射频基本知识解析课件.pptx

uu掌握掌握2G2G通信网络制式的频率划分以及通信网络制式的频率划分以及 与与 载波信道之间换算载波信道之间换算 uu了解微波射频基本知识了解微波射频基本知识 uu了解无源器件的基本性能和参数指标了解无源器件的基本性能和参数指标 学会无线覆盖链路计算模型分析学会无线覆盖链路计算模型分析 分析不同制式接收机接收灵敏度和允许分析不同制式接收机接收灵敏度和允许的最大路径损耗的最大路径损耗本课程学习目的本课程学习目的第1页/共40页射频基本知识介绍射频基本知识介绍p目录 2G 2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之通信网络制式的频率划分以及与载波信道之 间换算间换算 微波射频知识微波射频知识无源器件的基本性能和参数指标无源器件的基本性能和参数指标无线覆盖链路计算模型分析无线覆盖链路计算模型分析分析不同制式接收机允许的最大路径损耗分析不同制式接收机允许的最大路径损耗第2页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.1 1.1 移动GSM900MGSM900M数字蜂窝网移动通信系统：工作频段：上行885909MHZ 下行930954 MHZ频率与信道之间换算公式：上行：F=890+0.2*指令载波频率号 下行：F=935+0.2*指令载波频率号移动GSM900M系统使用频点为1-95.补充：移动在离铁路较远的很多地区使用边缘的5M频段，其频点为（9991023），频率与信道换算方法为 上行：F=885+0.2*（指令载波频率号-999）下行：F=930+0.2*（指令载波频率号-999）第3页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.2 1.2 移动GSM1800MGSM1800M数字蜂窝网移动通信系统：工作频段：上行1710-1745MHZ 下行1805-1840MHZ频率与信道之间换算公式：上行：1710.2MHZ+(N-512)*0.2 下行：1805.2MHZ+(N-512)*0.2移动GSM1800M系统使用频点为512-685.第4页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.3 1.3 联通GSM900MGSM900M数字蜂窝网移动通信系统：工作频段：上行909915MHZ 下行954960 MHZ频率与信道之间换算公式：上行：F=890+0.2*指令载波频率号 下行：F=935+0.2*指令载波频率号联通GSM900MGSM900M系统使用频点为96-124.96-124.第5页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.4 1.4 联通GSM1800MGSM1800M数字蜂窝网移动通信系统：工作频段：上行17451755MHZ 下行18401850 MHZ频率与信道之间换算公式：上行：1710.2MHZ+(N-512)*0.2 下行：1805.2MHZ+(N-512)*0.2 联通GSM1800MGSM1800M系统使用频点为686-735.686-735.第6页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.5 1.5 联通CDMA800MCDMA800M数字蜂窝网移动通信系统：工作频段：上行825835MH 下行870880 MHZ频率PN码换算公式：上行：F=825+指令载波频率号*0.03 下行：F=870+指令载波频率号*0.03联通CDMA800MCDMA800M系统常用使用频点为160.201.242.283.160.201.242.283.第7页/共40页一、2G2G通信网络制式的频率划分以及与载波信道之间换算 1.6 TETRA800M1.6 TETRA800M数字无线集群通信系统：工作频段：上行806821MHZ 下行851866 MHZ频率与信道之间换算公式：上行：F=755.0125+指令载波频率号*0.025 下行：F=800.0125+指令载波频率号*0.025TETRA800MTETRA800M数字无线集群系统使用频点为2040-2639.2040-2639.