无线网络规划技术 基站天馈系统的安装与设计

无线网络规划技术基站天馈系统的安装与设计PresentationTitle—2Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd1.1天线的增益•增益是指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同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。一个天线与对称振子相比较的增益用“dBd”表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.17dBi１天线基本概念PresentationTitle—3Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.2天线的极化方向•无线电波在传播的过程中，电场和磁场的空间是相互垂直的，同时，这两者又都垂直于传播方向。•无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。１天线基本概念PresentationTitle—4Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell极化损失•当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失•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；（极化）隔离•隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例1000mW(即1W)1mW在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dBPresentationTitle—5Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.3天线方向图•天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。PresentationTitle—6Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.4天线半功率角（HPBW）•在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。PresentationTitle—7Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线PresentationTitle—8Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.5天线前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。PresentationTitle—9Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.6天线的工作频率范围(带宽)•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内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。•有几种不同的定义：•一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；•一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。•在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。PresentationTitle—10Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell1.7匹配•时，称为馈线终端是匹配连接的。当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。•在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。PresentationTitle—11Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell反射损耗•当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。•当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。PresentationTitle—12Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell馈线和天线的电压驻波比•在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度（。）反射系数Γ＝─────＝───────入射波幅度（。）驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax（1+Γ）驻波系数Ｓ＝──────────────＝────驻波波节电压辐度最小值Ｖmin（1-Γ）终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好。PresentationTitle—13Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell典型的移动基站天线技术指标PresentationTitle—14Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBellPresentationTitle—15Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell室外宏小区（MacroCell）2天线安装设计－如何选择天线类型（900M）PresentationTitle—16Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell室外微小区（MicroCell）PresentationTitle—17Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell•对于MacroCell在实际天线选择时可考虑：•HorizontalHPBW5°（定向天线）•VerticalHPBW1°•Gain1db•E-Tilt1°•对于MicroCell在实际天线选择时可考虑：•HorizontalHPBW20°（定向天线）•VerticalHPBW20°•Gain3dbPresentationTitle—18Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell天线下倾角计算3天线安装设计－如何考虑天线下倾角PresentationTitle—19Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell电子下倾角的产生无下倾时在馈电网络中路径长度相等，无时延有下倾时在馈电网络中路径长度不相等，导致时延=0=t=2t=3t=delaytimedowntiltanglePresentationTitle—20Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell电子下倾角的波束覆盖无下倾有下倾PresentationTitle—21Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell机械下倾角的波束覆盖无下倾有下倾PresentationTitle—22Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell在不同机械下倾角时的水平面波束宽度及前后比实测数据PresentationTitle—23Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell在不同电子下倾角时的水平面波束宽度及前后比实测数据PresentationTitle—24Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell3天线安装设计－如何考虑天线隔离度隔离度•隔离度是指一幅天线辐射出来的信号到另一幅天线的输入口之间的衰减量。•根据GSM规范11.21和5.05，发射天线和接收天线间的隔离度应大于30db，发射天线之间的隔离度应大于20db。•隔离度不够易导致接收机带内噪声增加，降低接收机灵敏度。•Alcatel的不同BTS类型，对隔离度的要求不同。如果天线安装不能隔离度要求，则在分配频率的时候，必须考虑频率间的交调干扰，尤其是三阶交调。BTS类型隔离度要求G2BTS(GSM/DCS)30dbEvoliumBTS(GSM/DCS)25dbMicroBTS25dbDualBand25dbPresentationTitle—25Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell全向天线水平排列•从下图可见对于增益为11dbi的全向天线收发间距需大于9.5m，才满足BTS对隔离度要求dHIH=22+20log(dH/)-(GT+GR)[dB]GSM＝30cmDCS＝15cmGt,Gr天线增益PresentationTitle—26Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell定向天线水平排列•由于天线具有方向性，在满足同样隔离度的情况下，水平间距相比全向天线要小•水平间距的大小除了满足隔离度要求以外，还与天线水平半功率角、天线增益等相关天线半功率角定向天线增益收发天线间距65°92.265°122.265°15.52.665°18.5390°7.53.190°114.190°15.55.890°176.2120°6.52.8120°103.6120°134.8120°15.55.5Kathrein900M系列天线PresentationTitle—27Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell天线垂直排列IV=28+40log(dV/)[dB]dvdmMastPresentationTitle—28Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBell互调的定义•互调是指非线性射频线路中，两个或多个频率混合后所产生的噪音信号。•互调产生的本来并不存在“错误”信号，此信号会被系统误认为是真实的信号。•互调可由有源元件（无线电设备、二极管）或无源元件（电缆、接头、天线、滤波器）引起。具有两个载波信号的互调失真频率实例频率A及B上的载波，产生如下互调信号：1阶：A，B2阶：（A+B），（A-B）3阶：（2A±B），（2B±A）4阶：（3A±B），（3B±A），（2A±2B）5阶：（4A±B），（4B±A），（3A±2B），（3B±2A）互调失真如何影响系统的性能？•较高功率的发射信号通常会混合产生互调信号，最后进入接收波段。•而基站天线接收的信号通常功率较低。•如果互调信号与实际的接收信号具有相近或较高的功率，系统会误把互调信号视为真实信号。PresentationTitle—29Allrightsreserved©2002,AlcatelShanghaiBellGSM系统实例：三阶互调失真信号（A=935MHz，B=960MHz)2A-B=1870-