无线室分基础知识.doc

一 室内覆盖系统与器件相关概念介绍.1. 什么是室内覆盖系统室内覆盖系统是针对室内用户群，用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，室内覆盖系统原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。室内覆盖系统近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。需要室内覆盖的地方 室内盲区大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。 话务量高的大型室内场所 车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。 发生频繁切换的室内场所 高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。 室内覆盖系统的功能 v 覆盖方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区; v 容量方面，建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象; v 质量方面，建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。室内分布系统的分类n 按信号源的不同，室内分布系统可分为（微、宏）蜂窝室内分布系统和直放站室内分布系统。n 按所采用设备的不同，室内分布系统也可以分为无源系统和有源系统。n 按分布方式不同， 室内分布系统分为同轴电缆系统、光纤系统和泄漏电缆系统特 点 蜂窝分布系统的优点是信号稳定、可靠，通信质量好；缺点是建设周期较长，一次性投资大，还要解决传输线路等问题。因此蜂窝系统大多应用于星级酒店、高级写字楼等比较大型的室内建筑。 直放站分布系统（包括同频、光纤、移频直放站作为信号源）的优点是投资省、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区问题；缺点是无法解决话务量问题。因此直放站系统大多应用于小型酒店、小型娱乐场所等规模较小的室内建筑n 无源系统主要由无源器件组成，设备性能稳定、安全性高、维护简单。n 有源系统是指当覆盖范围比较大，馈线传输距离比较远时，需增加干线放大器补偿信号损耗，达到理想的强度和覆盖效果。n 同轴电缆分布式系统采用同轴电缆传输，将射频信号传输到建筑物内部各个地方。n 光纤分布系统利用光纤将信号引入，进入建筑物以后采用同轴电缆传输。因此光纤分布系统是用于大面积、远距离复杂区域的室内覆盖。n 泄漏电缆系统不需要室内天线，在电缆通过的地方，信号即可泄漏出来，完成覆盖。泄漏电缆室内分布系统安装方便，但造价高，对电缆的性能要求高，使用较少。.2. 天线的定义及主要功能（1）天线的定义：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。（2）天线的功能： 能量转换-导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）-具有一定的方向性。.3. 天线增益系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用理想点源）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。当用理想点源作为参考天线时，所得增益往往被称为天线的绝对增益，用dBi来表示；而当用半波振子作为参考天线时，所得增益称为天线的相对增益，用dBd表示，两种换算单位相差2.15dB，即 0dBd=2.15dBi。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄，天线长度或宽度越大。.4. 主瓣、副瓣和定向天线的前后比观察天线辐射的方向性图，可以发现在360范围内，有许多波束，我们将天线的辐射能量主要集中于内的一个波束称为主波束或主瓣。主瓣以外的所有波瓣通称副瓣或旁瓣，副瓣能量增加时，天线的定向性降低，也更易受干扰。主瓣与副瓣、旁瓣之间能量突降的位置称为零点。零点是电场矢量相位变化的结果。设计合适的零点位置可以对抗干扰。与主瓣指向相差180位置的副瓣称为背瓣或后瓣，移动通信中是将18030区域内所有副瓣的最大电平定义为背瓣电平，主瓣电平与背瓣电平的比值称为前后比。在主瓣方向，与最大电平相差3dB（指左右两边）的夹角称为半功率波束宽度，通常移动通信系统中基站天线的水平面半功率波束宽度设计为65或90，甚至更窄而用于扇形覆盖区。.5. 何谓“分集”？众所周知，移动通信的传播信道是一个典型的变参信道，特别由于移动端天线高度和环境的影响，在收发之间通常是一条非视距（NLOS）的传播链路，无线电波的信号将受多径衰落和阴影衰落的严重影响。按照惯性思维，在衰落存在时，欲保持通信质量，可以加大发射功率。但是，加大发射功率不但有许多困难和限制，实际上也不是解决问题的好办法。