通信工程射频光传输基础知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,移动通信工程相关,射频、光纤根底知识,京信通信系统中国,西北分公司工程部,2021年3月,主要内容,第一局部：根本概念和根本物理量,第三局部：光传输器件介绍,第二局部：常用射频器件、模块及参数,第一局部：根本概念和根本物理量,射频;,是指该频率的载波功率能通过天线发射出去反之亦然，以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象。 其波长在VHF(米)和UHF(分米)波段通常被我们用作移动通信，所以我们叫它做移动通信射频。,第一代移动通信系统及其主要特点,近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自80年代起，已历经三代。,第一代的主要特点是利用模拟传输方式实现话音业务，模拟话音直接调频。 以AMPS美国、南美洲、TACS英国、中国和NMT北欧为代表。主要商用时间从80年代初开始到90年代前期。,第二代移动通信系统及其主要特点,第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数据业务，以GSM为主, IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年代中期开始到现在。,它的主要特点是：,低速率话音编码技术和数字调制(数字话音)； 每载波多路、时分多址或码分多址接入。,第三代移动通信系统及其主要特点,第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成三种空中接口标准，即WCDMA 、 T D-SCDMA和CDMA2000。今后十年内将逐步替代第二代系统而成为主流。 它的主要特点是：(数字话音+高、中、低速率数据业务), 新型的调制技术，包括多载波调制和可变速率调制技术； 高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还对高 速数据采用了Turbo纠错编码技术； Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换； 软件无线电技术易于多模工作； 智能天线技术易于提高载干比； 多用户检测技术以消除和降低多址干扰； 可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满足各 类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。,移动通信系统使用频段;,为满足第三代3G蜂窝移动通信技术和业务开展的需求，中国于2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划：第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段：频分双工(FDD)方式：192 01980 MHz / 21102170 MHz；时分双工(TDD)方式：188 01920MHz、20212025 MHz。第三代公众蜂窝移动通信系统的补充工作频段：频分双工(FDD)方式：175 51785 MHz / 18501880 MHz；时分双工(TDD)方式：23002400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务。,IMT-2000的卫星移动通信系统工作频段：1980-2021 MHz / 2170-2200 MHz。目前已规划给公众蜂窝移动通信系统的825-835 MHz / 870-880 MHz、885-915 MHz / 930-960 MHz和 1710-1755 MHz / 1805-1850 MHz频段等，同时规划作为第三代公众移动通信系统的演进扩展频段。此外，为满足铁路系统调度通信等业务开展需要，拟将885-889MHz上行和930-934MHz下行作为GSM-REGSM系统使用的频段；为满足射频电子标签业务开展的需要，将840-845MHz和920-925MHz规划作为RFID使用的频段试用。,接收机的热噪声功率电平,接收机的底噪及接收机灵敏度,底噪,即为;接收机的热噪声功率+该接收机的噪声系数NF；如GSM基站接收机的 热噪声系数NF=5dB 时，,底噪声=N 0 +5= -116dBm,接收机灵敏度,即为:接收机的底噪声+C/I(接收机解调相关业务时要求的载干比)对于G网，当B=200KHZ；NF=5dB；C/I=12dB时，接收机灵敏度(dBm) =-174+53+5+12,= -116dBm+12 =-104dBm,载噪比,载噪比(也称信噪比)C/I指有用载波功率与底噪功率的比值也可以理解为有用信号与无用信号的比值。