无线通信基础知识课件.ppt

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1、本课程要讲述的内容本课程要讲述的内容第一节：移动通信系统概述第二节：移动通信的特点第三节：移动通信的分类和工作方式第四节：无线电频段划分及命名第五节：移动通信中的电波传播与分集接收第六节：噪声与干扰第七节：信令技术无线通信系统基础知识1/5/20231第八节.移动通信系统的信道控制方式第九节.两种控制方式的比较第十节.集群通信系统第十一节.天线的基础知识第十二节：漏缆基础知识 无线通信系统基础知识本课程的主要内容本课程的主要内容1/5/20232第一节：移动通信系统概述一、移动通信的分类一、移动通信的分类l 按活动范围分类按活动范围分类 航空移动通信航空移动通信 海上移动通信海上移动通信 陆上

2、移动通信陆上移动通信l 按服务对象分类按服务对象分类公共移动通信公共移动通信专用移动通信专用移动通信 1/5/20233移动通信发展大致可分为四个阶段。l第一阶段：20世纪20年代-50年代。初步进行了电波传播特性的测试。主要用于舰船和军用、警用。主要是采用短波波段频率，使用电子管。到50年代末，开始使用150Mhz甚高频单工汽车公用移动电话系统，人工切换频率、人工交换、接续非常慢，操作非常不方便二、移动通信的发展历史第一节：移动通信系统概述1/5/20234l第二阶段：50-60年代。开始使用150MHZ，450MHZ频段。设备由电子管向晶体管转换。交换由人工转为自动拨号。在美国、日本用于公

3、安、消防、出租车及调度等方面。50年代中期，实现了移动电话系统和公共电话网 的连接。例如：1964年，移动自动交换机MJ系 统投入应用。二、移动通信的发展历史第一节：移动通信系统概述1/5/20235 二、二、移动通信发展历史移动通信发展历史l第三阶段：从70年代80年代初期。开始使用800MHZ频段集成电路应用于移动通信设备中美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论世界各国都研制了不同制式的移动电话通信系统。例如：1976年，日本的LMTS（陆上移动电话系统）。1979年，美国的AMPS（高级移 动电话业务）。第一节：移动通信系统概述1/5/20236l第四阶段：80年代以后-现在。大规模，

4、超大规模集成电路，微处理器，微型计算机的发展促使移动通信得以大规模快速的发展。第一代：模拟制式（TACS,80年代中期使用的90号码的“大哥大”，我们的一号线使用的集群通信系统第二代：数字制式（GSM/CDMA等）第三代：3G WCDMA(联通）,TD-SCDMA（中国移动）,CDMA2000(中国电信）第一节：移动通信系统概述 二、二、移动通信发展历史移动通信发展历史1/5/20237第二节、移动通信的特点一、无线电波传播模式复杂1.多径效应2.多普勒频移3.干扰和噪声严重4.入网方式和信令格式比较复杂5.频率资源有限，扩大用户容量比较困难1/5/202381、多经效应l原理：上图（图1）就

5、是一个多径衰落产生过程，当地面波信号在传输途径当中受到高楼、丘陵、运动车辆等多个障碍物的阻挡时，就会产生反射或散射，形成多路信号到达接收天线，由于到达接受天线的时间不同、相位不同，相反相位的不同信号因叠加而相互消弱，从而产生信号的衰落。l多径的变化还形成附加的调幅和调相l振幅起落最严重时可达30dB 第二节、移动通信的特点1/5/20239二、移动通信的特点l原理：当接收者与产生者发生相对运动时，接收者接收到的信号频率会因运动而发生变化，这就叫多普勒效 应2.多普勒频移多普勒频移1/5/2023102.1多普勒频移与运动速度的关系：f/f=v/c C=光速 3105Km/s运动运动 速度速度

6、f/ffF=150MHzF=450MHzF=900MHz60km/h0.05510-68.33Hz25Hz50Hz1200km/h1.110-6166.6Hz500Hz1000Hz第二节、移动通信的特点1/5/202311第二节、移动通信的特点l多径衰落和多普勒频移导致的小范围衰落对移动接收设备的接收信号破坏力极强，能引起较大的码间干扰和频率的矢量减小，因此在接收时要求信号功率足够强或接收机灵敏度足够高。l多径衰落和多普勒频移引起的衰落在小范围内都属于快衰落，理论和实测表明：快衰落的振幅服从瑞利分布，相位服从均匀分布，克服快衰落影响的有效办法是分集接收。1/5/202312第二节、移动通信的特

