《移动通信系统》PPT课件.ppt

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1、移动通信系统武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统移动通信简介移动通信简介移动通信简介移动通信简介1 12 23 34 4CDMACDMACDMACDMA简介简介简介简介5 5无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论天天天天 线线线线GSMGSMGSMGSM系统介绍系统介绍系统介绍系统介绍武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动

2、通信系统v前言前言 当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高望随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高工作的效率和经济效益。工作的效率和经济效益。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v移动通信系统简介移动通信系统简介 1

3、.1 1.1 移动通信简史移动通信简史 1.2 1.2 移动通信特点移动通信特点 1.3 1.3 移动通信分类移动通信分类 1.4 1.4 工作方式工作方式 1.5 1.5 多址技术多址技术 1.6 1.6 蜂窝技术蜂窝技术 1.7 1.7 频段划分频段划分武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.1 1.1 1.1 1.1 移动通信简史移动通信简史移动通信简史移动通信简史 1897 1897 年年，马马可可尼尼首首次次完完成成无无线线通通信信实实验验。开开

4、创创了了无无线线通通信信的的先河。先河。1978 1978 年年，美美国国贝贝尔尔实实验验室室研研制制成成功功了了先先进进移移动动电电话话系系统统（AMPSAMPS），建建成成了了蜂蜂窝窝状状移移动动通通信信系系统统。而而其其它它工工业业化化国国家家也也相相继继开开发发出出蜂蜂窝窝式式移移动动通通信信网网。这这是是第第一一代代移移动动通通信信系系统统。其其代代表表有有美美国国的的AMPSAMPS系系统统和和后后来来的的改改进进型型系系统统TACSTACS，以以及及NMT NMT 和和NTTNTT。第一代移动通信系统为频分复用的模拟模拟通信系统。第一代移动通信系统为频分复用的模拟模拟通信系统。八

5、八十十年年代代中中期期开开始始。欧欧洲洲首首先先推推出出了了泛泛欧欧数数字字移移动动通通信信网网 （GSMGSM）的的体体系系。随随后后，美美国国和和日日本本也也制制订订了了各各自自的的数数字字移移动动通通信信体体制制。这这是是第第二二代代移移动动通通信信系系统统。第第二二代代移移动动通通信信系系统统是是数数字字蜂蜂窝窝移移动动通通信信系系统统，其其典典型型代代表表是是美美国国的的DAMPS DAMPS 系系统统、IS-95IS-95和欧洲的和欧洲的GSMGSM系统。系统。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION T

6、ECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 19961996年年开开始始，为为了了解解决决中中速速数数据据传传输输问问题题，又又出出现现了了2.52.5代代的的移移动动通通信信系系统统，如如GPRSGPRS和和IS-95BIS-95B。移移动动通通信信现现在在主主要要提提供供的的服服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。务仍然是语音服务以及低速率数据服务。第第三三代代移移动动通通信信系系统统最最早早由由国国际际电电信信联联盟盟（ITUITU）于于19851985年年提提出出，当当时时称称为为未未来来公公众众陆陆地地移移动动通通信信系系统统（FPLMTSFPLMTS，Future Fut

7、ure Public Public Land Land Mobile Mobile Telecommunication Telecommunication SystemSystem），19961996年年更更名名为为IMT-2000IMT-2000（International International Mobile Mobile Telecommunication-2000Telecommunication-2000），意意即即该该系系统统工工作作在在2000MHz2000MHz频频段段，最最高高业业务务速速率率可可达达2000kbps2000kbps，预预期期在在20002000年年左左右

8、右得得到到商商用用。主主要要体体制制有有WCDMAWCDMA、CDMA2000CDMA2000和和TD-SCDMATD-SCDMA。19991999年年1111月月5 5日日，国国际际电电联联ITU-RTG8/1ITU-RTG8/1第第1818次次会会议议通通过过了了“IMT-2000IMT-2000无无线线接接口口技技术术规规范范”建建议议，其其中中我我国国提提出出的的TD-SCDMATD-SCDMA技技术术写写在在了了第第三三代代无无线线接接口规范建议的口规范建议的IMT-2000 CDMA TDDIMT-2000 CDMA TDD部分中。部分中。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技