每个接收机都有一个最小载噪比要求，低于最小载噪比要求时就会出现误码。 不同厂家设备载噪比要求不一样,对于GSM系统，载噪比C/I要求为12dB典型值,同、邻频干扰保护比,同频干扰保护比：C/I12dB不开跳频,C/I9dB开跳频,邻频干扰保护比：,200KHz邻频干扰保护比：C/I-6dB,400KHz邻频干扰保护比：C/I-38dB,时间色散,时间色散产生的原因为多径信号如基站信号与直放站信号之间存在时延差，当时延差超过4bits传播时间约14.8us时基站均衡器最大可以防止4bits时延，其实是超过1bits时就已经开始有质差，超过4bits时就已经很恶劣了，恶劣到连续的7级而掉话，同时两个信号的差值在12dB以内时12dB是载噪比的最低要求，基站或 无法识别而当作干扰信号处理，造成通话质差直至掉话，,时延差计算如下：,直放站信号与基站信号时延差=主机时延+路径差/光速,如果是光纤传输的话，路径差还需乘上1.5的折射系数,如：R-9110AC主机时延为5 us，路径差为3000米，那么时延差=5 us+3000/3*108s=15 us，超过了4bits的传播时间，必然会产生质差。因此，为了防止时间色散问题，我们在选取信源时必须要避开覆盖区域内已存在的信号(光纤设备信源要取背扇) .,BTS,MS,Repeater,DT,MT,路径1,路径2,路径2,路径2,自激,直放站系统为同频放大系统，无线系统必然会形成反响回路，当反响回路为负反响回路时系统不会自激，而当反响回路为正反响回路时系统就会产生自激，因此我们至少要保证;,隔离度主机增益+10dB,10dB为余量，防止系统波动时隔离度缺乏，以保证系统回路为负反响回路。,自由空间的传播模式,所谓自由空间是指相对介电常数和相对磁导率均恒为1的均匀介质所存在的空间，这相当于一个真空的空间，在360的球体具有各向同性，电导率为零等特性。自由空间传播与真空传播一样，只有扩散损耗的直线传播，而没有反射、折射、绕射、色散等等现象，其传播速度等于光速，因此，自由空间是一种科学的抽象，但它可以作为实际传播模式的参考。特别在室内视线可见的范围内，其传播模式非常接近于自由空间模型。,自由空间的路径中值损耗,L=32.45+20lgf +20lgd,式中f：工作频率MHz d：收发天线间距km,电磁兼容EMC与电磁干扰EMI,所谓电磁兼容性，是指电子设备或系统工作在指定的环境中，不致由于无意的电磁辐射而遭受或引起不能容忍的性能下降或发生故障的抑制能力。,电磁兼容的反面即电磁干扰，欲解决电磁兼容性问题，必须从分析系统和系统间电磁干扰着手。,从无线信号的干扰产生的机理来看，应该将干扰分为：, 热噪声的增加, 离散型干扰, 杂散干扰及接收机阻塞,功率/电平：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm。,注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。,换算公式：,电平dBm=10lg功率mw 1mw,5W 10lg5000=37dBm,10W 10lg10000=40dBm,20W 10lg20000=43dBm,从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm。,增益：即放大倍数，单位可表示为分贝dB。,表示; dB=10lgAA为功率放大倍数,计算; 增益dB 输出dBm 输入dBm,插损：插入损耗的简称，表示当电路中接入某一无源器件或部件后所引起的损耗即衰减。单位为分贝dB。,插损dB=器件输出电平dBm器件输入电平dBm,系统,输出电平,输入电平,器件,输入电平,输出电平,选择性：衡量滤波器选择有用信号同时抑制无用信号 的能力。,常用带宽BW、矩形系数K0.1来表示。,带宽BW滤波器对信号的衰减为-3dB时所决定的频率宽度。,矩形系数K0.1滤波器对信号的衰减为-20dB(或-40dB 、 - 60dB 时的频宽与滤波器带宽BW的比值。其值越接近于1，滤波器的选择性越好。,3dB,BW,20dB,BW,0.1,f,f,C,阻抗匹配：使系统反射系数为零，即无反射时称为匹配。,相应传输线有三种状态：,1、无反射状态行波2、全反射状态驻波3、行驻波,驻波比：行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比VSWR,附：回波损耗对照表：,驻波比SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50,回波损耗dB21 19 17.6 16.6 15.6 14.0,三阶交调：假设存在两个正弦信号1和2 由于非线性作,用将产生许多互调分量，其中的21-2和22-1两个频,率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号1或2的功,率之比称三阶交调系数M3。