MF000006 无线传播理论&天线知识 ISSUE1

1HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.无线网络规划基础ISSUE1.0无线案例培训部目录第一章无线电波知识……………………..........……….......…………..3第二章天线的知识介绍……………………………………………….48第三章射频基础知识………………………………………………….74第二章数字电子地图………………………………………………….912HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page2HUAWEIConfidential课程目标l熟悉无线电波传播原理，为后续的链路预算等做理论准备。l介绍天线有关知识，常用指标含义。l了解射频的基础知识，以及无线网络规划优化中经常使用的器件和仪器等。l了解数字电子地图的相关知识。学习完本课程，您将能够：本次课程将主要讲述电波、天线、数字地图和勘站测量方面的知识。3HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page3HUAWEIConfidential课程内容Training.huawei.com第一章无线电波知识第二章天线的知识介绍第三章射频基础知识第四章数字电子地图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。本章从运用的角度，全面阐述了移动通信中的无线传播理论。通过本课程的学习，可以对移动通信中的无线传播建立一个较为完整的概念。其中相当部分也可以作为日后工作中查找的资料。4HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page4HUAWEIConfidential第一章无线电波知识第一章无线电波知识ll第一节第一节无线电波基本原理无线电波基本原理l第二节无线电波传播特性l第三节无线电波传播模型l第四节电波传播模型校正无线电波原理部分主要讲述了无线频谱知识，无线电波传播方式和无线电波的传播途径等方面的内容。5HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page5HUAWEIConfidential基本原理－无线频谱基本原理－无线频谱不同的频段内的频率具有不同的传播特性300-3000GHzEHFExtremelyHighFrequency30-300GHzSHFSuperHighFrequency3-30GHzUHFUltraHighFrequency300-3000MHzVHFVeryHighFrequency30-300MHzHFHighFrequency3-30MHzMFMediumFrequency300-3000KHzLFLowFrequency30-300KHzVLFVery-lowFrequency3-30KHzVFVoiceFrequency300-3000HzELFExtremelyLowFrequency30-300Hz3-30HzDesignationClassificationFrequency无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带，如上表所示。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性：频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力越强。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。另外频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量，UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，因此被广泛应用于移动通信领域。当然，随着人们对移动通信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。6HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page6HUAWEIConfidential电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场基本原理－电磁波的传播l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，为垂直极化波[如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波电磁波的传播是一种能量传播模式。在传播过程中，电场和磁场是互相垂直的，同时两者又垂直与传播方向，通过电场和磁场的相互作用，将能力传到远方。就如水波传递一样。7HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page7HUAWEIConfidential基本原理－传播途径基本原理－传播途径直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直射波或地面反射波、绕射波、对流层反射波、电离层反射波，如图所示。就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。一种是直射波；另一种方式是地面反射波。直射波和反射波叠加的结果可能使信号加强，也可能使信号减弱，即所谓的多径效应。绕射波是建筑物内部等阴影区域信号的主要电波来源。绕射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。对流层反射波产生于对流层。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。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。电离层反射传播：当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，因此这种传播用于长距离通信。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性。8HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page8HUAWEIConfidential①①建筑物反射波建筑物反射波②②绕射波绕射波③③直达波直达波④④地面反射波地面反射波基本原理－传播路径基本原理－传播路径在一个典型的蜂窝移动通信环境中，移动台总是比基站天线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其他路径完成的。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。9HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page9HUAWEIConfidential第一章无线电波知识第一章无线电波知识l第一节无线电波基本原理ll第二节第二节无线电波传播特性无线电波传播特性l第三节无线电波传播模型l第四节电波传播模型校正本节重点讲述了电波的传播特性，包括衰落、色散、损耗等，并阐述了一些基本的解决方法。10HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page10HUAWEIConfidential无线传播环境l电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素：[自然地形（高山、丘陵、平原、水域）[人工建筑的数量、分布、材料特性[该区域植被特征[天气状况[自然和人为的电磁噪声状况无线电波受地形和人为环境的影响很大，高山、丘陵等自然地形，和人工建筑等都影响电波的传播特性，除此之外天气和时间因素也是影响电波传播的因素。例如，晚上电离层相对稳定，所以短波电台收音效果好就是一个示例。11HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page11HUAWEIConfidential准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR地形分类地形分类准平滑地形”指表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形，平均表面高度差别不大。Okumura传播模型将起伏高度定义为距离移动台天线前方10公里内地形起伏10%与90%的差。CCIR定义为收信机前方10~50公里处地形高度超过90%与超过10%的差。除此以外的其它地形统称为“不规则地形”12HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page12HUAWEIConfidential信号衰落信号衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落慢衰落由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落，又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度快衰落合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度随机。快衰落又可以细分为以下3类：时间选择性衰落：用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，从而引起时间选择性衰落。空间选择性衰落：不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。频率选择性衰落：不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，从而引起频率选择性衰落。为减少快衰落对无线通信的影响，常用方法有空间分集，频率分集，时间分集等。13HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page13HUAWEIConfidential抗快衰落措施－分集信号分集l时间分集[符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术l空间分集[采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。l频率分集[GSM采用跳频[CDMA采用扩频技术对于这种快衰落，基站采取的措施是采用时间分集、空间分集（极化分集）和频率分集的办法。时间分集主要靠符号交织、检错和纠错编码等方法，不同编码所具备的抗衰落特性不一样，这也是当今移动通信研究的前沿课题。空间分集主要采用主分集天线接收的办法来解决，基站的接收机对主分集通道分别接收到的的信号进行处理，一般采取最大似然法。这种主分集接收的效果由主分集天线接收的不相关性所保证（所谓不相关性是指，主集天线接收到的信号与分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性，这也就要求采用空间分集时主分集天线之间的间距大于10倍的无线信号波长（对于GSM，900M要求天线间距大于4米，1800M要求天线间距大于2米），或者采用极化分集的办法保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性。而对于移动台（手机）而言，因为只有一根天线，因而不具有这种空间分集功能。基站接收机对一定时间范围（时间窗）内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。CDMA通信中，软切换时，移动台与多个基站同时联系，从中选取最好的信号，这同样是一种空间分集的形式。频率分集主要采取扩频方式来解决，在GSM移动通信中，简单地采用跳频这种扩频方式来获得跳频增益；在CDMA移动通信中，由于每个信道都工作在较宽频段（窄带CDMA为1.25MHz），本身就是一种扩频通信。14HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page14HUAWEIConfidential解决均衡、RAKE技术均衡、RAKE技术电波时延扩展l起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题l发射信号来自远离接收天线的物体电波时延扩展－另一种频率选择性衰落快衰落还会产生时间色散的现象。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长（900MHz为17cm，1800或1900MHz为8cm)，如果此时手机天线处于这个深衰落点（当汽车中的手机用户由于红灯而驻留在这个深衰落点，我们称为红灯问题），话音质量非常差，需要采取相关技术来解决，如跳频等。15HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.Page15HUAWEIConfidentialTR绕射损耗l电磁波在绕射点四处扩散l绕射波覆盖除障碍物外的所有方向l扩散损耗最为严重l计算公式复杂，随不同绕射常数变化在分析山区或者城市中摩天大楼密