7、点三、干扰和噪声比较严重来自另外移动台的干扰邻道干扰来自移动台经过地区的各种电磁干扰 例如汽车点火，电焊等远近效应、互调干扰1/5/202313第二节、移动通信的特点四、入网方式和信令格式比较复杂与固定通信的不同点：频率控制 功率控制 越区切换 漫游地址登记 跟踪等以上特性决定了移动通信的信令格式比较复杂 接口类型也比较多：A接口，Abis接口等等1/5/202314第二节、移动通信的特点n一个典型移动通信的网络结构接口复杂1/5/202315第二节、移动通信的特点n频率资源有限，扩大用户容量比较困难空中无线电频率资源已经非常拥挤1/5/202316第三节、移动通信的工作方式单工通信 同频单工

8、：F发收 按下PTT,发射机工作，松开PTT，发 射机停止工作。异频单工：F发 F收，其它同上。双工通信 通信双方可以同时进行传输消息的通信。基站的发射机和接收机分别使用一副天线，移动台通 过双工器共用一副天线。双工通信必须使用两个频率 F发 F收。这就是频分双工工作方式的定义这就是频分双工工作方式的定义FDDFDD半双工通信基站的工作方式与全双工一致，移动台是按压PTT后，发射机开始工作，接收机总是工作的。1、移动通信的工作方式1/5/202317第四节：无线电频段划分及命名第四节：无线电频段划分及命名频段号频段名称频率范围波长名称波长范围1极低频（ELF）8-30Hz极长波10-100Mm

9、2超低频（SLF）30-300Hz超长波1-10Mm3特低频（ULF）300-3000Hz特长波100-1000Km4甚低频（VLF）3-30KHz甚长波10-100Km5低频（LF）30-300KHz长波1-10Km6中频（MF）300-3000KHz中波0.1-1Km7高频（HF）3-30MHz短波10-100m8甚高频（VHF）30-300MHz米波（超短波）1-10m9特高频（UHF）300-3000MHz分米波1-10dm10超高频（SHF）3-30GHz厘米波1-10cm11极高频（EHF）30-300GHz毫米波1-10mm12至高频（超极高频）300-3000GHz丝米波0.1

10、-1mm1/5/202318第五节、移动通信中的电波传播与分集接收第五节、移动通信中的电波传播与分集接收1、信道的概念有线信道 架空明线，电缆，光纤无线信道 中波、长波：沿地表面传波。短波：电离层反射传播 超短波、微波：直射传播 散射传播变参信道：传输特性随时间的变化较快恒参信道：传输特性随时间的变化量极小，或者说在 足够长的 时间内，其参数基本不变。移动通信信道是典型的“变参信道”1/5/2023192、分集接收l定义：所谓分集接收是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行特定处理，以降低信号电平起伏的方法l分集接收的方式：宏分集：主要用于蜂窝通信，也叫多基站分集 微

11、分集:是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。微分集接收的种类：空间分集 频率分集 极化分集 场向量分集 角度分集 时间分集1/5/202320分集接收的种类及定义分集接收的种类及定义l空间分集不同天线的接收信号相互独立l频率分集不同频率的接收信号相互独立 l极化分集水平极化和垂直极化的信号相 互独立。l时间分集不同时间的接收信号相互独立 1/5/202321空间分集空间分集 定义：两个不同的位置上接收同一个信号，定义：两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，两处所接收只要两个位置的距离大到一定程度，两处所接收信号的衰落是不相关的。信号的衰落是不

12、相关的。分集接收原理图分集接收原理图空间分集接收天线距离d的配置：间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关通常在市区d=0.5 郊区d=0.8 d越大，相关性越弱。1/5/2023221.选择式合并选择所有接收分支路中信 噪比最高的支路信号作为 合并器的输出2.最大比值合并 这是一种最佳的合并 方式，见图。3.等增益合并对各支路信号等增益相 加。分集接收的合并1/5/202323分集接收的合并方式-最大比值合并1/5/202324第六节、噪声与干扰1、分类与特性 噪声：内部噪声 外部噪声-自然噪声 人为噪声内部噪声：系统设备本身产生的各种噪声。例如：电阻中的电子热运动 半导体中载流子的起伏变化