9、术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.2 1.2 1.2 1.2 移动通信特点移动通信特点移动通信特点移动通信特点 电波传播条件复杂电波传播条件复杂 噪声和干扰严重噪声和干扰严重 多卜勒效应多卜勒效应 移动性移动性 系统和网络结构复杂系统和网络结构复杂 频带利用率高、设备性能好频带利用率高、设备性能好 保密性保密性武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.3

10、1.3 1.3 1.3 移动通信分类移动通信分类移动通信分类移动通信分类 移动通信有以下多种分类方式：移动通信有以下多种分类方式：按使用对象：民用设备和军用设备按使用对象：民用设备和军用设备 按多址方式：按多址方式：FDMAFDMA、TDMATDMA、CDMACDMA 按业务类型：电话网、数据网、综合业务网按业务类型：电话网、数据网、综合业务网 按覆盖范围：宽域网和局域网按覆盖范围：宽域网和局域网 按工作方式：同频单工、异频单工、异频双按工作方式：同频单工、异频单工、异频双 工、半双工工、半双工 按服务范围：专用网和公用网按服务范围：专用网和公用网 按信号形式：模拟网和数字网按信号形式：模拟网

11、和数字网 武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.4 1.4 1.4 1.4 工作方式工作方式工作方式工作方式 无无线线通通信信的的工工作作方方式式可可分分为为单单向向通通信信方方式式和和双双向向通通信信方方式式两两大大类别类别 双双向向通通信信又又分分为为单单工工通通信信方方式式、双双工工通通信信方方式式和和半半双双工工通通信信方方式三种。式三种。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNIC

12、ATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 单向通信方式单向通信方式单向通信方式单向通信方式 单向通信方式就是通信双方中的一方只能接收信号，而另一方单向通信方式就是通信双方中的一方只能接收信号，而另一方 只能发送信号，不能互逆。收信方不能对发信方直接进行信息只能发送信号，不能互逆。收信方不能对发信方直接进行信息 反馈。陆地移动通信系统中的无线寻呼系统就采用这种工作方反馈。陆地移动通信系统中的无线寻呼系统就采用这种工作方 式。如式。如BPBP机，只能收信而不能发信。机，只能收信而不能发信。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN

13、TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 双向通信方式双向通信方式双向通信方式双向通信方式 （1 1）单工通信方式）单工通信方式 单工通信方式单工通信方式 所所谓谓单单工工通通信信就就是是指指通通信信的的双双方方只只能能交交替替地地进进行行发发信信和和收收信信，不能同时进行不能同时进行 武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统（2 2）双工通信方式）双工通信方式 双工通信方式双工通信方式 所谓双工通信就是指移动通

14、信双方可同时进行发信和收信。所谓双工通信就是指移动通信双方可同时进行发信和收信。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统（3 3）半双工通信方式）半双工通信方式 半双工通信方式半双工通信方式这种通信方式与双工通信相类似。其中一方使用双频双工通信方式，另一方则使用双频单工方式，发信时要按下“按讲”开关。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移

15、动通信系统v1.5 1.5 多址技术多址技术 多址技术即多用户共用公共的通信线路。多址技术即多用户共用公共的通信线路。目目前前有有频频分分多多址址（FDMAFDMA）、时时分分多多址址（TDMATDMA）和和码码分分多多址址（CDMACDMA）三种接入方式。）三种接入方式。各种多址技术各种多址技术 武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 频分多址（频分多址（频分多址（频分多址（FDMAFDMA）频分多址就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道频分多址就是

16、把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道 （发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信 息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的 任何一个。任何一个。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统时分多址（时分多址（TDMA）时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划划

17、分分为为若若干干时时分分信信道道，每每一一用用户户占占用用一一个个时时隙隙，只只在在这这一一指指定定的时隙内收（或发）信号。的时隙内收（或发）信号。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.码分多址（码分多址（CDMA）码码分分多多址址是是一一种种利利用用扩扩频频技技术术所所形形成成的的不不同同的的码码序序列列实实现现的的多多址方式。址方式。移动通信系统武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TE

18、CHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.6 1.6 蜂窝技术蜂窝技术 移移动动通通信信系系统统是是采采用用一一个个叫叫基基站站的的设设备备来来提提供供无无线线服服务务范范围围的的。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。基站的覆盖范围有大有小，我们把基站的覆盖范围称之为蜂窝。采采用用大大功功率率的的基基站站提提供供比比较较大大面面积积的的服服务务范范围围的的方方式式叫叫做做大大区区制。制。采采用用多多个个小小功功率率的的基基站站提提供供大大容容量量的的服服务务范范围围的的方方式式称称之之为为小小区制或微小区制。区制或微小区制。蜂窝技术是提高频率利用率，扩大系统容