第8页/共40页二、微波射频知识2.12.1、功率 /电平（dBmdBm）的换算关系：此指标是反映放大器的输出能力，单位：w、mw、dBm注：dBm是取1 mw作为基准值，以分贝表示的绝对功率电平,换算公式：电平（dBm）=10 lg功率mw/1mw5w=10 lg5000=37 dBm10w=10 lg10000=40 dBm20w=10 lg20000=43 dBm1w=10 lg1000=30 dBm从上看出：功率每增加一倍，电平值增加3 dBm第9页/共40页二、微波射频知识2.22.2、终端接收电场强度E E（dBuv/mdBuv/m）、接收电压A A（dBuvdBuv）、接收功率电平PiPi（dBmwdBmw）之间关系：接收电场强度E：指长度1米的接收仪器（通常是天线）所感应到的电压；对于没有增益的天线而言其有效长度=/3.14;所以A=E*(/3.14)A（dBuv）=E（dBuv/m）+G(天线增益)+20（/3.14）-1.65Pi=A2/R R为匹配阻抗，通常取值为50Pi（dBmw）=10（Pi mw）=10（A2/R）问题：如果要计算这三者之间的关系，需要给出那几个条件？（频率、匹配阻抗、三个值中任意一个值）第10页/共40页二、微波射频知识2.3 2.3 微波射频常用到的物理量：增益(db)：即放大倍数，单位为分贝(db)，即db=10 lgA（A为功放倍数）驻波比（回波损耗）行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR），也可是输出功率与反射功率之比。驻波比反映传输性能的好坏。它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间，驻波比为1，表示完全匹配,为无穷大则表示反射,全失配.驻波比反映传输性能的好坏。它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间，驻波比为1，表示完全匹配,为无穷大则表示反射,全失配.驻波比与回波损耗对照表：驻波过大会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能,一般要求驻波1.2,最大不超过1.5。VSWR 1.21.251.301.351.41.5回波损耗 211917.616.615.614第11页/共40页二、微波射频知识单工单频单工制，收发使用同一频率，收发不能同时进行。双工异频双工制，收发使用两个不同频率，收发可同频进行。单工、双工均属移动通信工作方式。双工环形器即双工环行滤波器，是一种能使信号实现单方向传输的双工滤波器。根据信号走向来完成分路、合路的功能。阻抗匹配使反射系数为零，即无反射时称匹配。选择性衡量工作频带内的增益及带外幅射的抑制能力，-3dB带宽 即增益下降3dB时的带宽。插损当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位dB。l 2.3 微波射频常用到的基本物理量：第12页/共40页二、微波射频知识隔离度非耦合端口与输入端口的功率比，单位为dB。隔离度（dB）=非耦合端口功率（dBm）输入端口功率（dBm）例如：天线隔离度LC指天线1的输出功率与它进入天线2输出端（末级）的功率之比。（图中L1称为转换损耗指天线2上来自天线1的功率（即干扰）与天线2产生的互调产物功率之比。）l 2.3 微波射频常用到的基本物理量：12LCL1第13页/共40页二、微波射频知识噪声系数（NF）衡量电路或系统的噪声性能好坏（噪声恶化程度）的参数。定义为输入信（载）噪比与输出信（载）噪比的比值。单位为分贝（dB）。NF（dB）=输入载噪比（dB）输出载噪比（dB）NF（dB）越小，系统噪声性能越好。理想时，NF=0dB（1）。l 2.3 微波射频常用到的基本物理量：第14页/共40页二、微波射频知识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。l 2.3 微波射频常用到的基本物理量：3dBBW20dBBW0.1ffC第15页/共40页二、微波射频知识三阶互调若存在两个正弦信号1和2，由于非线性作用将产生许多互调分量|p 1 q 2|，p+q称为阶。其中的2 12和2 2 1两个频率分量称为三阶互调分量。三阶互调系数M3三阶互调分量的功率P3和信号1或2的功率P 1（2）之比称为三阶互调系数M3，即M3=10lgP3/P1(dBc)。M3越小，互调干扰就越小。依此延伸讨论设备功放上下行饱和的问题？l 2.3 微波射频常用到的基本物理量：f 1 22 122 21P1P3第16页/共40页二、微波射频知识滤波器通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件。