13、散弹噪声l 在此研究的噪声是指通信过程中，在信号传输在此研究的噪声是指通信过程中，在信号传输 通道上（即信道上）的发生的噪声与干扰通道上（即信道上）的发生的噪声与干扰1/5/2023251、噪声的分类与特性热噪声和散弹噪声一般情况是无法避免的，这类噪声通称为随机噪声。自然噪声：指自然届中的各种辐射，来至太空的各种宇宙射线等。人为噪声：各种电气装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射 例如：电动机、电焊机、高频电气装置等1/5/2023262、临道干扰与同频干扰临道干扰是指相邻或临近频道的信号相互 干扰。同频道干扰由频率复用问题导致该问题 的发生。射频防护比接收机输入端的有用信号电平与同 频

14、道干扰电平之比必须大于某数值 才能保证接收信号的质量，这个数 值称为干扰保护比。1/5/2023273、互调干扰l当接收机接收频率为F的有用信号时，如果有下列两个干扰信号同时作用于接收机输入端：Uf1=Uf1cos2F1t Uf2=Uf2cos2F2tl 由于器件特性的非线性，就会引起这两个信号之间的互相作用，产生出一种与有用信号频率相近的新生干扰信号 现象：在接收机除了听到有用信号的声音外，还同时夹杂着哨叫声和杂乱的干扰声。定义：这种由于干扰之间互相调制作用对有用信号引起的失真称为互调失真(Intermodulation Distortion)或互调干扰。1/5/202328三阶互调干扰三阶

15、互调干扰lF1-F2 2阶（偶次）lF1+F2 2阶（偶次）l2F1-F2 3阶（奇次）lF1-2F2 3阶（奇次）l2F1+F2 3阶（奇次）l3F1-F2 4阶（偶次）l3F1+2F2 5阶（奇次）这里“奇次”和“偶次”指的是m+n是奇数还是偶数 任意两个频率分别为F1和F2的正弦信号作用于非线性器件时，会产生出原有的两个正弦波再加上无数个互调失真项，即无数个组合频率分量 如下式：mF1nF2 其中：m、n为任意正整数 1/5/202329三阶互调干扰l当当F1、F2都接近于都接近于F0时，时，2F1-F2，F1-2F2的值就非的值就非常接近与常接近与F0，所以，通常三阶互调指的就是这两种

16、组合，所以，通常三阶互调指的就是这两种组合频率形成的干扰。频率形成的干扰。l一般在设计中给出的可供使用的频率组已经避开了会出一般在设计中给出的可供使用的频率组已经避开了会出现三阶互调干扰的频点现三阶互调干扰的频点1/5/202330信令技术预备知识1/5/202331第七节、信令技术1、定义：信令是移动台与交换系统之间、交换系统与交换系统之间相互传送的地址信息，管理信息。例如：呼叫建立、信道分配与保持、拆线信息等。2、信令的分类l 按照传输方式分：共路信令 采用专用控制信道传送 优点：传送速度快，适用与大中型无线通信系统或 网络。随路信令信令与话路信道一起传送。优点：节省信道，接续 速度慢，适

17、用于小型系统。l按照信号形式分：模拟信令 数字信令1/5/2023323、模拟信令l定义：模拟信令是指采用不同频率的音频模拟信号 （3003400Hz话音频带范围）或亚音频模拟信 号来表示各种状态标志、地址信息或操作管理 信息的信令方式。以下几种都是模拟信令 音频单音信令音频单音信令、亚音频单音信令、CTCSS音锁信令双音多频信令等。1/5/2023333 3、模拟信令、模拟信令7.3.1、音频单音信令CCIR原国际无线电咨询委员会德国电气工业协会推荐的ZVEI信令系统频率表1/5/2023347.3.2亚音频单音信令l亚音频的定义：低于300HZ、人耳无法听到的 频率称为亚音频。优点：信令与