,即M3 =10lg P3/P1 dBc,2,1,-,2,1,2,2,2,-,1,f,噪声系数：指电路噪声恶化程度，一般定义为输出信噪比,与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位,用dB。,NFdB=输入载噪比dB输出载噪比dB,NFdB越小，系统噪声性能越好。理想时，NF=0dB1。,耦合度：耦合端口与输入端口的功率比, 单位用dB。,耦合度dB=耦合端口功率dBm输入端口功率dBm,耦合器,输入端口,输出端口,耦合端口,20dBm,10dBm,19.3dBm,耦合度为10dB,损耗为0.7dB,隔离度：某端口,本振或信号泄露到,其他端口,的功率与原有功率之比，单位dB 。,天线增益dB：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E与理想多,向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数,定义为增益。Ga=E2/ E02,天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝,表示。,天线方向图：,就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,又称半功率波瓣宽度。,E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；,H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。,一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。,后瓣,旁瓣,主瓣,Emax,0.707Emax,0.707Emax,2,0.5,2,0,单工有单频单工、双频单工之分。单频同频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。适用于用户少、专业性强的移动通信系统中如对讲机。,双工异频双工制，即收发双方使用两个不同的频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。但这种工作方式的缺点是发射机总是工作的，故耗电大。,准双工MS的发射机仅在发话时才工作，而接收机总是工作的，这样MS可省电。准双工与双工制兼容，在移动通信中广泛应用。,放大器amplifier ：用以实现信号放大的电路。,有低噪声放大器LNA和功率放大器PA。,主要指标增益、饱和功率(ALC电平。,第二局部：常用射频器件、模块及参数,LNA,PA,滤波器(filter) ：通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备.有有源滤波器和无源滤波器之分。,主要指标选频宽度带宽BW、选择性、插损、带外衰减。,双工滤波器简称双工器。可把两路不同频段的信号合成一路，或把一条传输线中两路不同频段的信号分成两路。,主要指标插损、隔离度。,DUP,衰减器(attenuator) ：,在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。,功分器：进行功率分配的器件。有二、三、四.功分器；,接头类型分N头50、SMA头50、和F头75,三种，我们公司常用的是N头和SMA头。,主要指标插损、隔离度,10dBm,6.5dBm,6.5dBm,损耗3.5dB,耦合器：从主干通道中提取出局部信号的器件。按耦合度大,小分为5、10、15、20. dB不同规格；从基站提取信号可,用大功率耦合器300W，其耦合度可从6065dB中选用；,耦合器的接头多采用N头。,耦合器,主干通道,耦合端,20dBm,10dBm,19.3dBm,馈线是传输高频电流的传输线，通常是同轴电缆。主要指标为线损dB、阻抗。,100米馈线损耗,馈线类型,900MHz,2000MHz,2400MHz,8D馈线,14.0dB,约23dB,约26dB,10D馈线,11.1dB,约18dB,约21dB,1/2馈线,6.9dB,10.7dB,12.1dB,7/8馈线,3.9dB,6.1dB,7.0dB,天线Antenna是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去，或把来自一定方向的电磁波复原为高频电流的一种设备。,泄露电缆;,集信号传输与信号横向泄漏进行覆盖为一体的电缆(馈线与天线混合体) 。