高通、低 通，带通滤波器。衰减器在相当宽的频率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，由电阻 元件组成的四端网络，主要用途 是调整信号 的大小，改善阻抗匹配。负载终端在某一电器输出端口，接收电功率的元器 件，部件或装置均称为负载。阻抗要匹配。馈线是传输高频电流的传输线。1/2、7/8、8D线。跳线元器件或设备间短的连接线。l2.4 微波射频常用到的一些器件：第17页/共40页二、微波射频知识滤波器通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件。高通、低 通，带通滤波器。衰减器在相当宽的频率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，由电阻元件组成的四端网络，主要用途 是调整信号的大小，改善阻抗匹配。负载终端在某一电器输出端口，接收电功率的元器件，部件或装 置均称为负载。阻抗要匹配。馈线是传输高频电流的传输线。1/2、7/8、8D线。跳线元器件或设备间短的连接线。l2.4 微波射频常用器件：第18页/共40页二、微波射频知识光功率衡量光信号大小的指标。可用光功率计直接测试，其单位是dBm。光端机主要由光发送机和光接收机组成。光发送机的功能是把要传送的电信号转换成光信号，并输入光纤中进行传播。光接收机的功能是把接收到的光信号恢复成原电信号。由于通信是双方的，所以光端机同时完成电/光（E/O）和光/电（O/E）转换。激光器由激光二极管产生光信号并同时完成光调制过程（即E/O转换）。激光器用在光发射机中，主要指标是发出的光功率。光接收器完成光解调过程（即O/E转换）。用于光接收机中，主要指标是接收灵敏度。l2.5 光器件介绍：第19页/共40页二、微波射频知识光分路/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）。波分复用器光合波器或光分波器统称为波分复用器。它能将多个光载波进行合波（波分复用器WDMer）或分波（解复用DeWDMer），使光纤的通信容量成倍的提高。目前采用1310nm/1550nm波分复用器较多，它可将波长1310nm和1550nm的光信号进行合路或分路。主要指标插损和隔离度。l2.5 光器件介绍：1.31m1.55m1.31m+1.55 m第20页/共40页二、微波射频知识l2.5 光器件介绍：光缆由若干根光纤组成，加有护套、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。尾纤带有光纤连接器的单芯光缆。规格有2、5、10、15、30m。衰减值波长单模光纤(A级)多模光纤850nm1310nm1550nm0.35dB/km0.25dB/km33.5dB/km0.62.0dB/km第21页/共40页二、微波射频知识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、15、20dB五种。光法兰头即光纤连接器，实现两根光纤连接的器件。目前公司采用FC型和SC型两种活动连接器，既可以连接也可以分离。光纤传输光信号的光导纤维，材料是玻璃纤芯和涂覆层。分为多模光纤和单模光纤两大类。单模光纤传输频率单一的单色直线光，芯径在10m以下（如8.3 m/125 m光纤），其标准工作波长为1.31 m/1.55 m。多模光纤传输多频共存的多色波动光，芯径在50 m以上（如62.5 m/125 m光纤），其标准工作波长为0.85 m/1.31 m。l2.5 光器件介绍：第22页/共40页三、射频工程重要无源器件天线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还原为高频电流的一种设备。主要参数、方向图、增益、输入阻抗、驻波比、极化方式输入阻抗天线馈电端输入电压与输入电流的比值。一般为输入阻抗50驻波比波幅与波节之比。驻波过大会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大。影响基站的服务性。回波损耗是反射系数绝对值的倒数，以分数值表示。回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。一般要求回损14dBl3.1 3.1 天线基本参数介绍第23页/共40页三、射频工程重要无源器件天线的极化方式指天线辐射时形成的电场强度方向。