18、话音不在相互干扰，提高了信 令传输的可靠性。产生与提取：由于传统的技术和分离元器件 很难产生300Hz以下的频率。l因此亚音频信号的产生通常采用数字信号发 生器来实现，接收端则采用数字滤波和处理 技术解码。其特点是频率准确性和稳定性高，系统成本低以及可靠性高。1/5/2023357.3.3、CTCSS信令l定义：（Continuous Tone Coded Squelch System）是连续单音编码静噪系 统，又称为音锁系统。l原理：把亚音频附加到话音信道中，接收端 收到自己系统的特定亚音频时，打开音 频静噪门输出音频信号。l优点：可以抑制来自系统外的移动台或系统 内其他用户的无用话音或无用

19、信令的 干扰。1/5/2023367.3.4、双音多频信令DTMF1697+12092697+13301/5/202337对模拟信令的结论对模拟信令的结论l集群通信系统的技术特点：信令使用频繁：每个信道随时都在动态的释放和重 新分配以提高频谱利用率。若使用户在实际使用中不产生明显的延迟或中断感，信 道的转换必须快速进行，这就要求信令系统具有尽可能高 的处理速度和传输速度。若用户量稍大一些、信道数稍多一些，模拟信令就无法 达到满意的接续速度，结论：这也就是集群通信系统都采用数字信令的原因。尽管目前许多集群通信系统还都是模拟制的，但都采用了数字信令。1/5/2023384、数字信令7.4.1 定义

20、7.4.2 特点：7.4.3 构成7.4.4 传送方式7.4.5 信令举例1/5/2023397.4.5 MPT-1327信令介绍l产生：1988年，由英国、美国MOTOROLA公司、CE公司、荷兰的PHILIPS都参制定的MPT-1327信令正式成为模拟集群通信的国际标准。l特点和适用范围 是集群专用陆地移动无线通信系统的信令标准。规定了TSC(集群控制器）与无线移动台之间的通信规程组群通信方式，网内通信能力强，与PABX或PSTN的通信能力弱，不太适合一对一的私密通信方式。1/5/202340MPT-1327信令的系统功能1、系统容量l表示每个移动台的位数：20位二进制数l高7位：系统识别

21、码，可以有27=128个系统。每个控制中心是一个系统。l低13位：用户识别码 213=8192个 即：每1个系统可以识别的用户数为8192个l总容量：27213=1288192=1048576个 1/5/2023412 2、MPT-1327MPT-1327信令系统控制功能信令系统控制功能l信令传输速率：1200b/s l调制方式：FFSK 快速移频键控 l信道控制技术：消息集群、传输集群、准传输集群l控制信道：专用控制信道我们1号线采用这种方式。非专用控制信道控制信道不固定，既可以传送 话音，又可以传送控制信息。用户进入通话状态后，如何与其传输信令？1/5/2023423 3、MPT-1327

22、MPT-1327信令接续控制功能信令接续控制功能l为防止“碰撞”的发生而制定的接续控制规程l对被叫进行状态识别，提高系统利用率 移动台释放PTT时，立即收回信道。l集群控制器可以随时要求移动台发自身的标识码，这样可以防止非法用户入侵。4、MPT-1327MPT-1327信令排队功能信令排队功能 呼叫排队，同级别用户按照发起呼叫的先后顺序排队等呼叫排队，同级别用户按照发起呼叫的先后顺序排队等 候，高级别用户可以排在队伍的前面。紧急呼叫具有最候，高级别用户可以排在队伍的前面。紧急呼叫具有最 高级别。高级别。1/5/2023435 5、MPT-1327MPT-1327信令故障弱化功能信令故障弱化功能

23、l在故障情况下失去集群功能，退回常规方式。l我们1号线的无线系统有一个FAIL BACK模式。解释1/5/2023446、MPT-1327信令登记功能l移动台在漫游期间，需要向集群控制器登记 其位置。这样集群控制器才能根据信令数据 中的系统识别码确定移动台所处的站址和系统。1/5/2023457 7、MPT-1327MPT-1327信令的用户功能信令的用户功能1、话音呼叫基本功能2、数据呼叫可以设定优先等级 普通、优先。3、紧急呼叫划分优先级别，紧急呼叫级别最高4、加入呼叫用户1呼叫用户2，通话后，用户1可以再 呼叫用户3通话（电话会议）5、状态信息用户可以自己定义30条约定信息，类似 于短信