19、量的一种技术。蜂窝技术是提高频率利用率，扩大系统容量的一种技术。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统频率复用的概念频率复用的概念 频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统频率复用是蜂窝移动无线电系统的核心概念。在频率复用系统 中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用中，处在不同地理位置（不同的小区）上的用户可以同时使用 相同频率的信道。相同频率的信道。频率复用系统若设计得不好则可能会因相同信道公共使用而引频率复用系统若设计得不好则

20、可能会因相同信道公共使用而引 起同道干扰起同道干扰 。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统频率复用方案频率复用方案 在空间域上的频率复用可分为两大类：在空间域上的频率复用可分为两大类：1 1、两个不同的地理区域里配置相同的频率。、两个不同的地理区域里配置相同的频率。2 2、在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率、在一个系统的作用区域内重复使用相同的频率这种方这种方案用于蜂窝系统中。案用于蜂窝系统中。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司W

21、UHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为一个系统中有许多同信道的小区，整个频谱分配被划分为K K个个 频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数，如下图所频率复用的模式，即单位无线区群中小区的个数，如下图所 示：示：小区复用方式小区复用方式武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 频率复用距离频率复用距离频率复用距离频率复用距离 频率复

22、用距离频率复用距离D D由下式确定由下式确定：其中，其中，K K是频率复用模式。则是频率复用模式。则 D=3.46R K=4D=3.46R K=4 D=4.6R K=7D=4.6R K=7武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统v1.6 1.6 1.6 1.6 频段划分频段划分频段划分频段划分 我国移动通信使用频段的规定如下我国移动通信使用频段的规定如下 150 MHz150 MHz：138 MHz138 MHz149.9 MHz149.9 MHz；150.05

23、 MHz150.05 MHz167 MHz167 MHz（无线（无线寻呼业务）寻呼业务）450 MHz450 MHz：403 MHz403 MHz420 MHz420 MHz；450450470 MHz470 MHz（移动业务）（移动业务）800 MHz800 MHz：806 MHz806 MHz821 MHz821 MHz；851 MHz851 MHz866 MHz866 MHz（集群移动（集群移动通信）通信）825 MHz825 MHz835 MHz835 MHz；870 MHz870 MHz880 MHz880 MHz（蜂窝移动业务）（蜂窝移动业务）900 MHz900 MHz：885

24、MHz885 MHz915 MHz915 MHz；930930960 MHz960 MHz（蜂窝移动业务）（蜂窝移动业务）武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.移动通信系统 中国民用蜂窝通信使用的频段具体安排如下：中国民用蜂窝通信使用的频段具体安排如下：中国移动中国移动 GSMGSM：885 MHz885 MHz909 MHz/930 MHz909 MHz/930 MHz954 MHz954 MHz DCSDCS：1710 MHz1710 MHz1725 MHz/1805

25、 MHz1725 MHz/1805 MHz1820 MHz1820 MHz 中国联通中国联通 CDMACDMA：825 MHz825 MHz835 MHz/870 MHz835 MHz/870 MHz880 MHz880 MHz GSMGSM：909 MHz909 MHz915 MHz/954 MHz915 MHz/954 MHz960 MHz960 MHz DCSDCS：1745 MHz1745 MHz1755 MHz/1840 MHz1755 MHz/1840 MHz1850 MHz1850 MHz武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELE

26、COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论 vv在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直 到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研 究、了解和据此进行的场强预测。究、了解和据此进行的场强预测。vv因此，无线传播理论是进行系统工程设计与研究频谱有效利因此，无线传播理论是进行系统工程设计与研究频谱有效利 用、电磁兼容性

27、等课题所必须了解和掌握的基本理论。用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论v1.1.无线传播基本原理无线传播基本原理无线电波通过如下方式从发射天线传播到接收天线：第一种方式即直达波。由于沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信，如图(a)。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），如图(b)。第二种方式即地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。从发射天线发出的一些能量直接

28、到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过地球表面到达接收机。这三种的表面波见图（c）。第三种方式即对流层反射波。这种波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲，如图(d)。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射