垂直极化波当电场强度方向垂直于地面时，此电波称垂直极化波水平极化波当电场强度方向平行于地面时，此电波称水平极化波双极化波+45极化方式，+45和-45两副极化方向相互正交天线。天线增益朝一个特定方向收发信号的能力。dbi=dbd+2.15或指天线将发射功率比某一指定方向集中辐射的能力。天线波瓣宽度天线辐射图中，低于峰值3db处所夹角的宽度或主波办宽度从最大值下降一半时两点所张的夹角。l3.1 3.1 天线基本参数介绍第24页/共40页三、射频工程重要无源器件l3.1 3.1 天线基本参数介绍 天线波瓣宽度方向图后瓣旁瓣主瓣Emax0.707Emax0.707Emax20.520第25页/共40页三、射频工程重要无源器件前后比指最大正向增益与最大反向增益之比，用分数表示。方向图就是天线辐射产生的电磁波在自由空间存在的范围。天线方向图的宽度指主办宽度从最大值下降一半时两点所张的角度。E面方向图与电场平行的平面内辐射方向图。H面方向图与磁场平行的平面内辐射方向图。一般方向角越宽，增益越低，方向图越窄，增益越高。l3.1 3.1 天线基本参数介绍第26页/共40页三、射频工程重要无源器件功分器功率分配的器件，常用的有二、三、四功分器。功分器分微带和腔体式两种，主要参数如下：（以联通为例）注意输入信号和输出信号的关系，如二功分器输入处若为30dBm，则两个输出端口的信号场强分别为30-3.526.5 dBm。3dB是一倍的关系。l3.2 3.2 功分器：30dBm 30dBm-3.5dBm 30dBm-3.5dBm微带 腔体 带宽800-960M800-2400M插损 二功分：3.50.1 dB 三功分:5.4四功分:6.7驻波 1.3 1.25 功率容量15W 100W 第27页/共40页三、射频工程重要无源器件从主通道提取部分信号的器件。注意耦合器的全称应该是“定向耦合器”即是有方向性的，不可输入和输出接反。接反损耗大约18dB。常用的有5、6、7、10、15、20、30 dB的。京信有两种耦合器，微带（窄带）和腔体式（宽带）。主要参数如下：注意：耦合器的方向性 设：输入为30dBm，耦合度为10dB，微带式，求B和C点的场强值 B=30-10=20dBm C=30-0.7=29.3dBml3.3 3.3 耦合器：微带腔体腔体800-960M800-2300M插损5dB2.20.110dB0.715dB0.520dB0.4驻波1.41.4功率容量30W100W 30dBm AB 20dBmC 29.3dBm10dB第28页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析 GSM900M信号传输1米距离其空间传输无线信号链路损耗为(900M信号 取值960M)：Lf=32.45+20lg(1*10-3)+20lg(960)=32.45-60+58.55=31dB。自由空间电波传输损耗公式32.4532.4520lg(D)+20lg(F)20lg(D)+20lg(F)D:D:距离（KmKm）F:F:频率（MHZMHZ）4.1 4.1 自由空间链路损耗计算第29页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析 LbLb69.5569.5526.16lgf26.16lgf13.82lghb13.82lghb(hm)(hm)（44.944.96.55lghb6.55lghb）lgd-s(a)lgd-s(a)Lb Lb：市区准平滑地形电波传播损耗中值（dBdB）f f：工作频率（MHzMHz）hbhb：基站天线有效高度（m m）hmhm：移动台天线有效高度（m m）d d：移动台与基站之间的距离（kmkm）(hm)(hm)：移动台天线高度因子 s(a)s(a)：建筑物密度因子 4.2 4.2 有障碍物且确定好了边缘区覆盖场强最低值计算覆盖距离（以铁路 覆盖为例）：第30页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析当车内信号强度需-85dBm时车外接收信号强度：RXlev=-85dBm+TPL+校正因子=（-85+24+5）dBm=-56dBm；为自由空间传输则允许最大路径损耗为：Lpathmax=P-RXlev=55-(-56)=111dB一般取手机天线有效高度为1.5米，则在GSM900系统中，(hm)约为0 假设天线挂高30m，采用增益为21dBi的天线，覆盖距离d：146.833-13.82lghb+（44.9-6.55lghb）lgd-s(a)=111dB可知 d=1.34km。