24、。1/5/202346第八节：移动通信系统的信道控制方式l定义：自动选用空闲信道的方式，称为信道控制方式有中心（控制器）系统：依靠控制器来进行信道的分配和控制无中心系统：把相当的控制能力分配给了手持机1/5/202347第八节：主要介绍四种信道控制方式8.1 专用信道方式8.2 循环定位方式8.3 循环不定位方式8.4 循环分散定位方式1/5/2023488.1 专用信道控制方式专用信道控制方式1/5/2023498.2 循环定位控制方式循环定位控制方式1/5/2023508.3.1 循环不定位控制方式循环不定位控制方式11/5/2023518.3.2 循环不定位控制方式循环不定位控制方式21

25、/5/2023528.3.3 循环不定位控制方式循环不定位控制方式31/5/2023538.4 循环分散定位方式循环分散定位方式1/5/202354第九节：集中式控制专用信令信道方式与第九节：集中式控制专用信令信道方式与 分布式控制随路信令信道方式的比较分布式控制随路信令信道方式的比较1/5/202355两种控制信令信道方式的比较两种控制信令信道方式的比较项目 集中式控制 分布式控制 信道利用率 需占用一条信道做专用控制信道，对信道较少的系统，信道利用率不高 采用亚音频随路数字信令，与话音用同一个信道，全部信道可做通话信道，信道利用率高 可采用信息集群、传输集群和准传输集群3种方式中的任一种

26、通常采用传输集群，信道利用率高 一般功能 1.可实现单呼、群呼和全呼（系统呼叫）1.可实现单呼、群呼和全呼，但不太方便 2.电话互联 2.电话互联 3.优先等级 3.无 4.紧急呼叫 4.无 5.遇忙排队/回叫 5.无 6.有通话时限 6.难实现 7.可进行区域联网 7.实现区域联网需增加网络控制器 8.动态重组 8.无 9.数据传输 9.难以实现 特殊功能 1.具有较强的集中控制指挥能力 1.不能实现集中指挥 2.系统有话务统计、记录和计费 2.增加系统管理设备可实现话务记录和计算 3.系统自我诊断 3.无 4.动态分配信道 4.无 5.可更换信令信道 5.无 6.对发射机功率故障关闭 6.

27、无 7.接收机受干扰关闭 7.无 8.遥毙 8.无 9.智能化、自动化管理水平较高 9.智能化、自动化管理水平较低 入网性能 1.无须扫描，接入系统是间断。有“争用”问题，系统接通时间视信令系统而定，在2500500ms之间。2.连续更新信道指派信息 1.用户分散在各个信道上，呼叫申请直接占用该信道，“争用”概率小，阻塞率低，系统接通时间短，典型值小于300ms 2.连续更新信道指派信息 可靠性 系统控制器或控制信道出故障则失去集群功能，控制信道可轮换保证系统可靠工作 任何一个信道转发器故障不影响系统集群功能。但影响一部分移动台工作 系统扩展 模块结构，易扩展 扩展容易，且不需作系统更改 开发

28、难易程度 具有独立系统控制器，设备相对复杂，不易开发 不用独立的系统控制器，设备相对简单，容易开发 设备成本 对信道数少的系统来说，需要一个集中控制的系统控制器，成本高。对信道数较多的系统来说，成本并不高 每个转发器都有控制逻辑单元，负责信道控制和信令交换，省去独立的系统控制器，成本低。信道数多时，成本与集中控制相当 1/5/202356第十节：集群通信系统第十节：集群通信系统10.1 定义：指多个用户（部门、群体）共用一组无线 电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信 系统。主要用于指挥调度通信。10.2 集群通信的用途和特点1/5/20235710.2 集群通信系统的用途和特点区别用途不

29、同限时功能服务对象不同工作方式频率复用技术 集 群 网适合于专网，用于调度和指挥，用户有不同的优先级别有主要服务于无线用户与无线用户之间的通话，无线到有线的话务量占比例5-10%半双工工作，两个用户通话只需占用1对频率改进信道共用技术来提高系统的频率利用率，向多区构成的大覆盖发展 公 网适合于大众，不分优先级别。无在移动通信网中，无线用户到PSTN的话务量要过半。全双工工作，两个用户通话需要占用2对频率依靠频率复用技术，提高频率利用率。向微小区、微微小区发展1/5/20235810.3 集群通信系统的组成及类型组成框图1/5/20235910.4 集群方式l信息集群：每个通话过程完全占用1对无

