有较高的三阶截止点。62移移 动动 通通 信信 原原 理理课程内容课程内容课程内容课程内容第一章第一章 无线通信的基本概念无线通信的基本概念第二章第二章 射频常用计算单位简介射频常用计算单位简介第三章第三章 射频常用概念辨析射频常用概念辨析第四章第四章 天线及射频器件基础知识天线及射频器件基础知识63移移 动动 通通 信信 原原 理理扇区和载波扇区和载波扇区和载波扇区表示一个区域，扇区的名字也就来自覆盖区域形状上象一把扇子。载波数表示在一个扇区中同时存在的载波数。如1*3，表示全向扇区，该扇区中包含3个载波；3*2，表示3个扇区，每扇区中包含2个载波。扇区和小区是不一样的，一个小区实际上在射频上就等效于一个载波，所以一个扇区中可以包含几个小区。如3*2就是一个扇区中有2个小区64移移 动动 通通 信信 原原 理理天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理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65移移 动动 通通 信信 原原 理理天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理导线位置如图所示：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，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；当长度与波长能相比拟时，辐射很强66移移 动动 通通 信信 原原 理理同轴线变化为天线同轴线变化为天线67移移 动动 通通 信信 原原 理理对称振子（半波振子）对称振子（半波振子）振子振子1/2波长波长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长波长波长每臂长度为二（或四）分之一波长，全长与波长相等（或为波长的一半）的振子，称为全波对称振子（或半波振子）。将振子折合起来的，称为折合振子。68移移 动动 通通 信信 原原 理理对称振子（半波振子）对称振子（半波振子）对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,见 图1.2 a。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子,见 图1.2 b。69移移 动动 通通 信信 原原 理理对称振子上的场分布对称振子上的场分布70移移 动动 通通 信信 原原 理理天线的方向性和增益天线的方向性和增益天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力增益是天线的主要指标之一，它是方向性系数与效率的乘积，表示天线集中波束能量的能力。以dBd、dBi表示71移移 动动 通通 信信 原原 理理天线方向图天线方向图天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。72移移 动动 通通 信信 原原 理理天线的功能天线的功能:控制辐射能量的去向控制辐射能量的去向 在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的侧视侧视顶视顶视73移移 动动 通通 信信 原原 理理高增益天线的实现高增益天线的实现对 称 振 子 组 阵 能 够 控 制 辐 射 能 构 成“扁 平 的 面 包 圈”在这儿增益在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd 更加集中的信号更加集中的信号在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 mW功率功率一个对称振子一个对称振子假设在接收机中假设在接收机中有1mW功率功率 74移移 动动 通通 信信 原原 理理利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向反射面放反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线在阵列的一边构成扇形覆盖天线在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益这里这里,“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“全向阵全向阵”例如在接收机中为例如在接收机中为4mW功率功率“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”将在接收机中有将在接收机中有8mW功率功率(顶视)天线天线高增益天线的实现高增益天线的实现75移移 动动 通通 信信 原原 理理dBd 和和 dBi的区别的区别一个单一对称振子一个单一对称振子dipole具具有面包圈形的方向图辐射有面包圈形的方向图辐射 一个各向同性一个各向同性isotropic的的辐射器在所有方向具有相同辐射器在所有方向具有相同的辐射的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用益用“dBi”表示表示0dBd=2.15dbi例如例如:3dBd =5.15dBi2.15dBi 对称振子的增益为对称振子的增益为2.15dBi 76移移 动动 通通 信信 原原 理理前后比：前后比：前后瓣最大电平之比前后瓣最大电平之比前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 =10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)前后比大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力77移移 动动 通通 信信 原原 理理半功率半功率波束宽度波束宽度半功率角半功率角(HPBW)120(eg)峰值峰值-10dB点点-10dB点点60(eg)峰值峰值-3dB点点-3dB点点15(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向图3dB 波束宽度波束宽度方位即水平面方向图10dB 波束宽度波束宽度图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度，称为半功率（角）波瓣宽度宽度，称为半功率（角）波瓣宽度。主瓣瓣宽越窄，则方向性越。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。好，抗干扰能力越强。