第31页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析建立如下图3所示的隧道内覆盖模型：4.3 4.3 地铁覆盖链路计算模型：这种覆盖方式是知道传输距离，沿路各种 损耗，计算输入需要的最低馈入功率，从而确定设备的功率瓦数和 数量。4m2m泄漏电缆隧道列车车体AB第32页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析以车内用户最不利位置B点（距离泄漏电缆最远4米距离处）进行下行链路分析：B点用户的信号场强Y需满足：Y=X-(漏缆耦合损耗+宽度因子人体损耗+车体损耗)边缘场强（公式一）其中：（1）X为信源（基站或直放站远端机）在漏缆A点处的馈入功率；（2）800MHz政务专网集群系统边缘场强-85dBm；（3）本隧道区间长度975米，采用1-5/8漏缆，95%耦合损耗 68dB；（4）人体损耗：3dB，车体损耗6dB；（5）4米宽度因子为 20Log(D/2)=20Log(4/2)=6dB；因此，计算本隧道区间能否满足上述公式，需计算信源（基站或直 放站远端机）在漏缆A点处的馈入功率X。第33页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析 假设信源至漏缆的系统连接图如下图所示：第34页/共40页四、无线覆盖链路预算模型分析X=信源下行功率（每载波）-POI下行插损-四功分器插损-射频电缆传输损耗-漏缆传输损耗（公式二）再假设信源下行功率为：37dBm/载波；POI下行插损：2.2dB（按6dB耦合器计算）；四功分器插损：取值6.5dB 射频电缆传输损耗：假设从机房至漏缆始端射频电缆长度为120米，采用7/8馈线，损耗为3.8*120/100=4.6dB；漏缆传输损耗：前面已假定隧道长度为975米，采用1-5/8漏缆（此漏缆每百米损耗2.2），传输损耗为2.2*975/100=21.5dB；将上述各值带入公式二，可以计算出X：X=37-2.2-6.5-4.6-21.5=2.2dBm 将X代入计算公式一 Y=X-(漏缆耦合损耗+宽度因子人体损耗+车体损耗)可得：Y=2.2-（68+6+3+6）=-80.8dBm 通常边缘场强按-85dBm计算,可得系统余量为4.2dB。第35页/共40页五、分析不同制式接收机允许的最大路径损耗接收机系统一般包括以下几个部分：射频率波、混频、LNA、混频、中频滤 波、放大、A/D变换、DSP处理、解调等几部分。混频LOPnoisePminEb/NtNf解码射频滤波器 LNA VGAA/D变换、DSP处理第36页/共40页五、分析不同制式接收机允许的最大路径损耗进入接收机输入端的信号有两种，有用信号Pmin 和热噪声信号Pnoise，由于接收机通道中电路本身也会产生噪声Nf，因而在解调处有用信号和噪声信号的比例为：Eb/Nt=Pmin-Pnoise-Nf (1)Eb/Nt：有用信号平均比特能量与噪声和干扰功率谱密度的比值，又称为解调门限，相当于模拟FM调制的C/I（载干比），是衡量数字调制和编码方式品质因素的标准。Eb/Nt 的值取决于该系统的调制方式和解调算法。Pnoise：接收机输入口处的热噪声信号，又称本底噪声，其数值为Pnoise=10Log(KTBW)，其中K是波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K；T为标准噪声温度，T=290K。则：Pnoise=10Log(KT)+10Log(BW)=-174dBm+10Log(BW)(2)BW：系统信道带宽第37页/共40页五、分析不同制式接收机允许的最大路径损耗分析5.1 5.1 以GSMGSM系统为例进行分析：GSM系统载波解析带宽：BW=200KHz 则：Pnoise=10Log(KTB)=-121dBm 基站有源设备噪声系数Nb：5dB 基站接收天线增益G1：21dB 与基站连接的馈线损耗L:6dB 手机最大发射功率P1：33dBm 手机发射天线等效增益G2:0dB GSM系统所允许的最低载干比C/I：12dB 上行所允许的无线空间最大链路损耗Lf：X由此首先计算基站接收机解调灵敏度S：S=10Log(KTB)+Nb+C/I=-104dBm再计算：Lf=P1+G1+G2-S-L=33+21+0-(-104)-6=152dB 在了解CDMA、TD-SCDMA、WCDMA系统的处理增益和最低Ec/Io、基站噪声系数后也可以进行类似计算，留做思考！第38页/共40页第39页/共40页感谢您的观看。第40页/共40页