30、线频 道，而且在用户松开PTT后，该信道继续保留 6S时间。l传输集群：在通话过程中，每按压1次PTT，就重新占用频道1次。通话会有间断现象。l准传输集群：是以上两种方式的结合与改进。在信息集群，把脱网时间由6S缩短到0.5-2s。在传输集群，每次松开PTT后，增加保持时 间为0.5S。假如信道数为20个，在给定的服务等级下，传输集群的用户数约为3000个，准传输集群的用户数为2500个，信息集群用户数为1700个1/5/20236010.4 集群系统的体制与类型l按网络结构分单区制（单基站和多基站）：我们一号线的是单基站单区制。多区制：l按控制方式分集中控制：使用专用控制信道传送信令。信令速

31、率：9.6kbit/s分布控制：使用随路信令，通常利用亚音频传送信令。信令速率:300bit/s.1/5/20236110.5 模拟集群与数字集群l模拟集群：整个系统中话音没有采用数字技 术。1988年，NOKIA公司的450Mhz模拟集群通信 系统进入我国，采用的信令是MPT-1327数字信令。l数字集群系统：通信的各个环节都采用数字 处理技术。例如：数字信令，多址方式、话音编码技 术、调制技术、。新的配合技术：同步技术、检错纠错技术、分集技术1/5/20236210.6 集群通信的主要特点l共用频率l接续时间短，能快速获取信道和脱开信道。公网6-20秒，集群3S;l具有故障弱化功能，由于采

32、用了分散式容错处理技术。l采用灵活的多级分组l可进行动态重组l可以进行紧急呼叫。l可与PABX互联。1/5/20236310.7 集群通信系统的信道控制方式1、集中式控制方式，也叫专用控制信道 控制方式。2、分散式控制方式，也称分布式控制方 式。l信令配置方式：专用信令信道方式：非专用信令信道方式：在没有话音信道时，控制信道可以作为话音信道使用。随路信令信道方式：亚音频随路。1/5/20236410.8 两种主要信道控制方式的定义l集中式控制：是指系统中用一个系统控制器（或控制中心，实际上就是一条信道作控制信道）来完成话务的接续和信道的控制。l分散式控制：系统中的每个信道即是业务信道也是控制信

33、道，每个信道都由自己的智能控制终端（或模块）来管理。完成话务的接续控制。MPT1327信令：采用专用信令信道与非专用信令信道相结合的方式1/5/202365第十一节：天线基础知识第十一节：天线基础知识一、天线的分类l按照用途分类 通信天线 电视天线 雷达天线l按照工作频段分类 短波天线 超短波天线 微波天线 l按照方向性分类 全向天线 定向天线 1/5/202366二、对称振子的概念 两臂长度相等的振子 每臂长度为1/4,全长为1/2 波长的振子称为半波半波对称振子对称振子。半波对称阵子 半波折合振子第十一节：天线基础知识1/5/202367三、天线方向性的概念l发射天线的基本功能之一是把从馈

34、线取得的能量向周围空间辐射出去l基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子 第十一节：天线基础知识1/5/202368三、天线方向性的概念4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵 第十一节：天线基础知识1/5/202369三、天线方向性的概念第十一节：天线基础知识1/5/202370四、天线的增益l定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间的同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，显然它与方向性有密切的关系pdBi的概念：比较对象是辐射单元是理想的均匀点源，无方向性。半波对称振子的增益G=2.15 dBi

35、四个半波对称振子垂直上下排列时的增益G=8.15 dBipdBd的概念：比较对象是半波对称振子，G=0 dBd垂直四元阵子增益G=8.15-2.15=6dBd第十一节：天线基础知识1/5/202371五、波瓣宽度l3dB波瓣宽度 10dB波瓣宽度在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 于10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角，第十一节：天线基础知识第十一节：天线基础知识1/5/2023726、前后比：l前后比公式：F/B=10 Lg（