78移移 动动 通通 信信 原原 理理全向天线增益与垂直波瓣宽度全向天线增益与垂直波瓣宽度79移移 动动 通通 信信 原原 理理举例：举例：9dBd全向天线全向天线80移移 动动 通通 信信 原原 理理定向天线增益与水平波瓣宽度定向天线增益与水平波瓣宽度90 180 360 半功率波瓣宽度半功率波瓣宽度半波振子半波振子带反射板的半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子以半波振子为参考的增益为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图理论辐射图81移移 动动 通通 信信 原原 理理举例：举例：15dBd定向天线定向天线82移移 动动 通通 信信 原原 理理天线波束的下倾天线波束的下倾无下倾无下倾电下倾电下倾机械下倾机械下倾用于：控制覆盖、减小交调；两种方法：机械下倾、电调下倾通过机械方式或电方式实现方向图下倾83移移 动动 通通 信信 原原 理理机械下倾情况下的波束覆盖机械下倾情况下的波束覆盖无下倾无下倾机械下倾机械下倾波束下倾技术的主要目的是倾斜主波束以降低朝复用频率区域的辐射电平。在这种情况下，虽然在区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载波电平降低更多84移移 动动 通通 信信 原原 理理电调下倾情况下的波束覆盖电调下倾情况下的波束覆盖无下倾无下倾电下倾电下倾85移移 动动 通通 信信 原原 理理可变电下倾：相控阵（智能天线）可变电下倾：相控阵（智能天线）86移移 动动 通通 信信 原原 理理无线电波的极化无线电波的极化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化如果电波在传播过程中电场的方向是在一条直线上变化的，就叫作线极化波如果线极化波电场方向垂直于地面，就叫垂直极化波如果线极化波电场方向平行于地面，就叫水平极化波如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波；旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波87移移 动动 通通 信信 原原 理理天线的极化天线的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化-45度倾斜的度倾斜的极化极化88移移 动动 通通 信信 原原 理理双极化天线双极化天线两个天线为一个整体，传输两个独立的波V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)89移移 动动 通通 信信 原原 理理天线其他指标天线其他指标零点填充零点填充如果天线零深比主波束小26dB，则可能需要采用零点填充技术高增益天线尤其需要采取零点填充技术来有效改善近处覆盖端口隔离端口隔离多端口天线，如双极化天线、双频段双极化天线，收发共用时端口之间的隔离度应大于30dB 功率容量功率容量指平均功率容量，天线包括匹配、平衡、移相等其它耦合装置，承受功率有限天线尺寸和重量天线尺寸和重量与频段有关。满足电气指标情况下，尺寸尽可能小，重量尽可能轻风载荷风载荷天线在36m/s（8级）时正常工作，在55m/s（10级）时不被破坏工作温度、湿度，三防能力工作温度、湿度，三防能力-40+65；相对湿度0100%；防潮、防盐雾、防霉菌90移移 动动 通通 信信 原原 理理分布式天线系统：同轴馈电分布式天线系统：同轴馈电小天线功分器功分器功分器功分器耦合器耦合器耦合器耦合器耦合器小天线小天线小天线双向放大器与基站的接口双向放大器小天线小天线小天线小天线小天线小天线91移移 动动 通通 信信 原原 理理光端主机TRx光覆盖端机功分器分布式天线系统：光纤馈电分布式天线系统：光纤馈电光覆盖端机光覆盖端机功分器功分器应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况，如光纤直放站92移移 动动 通通 信信 原原 理理分布式天线系统：泄漏电缆分布式天线系统：泄漏电缆功分器双向放大器双向放大器负载负载Tx/Rx用于狭长地带(如隧道，地铁)的无线覆盖，但成本和安装费用较高典型衰耗:4.40 dB/100mcoupling loss:60 dB(at 1m dist.)50 Ohm93移移 动动 通通 信信 原原 理理分布式天线系统分布式天线系统uu三种分布式天线系统各有利弊三种分布式天线系统各有利弊94移移 动动 通通 信信 原原 理理塔放（塔顶放大器）塔放（塔顶放大器）塔放馈电低噪放发信滤波器收信滤波器收信滤波器旁路Bias TeeBTS三工塔放天线天线DC单工塔放单工塔放 双工塔放双工塔放 三工塔放三工塔放塔放主要用于提高基站接收系统灵敏度，以提高上行覆盖距离95移移 动动 通通 信信 原原 理理课程总结课程总结本课程的目的是为了使相关人员熟悉和掌握射频基本概念和知识，并能够运用这些知识去解释各种移动通信系统的相关射频现象和问题96移移 动动 通通 信信 原原 理理1、噪声如何分类，它们分别有哪些特性？2、移动通信组网中可能产生的干扰有哪几种？3、什么是邻道干扰？减小邻道干扰应从哪两个方面来考虑？4、什么是同频干扰，同频干扰表现在哪些方面？减小同频干扰有哪些措施？5、接收机的灵敏度由哪几个因素决定？6、Okumura Hata模型与COST-231模型分别适用于哪些系统？7、什么是极化方式？8、目前流行的射频器件适用的特征阻抗为多少？9、一般来说，射频接口的驻波比系数要小于多少？思考与练习题思考与练习题97移移 动动 通通 信信 原原 理理10、简要解释“1dB压缩点”。11、天线增益的定义？12、计算：已知某蜂窝系统N=4、r015km，计算同频小区距离和同频复用比。13、计算：已知某地区移动用户数量为10000人，平均每用户的忙时话务量为108秒，在呼损率为2的情况下需要多少信道来提供通信服务？14、计算：已知某基站（全向）的发射功率为5W，系统工作频率为1000MHz，试根据自由空间链路损耗公式计算要求最小接收功率分别为80dBm及90dBm时的覆盖半径。思考与练习题思考与练习题98移移 动动 通通 信信 原原 理理15、已知某种特征阻抗为50欧的同轴传输线在频率为1000MHz时的损耗为4.3dB/100m，请问？dB/30m?16、已知接收灵敏度的计算公式为：Smin=10log（KTB）+Ft+（S/N），单位：dBm，当B1Hz时，10log（KTB）-174dBm/Hz，请计算WCDMA系统的接收灵敏度。（已知WCDMA系统的信道带宽为3.84MHz,设备噪声系数为3dB，要求最低信噪比为15dB）17、已知由一个半波振子组成的天线增益为2.15dBi，那么由四个半波振子组成的天线带来的增益为多少？另外请说明dBi与dBd的关系。思考与练习题思考与练习题99移移 动动 通通 信信 原原 理理100