通过天线采用分集技术则可以较好地克服信号衰落，改善通信质量的技术。分集原理：用多种可能的途径采样接收信号，对接收到的信号进行组合或分类，以选择最好的信号。如果多个接收信号不相关，通常总是可以获得较好的接收信号，从而对抗多径带来的快速衰落。分集技术原理分集技术可以通过上图加以描述：有二种途径采集到接收信号1#和信号2#，假设两信号的来源不相关，则可以认为信号1#和信号2#通常不会同时出现快速衰落。因此任何时候总能在信号1#和信号2#之中选择一个较大信号作为接收信号，从而对抗多经衰落。分集技术有时间分集，频率分集，空间分集和极化分集等，在移动通信天线中使用的是空间分集和极化分集，通常在基站天线的上行接收时采用。由于移动台的发射功率有限，而基站天线的发射功率较大，导致移动通信系统上、下行链路的信号电平失衡。基站天线采用上行接收分集，可以获得额外的分集增益，从而平衡了系统的上、下行链路信号。空间分集：如果两个接收天线的间隔远远大于波长，它们的接收信号可以认为是不相关的。把两个天线连接到一个多输入的接收机中，通过合适的矢量运算，选择出最好的接收信号或合成信号，通常能使接收增益提高35dB，从而不改变发射功率，使上下行到达平衡，并对抗多经衰落。空间分集结构如下图所示。在每个天线扇区布置2付垂直极化天线，其中一付天线处于收/发双工，另一付仅接收。为了得到较好的上行分集增益，理论分析和实际使用表明，天线之间的距离d应该大于10个工作波长。对于GSM900MHz频段来说，距离d在3米以上为好。实际距离d的选取还与天线的架高有关，分集增益的效果也与来波的角度有关。空间分集方案极化分集：两个极化相互正交的信号是互不相关的，因此，可以设计出极化相互正交的两付天线，布置于同一天线罩内，来自它们的接收信号可以认为是互不相关的。把两个天线连接到一个多输入的接收机中，通过合适的矢量运算，同样可以选择出最好的接收信号或合成信号，多数场合也能使接收增益提高35dB，从而达到分集并对抗多经衰落的目的。 极化分集方案据统计，空间分集与极化分集对不同应用环境所获得的增益如下表 应用环境极化分集增益（dB）空间分集增益（dB）密集建筑区（室内）3.75.0密集建筑区（室外）4.73.3一般城镇（室内）4.03.7一般城镇（室外）5.74.7农村2.75.3.6. 功分器功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为“功率”合路器。功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。功分器基本分配路数为2路、3路和4路，通过它们的级联可以形成多路功率分配。 功分器关键指标之一为插入损耗，即器件直通损耗，其计算公式为所有路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：理想分配损耗（dB)=10log(1/N) ，其中N为功分器路数。功分器正常的损耗如下表：功分器种类插损分配损耗总损耗二功分0.2533.25三功分0.34.85.1四功分0.566.5.7. 定向耦合器定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，在无内负载时，定向耦合器往往是一四端口网络。主要技术指标有方向性、隔离度、耦合度、插入损耗。耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与输入端功率之比。 耦合损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起直通端输出功率减小：耦合度(dB)-5-10-15-20-30耦合损耗(dB)1.6510.4580.140.0440.004隔离度：当输入端接匹配负载时，输出口与耦合口之间的隔离。方向性：当功率在指定方向上传输时，耦合端口的输出功率与同样功率在相反方向传输时同一耦合端口的输出功率之差。 方向性隔离度耦合度例如:6dB的隔离度是38dB，耦合度实测是6.5dB，则方向性隔离度耦合度386.5=31.5dB.8. 3dB电桥d电桥是定向耦合器的一种，也叫同频合路器，它能够沿传输线路某一确定方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90相位差的信号.9. 滤波器滤波器是一种双端口网络，它最基本的应用就是抑制不需要的频率信号，让需要的频率信号通过在微波系统中起频率选择的作用。主要可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。.10. 频段合路器频段合路器(Combiner)是多个滤波器组成的单元,所有端口均为输入/输出双功能端口。 .11. 应用功能对比：频段合路器电桥功分器频段合路器以滤波多工方式工作，可实现两路以上信号合成，能实现高隔离合成，主要用于不同频段的合路，可提供不同系统间最小的干扰。d电桥为同频合路，只能实现两路信号合成，隔离度较低，可实现两路等幅输出。功分器为同频合路，可实现多路合成，隔离度较低，只能提供一路输出。