36、前向功率密度）/（后向功率密度）前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。对天线的前后比F/B 有要求时，其典型值为（18-30）dB，特殊情况下则要求达（35-40）dB。第十一节：天线基础知识第十一节：天线基础知识1/5/2023737、上旁瓣抑制、上旁瓣抑制 对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。第十一节：天线基础知识1/5/2023748、天线的、天线的下倾下倾为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。第十一节：天线基础知识第十一节：天线基础知

37、识1/5/2023759.极化的概念极化的概念 人们规定：电场的方向就是天线极化方向。l一般使用的天线为单极化的。l上图示出了两种基本的单极化的情况l垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。第十一节：天线基础知识1/5/20237611.9.1双极化天线上面左图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头.双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。第十一节：天线基础知识1/5/20237711.9.2极化损失 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来 接收，水平极化波要用具有水平极化特性的 天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向

38、不 一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+45 极化 天线接收垂直极化或水平极化波时，都要产 生极化损失 第十一节：天线基础知识1/5/20237811.9.3极化隔离l假设：用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。天线基础知识极化隔离度X=10Lg(输入功率/输出功率）1/5/20237911.1011.10 天线的输入阻抗 Zin 定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线 的输入阻抗 ZinZin=RinRin+j +j XinXin j电抗分量 R电阻分量 输入阻抗与天线的结构、

39、尺寸以及工作波长有关 半波对称振子是最重要的基本天线，其输入阻抗为 ZinZin=73.1=73.142.5(42.5(欧欧)当把其长度缩短（）时，就可以消除其中 的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻。在实际工作中，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50 欧-这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。第十一节：天线基础知识1/5/20238011.11 匹配的概念 馈线终端所接负载阻抗L 等于馈线特性阻抗0 时，称为馈线终端是匹配连接的。第十一节：天线基础知识1/5/202381天线基础知识

40、天线基础知识11.12 反射损耗在上图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为50 ohms，阻抗不匹配，其结果是产生反射损耗=？1/5/20238211.13 驻波比的概念l在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波l作反射系数 R l电压驻波比：波腹电压与波节电压幅度之比叫电 压驻波比或驻波系数VSWR 终端负载阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系数 R 越小，驻波比VSWR 越接近于，匹配也就越好。第十一节：天线基础知识1/5/20238311.1411.14 天线的工作频率范围（频带宽度）l无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的。

41、l天线的频带宽度有两种不同的定义-在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带度；天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。l在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的 说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。第十一节：天线基础知识1/5/20238411.15 11.15 移动通信常用的几种天线介绍移动通信常用的几种天线介绍1、板状天线板状天线的方向图1/5/20238511.15 移动通信常用天线介绍1.板状天线加反射板后的方向图1/5/20238611.15 移动通信常用天线介绍栅状抛物面天线直径1.5米，在900M频段，G=20db 前后比

42、30dB1/5/20238711.15 移动通信常用天线介绍八木定向天线 室内吸顶天线 具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。通常采用 6-12 单元的八木定向天线。增益可达 10-15 dB。满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，VSWR 2室内吸顶天线属于低增益天线,一般为 G=2 dB。1/5/20238811.15 移动通信常用天线介绍壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求增益，约为G=7 dB1/5/202389l天线基本技术指标示例（板状天线）11.15 移动通信常用天线介绍1/5/

43、20239011.16 电波传播的几个基本概念 1、自由空间通信距离方程 电波损耗：L0(dB)=10 Lg（PT/PR）=32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(dB)-GR(dB)PT发射功率为，GT发射天线增益，f工作频率.PR接收功率 GR接收天线增益，R收、发天线间距离。l计算题：设：PT=10 W=40dBmw；GR=GT=7(dBi)；f=1910MHz 问：R=500 m 时，PR=？1/5/202391解答：(1)L0(dB)的计算 L0(dB)=32.45+20 Lg 1910(MHz)+20 Lg 0.5(km)-GR(dB)-GT(dB)=3

44、2.45+65.62-6-7-7=78.07(dB)（2）PR 的计算 PR=PT/(10 7.807)=10(W)/(10 7.807)=1(W)/(10 0.807)=1(W)/6.412=0.156(W)=156(uW)#1/5/2023922、极限直视距离 11.16 11.16 电波传播的几个基本概念电波传播的几个基本概念 Rmax 4.12 HT(m)+HR(m)(km)由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离 Re 约为极限直视距离Rmax的 70%，即 Re=0.7 Rmax.计算题：HT 与 HR 分别为 49 m 和 1.7 m，计算有效直视距离为 Re=？