,分辐射型和藕合型,主要指标;传输损耗、藕合损耗.,远端机,H,1,H,2,I,1,J,1,K,1,L,1,I,2,J,2,K,2,L,2,M,1,M,2,RS5,机房9,机房10,RS7,机房11,RS8,机房14,RS4,PS8,OPS3,PS9,PS10,PS11,PS12,PS14,PS15,大 瑶 山 隧 道 北 段,北段,南段,南,下,行,车,道,北,上,行,车,道,中继,端,中继端,远端机,远端机,远端机,远端机,PS13,功放,远端机,功放,RP2,RP1,机房13,机房12,光缆,OPS4,RS6,光缆,缆,光缆,光缆,缆,OPS5,OPS6,RS9,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1,泄漏电缆,缆,5,8,1100m,1200m,1200m,1200m,1200m,2400m,光缆,缆,漏缆厂家,漏缆型号,频率(MHZ),900,1800,2200,国产漏缆,13/8,衰减(dB/km),27,44,51,耦合损失(50%/90%),（距电缆2米处测量值）,75/84,77/86,77/86,RFS,安福斯,13/8,衰减(dB/km),22.6,42,78,耦合损(50%/90%),（距电缆2米处测量值）,60/63,62/67,63/68,环形器：使信号单方向传输的器件,负 载：终端在某一电路如放大器或电器输出端口，接,收电功率的元/器件、部件或装置统称为负载。对负载最基,本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。,接头、转接头：把同类型、不同类型的传输线连接在一起的装置。,dB电桥;主要应用于同频段内不同载波间的合路应用。,电桥耦合器输入端口的隔离度比较低，不建议应用在不同频段间的合路应用。,合路器;,(频段合路器),合分路损耗小、频段间抑制度高、功率容量大、温度稳定性好等特点。,主要用于不同频段的合路，可提供不同系统间最小的干扰。,应用功能比照：合路器 电桥 功分器,POI 多系统接入平台;运用频段合路器和电桥合路器等；到达充分利用资源，节省投资的目的； 将接入的多种业务信号合分路后引入天馈系统,第三局部：光传输器件类,光功率：衡量光信号的大小，可用光功率计直接测试，常用,dBm表示。,光端机：主要由光发送机和光接收机组成，功能是将要传送,的电信号及时、准确的变成光信号并输入进光纤中进行传播,光发送机；在接收端再把光信号及时、准确的恢复再现,成原来的电信号光接收机。由于通信是双向的，所以光,端机同时完成电/光E/O和光/电O/E转换。,激光器：,把电信号转换为光信号，用在光发射机中，主要指,标是能够发出的光功率的大小。,光接收器：,把光信号转换为电信号，用在光接收机中，主要,指标是接收灵敏度。,光衰减器：,就是在光信息传输过程中对光功率进行预定量的,光衰减的器件。按衰减值分3、5、10、20dB五种，根据实际,需要选用。,光耦合器：光耦合是表示有源的或无源的或有源与无源光学,器件之间的一种光的联系。联系形式多种：光的通道，光功,率的积聚与分配，不同波长光的合波与分波，以及光的转换,和转移等。能实现光的这种联系的器件称为光耦合器。,光分路/合路器是一种能对光信号进行功率的分配或合成光分路/合路的器件。相当于电信号的功率分配器和功率合成器,波分复用器：,光分波器或光合波器统称光复用器，它能将多,个载波进行分波或合波，使光纤通信的容量成倍的提高。目,前采用1310nm/1550nm波分复用器较多，它可将波长为,1310nm和1550nm的光信号进行合路和分路。,光法兰头：光法兰头又称光纤连接器。实现两根光纤连接的器,件，目前公司采用的有FC型和SC型两种活动连接器。,FC型连接器即平时我们常说的圆头光法兰。,FC型连接器所连接的两光纤处于平面接触状态，端面间不免有小量的空气缝隙，哪怕缝隙很小，在石英玻璃与空气之间也会产生菲涅耳反射，反射光回射到激光器就会引起额外的噪声和波形失真。,SC型连接器即平时我们常说的方头光法兰。,FC型光纤活动连接器，是螺旋耦合型，在安装时需要留有一定空间以便耦合局部的旋转，这样就不能满足高密度安装要求。而SC型光纤活动连接器只需轴向操作，不用旋转，能自锁和开启，最适宜于高密度安装。,光 纤：传输光信号的光导纤维，分多模光纤、单模光纤两大,类。光纤材料是玻璃芯/玻璃层，多模光纤的标准工作波长为,850/1310nm，单模光纤的标准工作波长为1310/1550nm，,衰减常数为：工作波长 850nm 1310nm 1550nm,单模光纤A级 / 0.35dB/km 0.25dB/km,多模光纤 33.5dB/km 0.62.0dB/km,光 缆：由假设干根光纤组成，加有护套及外护层和加强构件，,具有较强的机械性能和防护性能。种类有室外光缆、室内光,缆、软光缆、设备内光缆、海底光缆、特种光缆等。,尾 纤：,一端带有光纤连接器的单芯光缆。,跳 线：,两端都装有连接器的单芯光缆。,举例：,FC/UPC-,为圆头连接器、平口尾纤,SC/APC,为方头连接器、斜口尾纤,FC,为圆头,SC,为方头,UPC,(,PC,),为平口,APC,为斜口,SC/ UPC,FC/ UPC,SC/ APC,、,应 用,吸顶天线,耦合器,GSM900 CU,GSM900 CM,CDMA800 CU,3G,WLAN,GSM1800 CM,P,O,I,TX,RX,工程识图,Thanks!,