29、体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，如图(e)。这种传播用于长距离通信。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式，即地波传播方式。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论（a）直达波沿直线传播（b）视距通信的应用（c）地波传播（d）对流层对无线电波的不规则散（e）无线电波通过电离层反射传播武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WU

30、HAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因：第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型：第一种是FCC建议的模型；第二种设计模型由Okumura提供。但覆盖边界应考虑实际经验结果。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无

31、线传播理论v2.2.无线传播环境无线传播环境1 1）频段划分介绍）频段划分介绍无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。对于移动通信来讲，我们只关心3003000MHz 的UHF（Ultra High Frequency）的频段。2 2）快衰落与慢衰落）快衰落与慢衰落在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象，其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落。另外，移动台接收的信号场强也会

32、随着地区位置改变出现较慢的变化，这种变化称为慢衰落。它是由阴影效应引起的，所以也称作阴影衰落。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论3 3）传播损耗）传播损耗在研究传播时，特定收信机功率接收的信号电平是一个主要特性。由于传播路径和地形干扰，传播信号减小，这种信号强度减小称为传播损耗。以理想全向天线为例。经推导，自由空间（各向同性，无吸收，电导率为零的均匀介质）的传播损耗为：Lp=32.4+20 lgf(MHz)+20 lgd(km)其中，f为频率，d为距离（公

33、里）。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论v3.3.无线传播模型无线传播模型 传播模型是非常重要的。传播模型是移动通信网小区规划的基础。模型的价值就是保证了精度，同时节省了人力、费用和时间。在规划某一区域的蜂窝系统之前，选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰，是一个重要的任务。多数模型是预期无线电波传播路径上的路径损耗的。所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用。确定某一特定地区传播环境的主要因素有：自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；人工建筑的数量、高度

34、、分布和材料特性；该地区的植被特征；天气状况；自然和人为的电磁噪声状况。另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同。根据无线网络规划的需要，我们一般将无线传播模型分为两类：室外传播模型和室内传播模型。常用的模型如下表所示：模型名称适用范围Okumura-Hata适用于 900MHz 宏蜂窝预测 Cost231

35、-Hata适用于1800MHz 宏蜂窝预测 Cost231 Walfish-Ikegami适用于900和1800MHz 微蜂窝预测Keenan-Motley适用于900和1800MHz 室内环境预测武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论Okumura-Hata模型计算 频率f-(150-1000MHz)900基站高度hb-(30-200m)30移动台高度hm-(1-10m)1距离d-(1-20km)2城区修正值A(hm)=(1.1*log10(f)-0.7)h

36、m-(1.56*log10(f)-0.8)-1.258951554 路径损耗Lp=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(hb)+(44.9-6.55*log10(hb)*log10d-A(hm)138.281858 武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论v4.多普勒效应多普勒效应 在移动通信中信号的相位不断变化，产生附加频移，这种频移称为多普勒效应。在GSM系统中多普勒效应引起频率变化的关系可以通过下面的公式给出：若基站为频率源f，

37、则基站接收到的频率f为f=f(1v/c)式中：v为MS的移动速度，c为空中信号传播速度（设为3108m/s）。当MS向基站方向移动时取“+”号，远离基站时取“-”号。若MS为频率源f，则基站接收到的频率f为f=f/(1u/c)式中：u为MS的移动速度，c为空中信号传播速度（设为3108m/s）。当MS向基站方向移动时取“-”号，远离基站时取“+”号。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论v5.菲涅尔区菲涅尔区 从发射机到接收机传播路径上，有直射波和反射波，反射

38、波的电场方向正好与原来相反，相位相差180度；如果天线高度较低且距离较远时，直射波路径与反射波路径差较小，则反射波将会产生破坏作用。另外，直射波与反射波路径差为 ，带来的相位差为 ,ht、hr分别表示发射机和接收机离地面的高度，d为发射机到接收机间的水平距离，如图：武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.无线传播理论忽略从发射点通过地波传播到达接收机的一部分信号（该信号在超高频和甚高频段可以忽略不计），则总的接收场强和自由空间场强（单位为V/m）的比值的平方为：这个式子表明