45、1/5/2023933、电波在平面地上的传播特征 11.16 电波传播的几个基本概念 实际测量指出：传播距离 Ri与天线高度的关系如下：Ri=（4 HTHR）/L L波长1/5/2023944、多径传播的定性概念不同的障碍物对电波的反射能力也不同钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。人们常常采用空间分集技术或极化分集技术来克服多经衰落。11.16 电波传播的几个基本概念 1/5/2023955、电波的绕射传播l在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。频率越高（波长越短），绕射能力越弱。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的 高度有关，和接收天线

46、与建筑物之间的距离 有关，还和频率有关。频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物 越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。11.16 电波传播的几个基本概念 1/5/2023966、电波的绕射传播的几个数据例如：有一个建筑物，其高度为 10 米，在建筑物后面距离200 米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在 100 米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。减弱程度还与信号频率有关。对于 216223 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16 dB。对于 670 兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB.如果建筑物高度增加

47、到50 米时，则在距建筑物 1000 米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱 11.16 电波传播的几个基本概念 1/5/202397第十二节：漏缆基础知识1、为什么要使用漏缆？2、漏缆的工作原理3、漏缆的特性4、漏缆的种类1/5/2023981、为什么要使用漏缆？l在基站与移动台之间，通常是依靠无线电电磁波来传播信息。l在 隧道中，移动通信用电磁波传播效果不佳，由此引发的关于漏缆的研究与开发。l漏缆的定义：顾名思义，就是电磁波既能在其中传播，也能按照设计的量向外辐射和接收外部电磁波的一种特制的电缆。第十二节：漏缆基础知识1/5/2023992、漏缆的工作原理横向电磁波通过同轴电缆从发射端传

48、至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是 完全屏蔽的，电缆外没有电磁场，或者说，测量不到有 电磁辐射。同样地，外界的电磁场也不会对电缆内的信 号造成影响。然而通过同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输 的一部分电磁能量发送至外界环境。同样，外界能量 也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁 场和外界电波之间产生耦合。具体的耦合机制取决于 槽孔的排列形式。第十二节：漏缆基础知识1/5/20231003、漏缆电性能主要指标A、纵向衰减常数l 普通同轴电缆内部的信号在一定频率下，随 传输距离而变弱。衰减性能主要取决于绝缘 层的类型及电缆直径的大小。l而对于漏缆来说，2个因

49、素会对纵向衰减特性造成影响。周边环境外导体槽孔的排列方式。第十二节：漏缆基础知识1/5/2023101B、耦合损耗l耦合损耗描述的是电缆外部因耦合产生且被外界天线接收能量大小的指标。l它定义为：特定距离下，被外界天线接收的能量与电缆中传输的能量之比。l由于影响是相互的，也可用类似的方法分析信号从外界天线向电缆的传输。第十二节：漏缆基础知识1/5/20231024、漏缆的种类l耦合损耗受电缆槽孔形式及外界环境对信号的干扰或反射影响。l宽频范围内，辐射越强意味着耦合损耗越低。根据信号与外界的耦合机制不同，主要分有下三种漏缆：A.幅射型（RMC）B.耦合型（CMC）C.泄漏型（LSC）第十二节：漏缆

50、基础知识1/5/2023103第十二节：漏缆基础知识第十二节：漏缆基础知识A.辐射型漏缆辐射型电缆的电磁场由电缆外导体上周期性排列的槽孔产生的 槽孔间距 d=1/2 辐射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有当槽孔排列恰当及在特定的辐射频率段，才会出现此模式。也只在很窄的频段下，才有低的耦合损耗。高于或低于此频率，都将因干扰因素导致耦合损耗增加。电磁波的传播方向如图所示呈放射状发散 1/5/2023104B.耦合型漏缆（CMC）l耦合型电缆则有许多不同的结构形式 在外导体上开一长条形槽 开一组间距远远小于工作波长的小孔（见图）在外导体两侧开缝 第十二节：漏缆基础知识电磁场通过小孔衍射激发电缆外导