39、，设n为自然数，当为（2n1）时，可产生6dB的的信号功率增益；而当为2n 时，两路信号相互抵消。这个角度的变化可能是由于天线高度、传播距离的变化或者两者共同作用所引起的。仿真结果还表明，当d小于 时，/2大于/2，此时所得增益的大小随移动台向基站靠拢而摆动；当d大于 时，/2小于/2，移动台远离基站移动时增益无摆动。实际传播环境中，如果直达路径跳过起伏不平的地形及地表的建筑物，则反射波会对直射波产生积极作用；否则就有可能成为具有破坏性的多径干扰，且破坏作用随频率增高而变大。因此应该将基站的天线建得尽可能离地面高。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXI

40、N TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线v天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。起到重要作用。1、天线的方向性、天线的方向性 天线辐射电磁波具有方向性，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。天线方向性：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。武汉

41、虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限

42、责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线无线电波的传播示意图：当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD

43、.天 线2、波瓣、波瓣零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向间的夹角。副瓣电平：副瓣与主瓣最大值之比，通常用dB表示。后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。前后比：等距线上，主瓣和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（First Upper Sid

44、e Lobe Suppression）。与之相反，在主瓣与第一下副瓣之间的第一下零点方向的功率密度非常的低，常会产生天线下面信号很弱甚至无法通话的现象，所以我们有会对这部分的信号做增强处理：第一下零点填充（First Down Null-Fill）。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线3、天线的增益

45、、天线的增益Gi定义：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线在该方向上的功率密度之比(单位dBi)。有时也以无耗半波振子的增益系数(1.64)作比较标准，记为Gd(单位dBd)。或天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值。显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。由此可以看出，天线的高增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOM

46、MUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线4、天线的下倾角与方向图、天线的下倾角与方向图在实际工程中我们常常遇到需要调整天线的下倾角的情况。当天线下倾角为0时，覆盖的区域较大，使各个小区之间的覆盖重叠区较大，为减小天线的覆盖区我们会采用减小基站输出功率或增大天线下倾角的方式。当覆盖区比基站地势低时，天线需要作下倾处理。以下图纸为没有下倾、电调下倾和机械下倾情况下方向图在地面上的映像图：武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线同时，不同的下倾

47、角还会导致天线方向图的改变。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线通过两副图的比较，我们可以发现：在下倾角为06时，电调和机械下倾角天线的方向图区别不大；下倾角大于6后，电调下倾角天线的方向图基本保持了原有方向图的结构，机械下倾天线的方向图发生严重的变形，在原中心覆盖方向信号覆盖非常近，而在侧向覆盖距离较远。由此可知，天线机械下俯角度不应过大，否则主瓣将会严重变形。在需要较大下倾时，我们可以改用垂直波瓣宽度较大的天线进行覆盖，以弥补下倾角不足的问题。武汉虹信通信技术

48、有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线5、天线的极化、天线的极化天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化，即时变电磁场矢量端点运动轨迹的形状、取向和旋转方向。根据电场矢量端点呈直线、圆形和椭圆形，天线的极化可分为线极化（水平、垂直以及）、圆极化和椭圆极化（左旋、右旋）三种。一般我们使用的天线采用的是线极化方式。垂直极化+45度极化 双极化双极化 45度极化 水平极化 武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOMMU

49、NICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线为了实现不同方向的极化，天线在天线单元的排列方式上做了一定的处理。半波振子安装方向于极化方式相同。（eg：当半波振子垂直安装时，天线为垂直极化方式）。不同极化方式的信号之间由于传播方式的不同而使相互之间有一定的隔离效果。在理想情况下垂直极化和水平极化方式之间的隔离度达到30dB。但是在实际条件下天线在预定极化方式发射的同时还会进行其交叉极化方向的发射。所以在一般环境下我们作测试时会发现垂直极化和水平极化之间的隔离度只有2426dB。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通信技术有限责任公司WUHAN HONGXIN TELECOM

50、MUNICATION TECHNOLOGIES CO.,LTD.天 线6、分集、分集在移动通信系统中，移动台工作在复杂的地理环境中，移动的方向和速度是任意的、发送的信号经过附近各种物体的反射、散射等而形成多路径传播，使得到达接收机的信号往往是多个幅度和相位各不相同的叠加，从而形成快衰落。同时还有慢衰落，慢衰落的信号电平起伏相对较缓。分集接收就是克服各种衰落，提高系统性能的一种技术：把接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将这些信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能力最大。对数字系统，可使接收端的误码率最小，对模拟系统，可提高接收端的信噪比。武汉虹信通信技术有限责任公司武汉虹信通