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移动通信技术射频、光纤基础知识射频与光纤基础知识京信通信系统公司苏华鸿射频与光纤基础知识射频与光纤基础知识京信通信系统公司苏华鸿2009年3月20日2009年3月20日移动通信技术射频、光纤基础知识1、射频基础知识2、光纤基础知识移动通信技术射频、光纤基础知识1.1何谓射频射频是指该频率的载波功率能通过天线发射出去（反之亦然），以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象。该频率在各种无源和有源电路中R、L、C各参数反映出是分布参数。在1.1表中其波长在VHF(米)和UHF(分米)波段通常被我们用作移动通信，所以我们叫它做移动通信射频。11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.1长线和短线的概念11与移动通信相关的射频知识简介图（a）表示的是半波长的波形图，AB是线上的一小段，它比波长小得多。由图可见，线段AB上各点的电流或电压的幅度和相位几乎不变，此时的线段AB是一段“短线”。如果频率很高，虽然线段AB的长度相同，但在某一瞬时线上各点电流或电压的幅度和相位均有很大变化，如图（b）所示，此时的线段AB即应视为“长线”.我们把传输线的几何长度（L)与其上传输电信号的波长（λ）之比L/λ，称为传输线的相对长度或者叫电长度。。电流电压沿线分布图（a）短线情况（b）长线情况移动通信技术射频、光纤基础知识1）短线集中参数概念11与移动通信相关的射频知识简介2）射频长线分布参数概念低频短线集中参数电路射频长线分布参数电路移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.2射频终端短路线（全反射）11与移动通信相关的射频知识简介无耗短路线的驻波特性当射频传输线终端短路时信号为全反射。1)()(−=+−=ΓZOZHZOZH反射点的入射电压反射点的反射电压电压反射系数（无穷大）即电压驻波比∞=Γ−Γ+==11VminVmaxVSWR移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.3射频终端开路线（全反射）11与移动通信相关的射频知识简介开路线的特性当射频传输线终端开路时，信号为全反射。1=Γ电压反射系数（无穷大）即电压驻波比∞=Γ−Γ+==11VminVmaxVSWR移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.4射频传输线终端完全匹配11与移动通信相关的射频知识简介为行波状态。即电压驻波比.111VminVmaxVSWR=Γ−Γ+==当射频传输线阻抗ZL完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号无反射，电压反射系数Γ=0。移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.5射频传输线终端不完全匹配11与移动通信相关的射频知识简介之间）。（工程时控制在电压驻波比5.1~1.11VminVmaxVSWRv=Γ−Γ+==当射频传输线阻抗ZL不完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号有局部反射，电压反射系数0Γ1。电压驻波比在工程上常用回波损耗RL表示，对应关系如右表：9.59.5141415.615.616.616.617.617.619192121回波损耗回波损耗RLRL（（dBdB））2.02.01.51.51.41.41.351.351.31.31.251.251.21.2电压驻波比电压驻波比VSWR(vVSWR(v))）。（相应公式dB.1-v1vlg20RL+=移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.6在不同反射系数Γ下传输线的电压驻波分布11与移动通信相关的射频知识简介Γ=-1全反射终端短路Γ=+1全反射终端开路Γ=0无反射终端匹配0〈|Γ|〈1局部反射终端不完全匹配移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.7射频各种馈线1）平行双线11与移动通信相关的射频知识简介Z0=L11C=2762lgDdrε（Ω）1）趋肤效应显著；2）辐射损耗增加；3）支撑物损耗增加。εr为介质的介电常数移动通信技术射频、光纤基础知识2）同轴线11与移动通信相关的射频知识简介Z0=L11C=138lg()barε(Ω)同轴线封闭，无辐射εr为介质的介电常数移动通信技术射频、光纤基础知识3）带状线，又称三板线、板线或介质夹层线11与移动通信相关的射频知识简介带状线的结构及场分布移动通信技术射频、光纤基础知识4）同轴线向带状线演化11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识5）微带线11与移动通信相关的射频知识简介微带线的结构及电磁场分布移动通信技术射频、光纤基础知识5）微带线这是一种非对称性双导体平面传输系统，它具有一个中心导体带条和一个接地板，可以看成是由平行双线演变而来的，在双导体中间放一导体平面构成镜像，再去掉一根圆柱导体就变成微带线，如下图：11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.1.8从低频的集中参数的谐振回路向射频圆柱形谐振腔过渡11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识11与移动通信相关的射频知识简介1.2无线电频段和波段命名无线电频谱可划分为如下12个频段（见表1.1）。频率的单位是赫兹或周／秒，还可以使用千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。表1.1无线电频段和波段命名微波10~110~1丝米丝米((dmmdmm))丝米波丝米波300~3000300~3000吉赫（吉赫（GHzGHz））至高频至高频121210~110~1毫米毫米(mm)(mm)毫米波毫米波30~30030~300吉赫吉赫（（GHzGHz））极高频（极高频（EHFEHF））111110~110~1厘米厘米(cm)(cm)厘米波厘米波3~303~30吉赫吉赫（（GHzGHz））超高频（超高频（SHFSHF））101010~110~1分米分米(dm)(dm)分米波分米波300~3000300~3000兆赫（兆赫（MHzMHz））特高频（特高频（UHFUHF））9910~110~1米米(m)(m)米米波波30~30030~300兆赫兆赫（（MHzMHz））甚高频（甚高频（VHFVHF））88100~10100~10米米(m)(m)短短波波3~303~30兆赫兆赫（（MHzMHz））高高频（频（HFHF））771000~1001000~100米米(m)(m)中中波波300~3000300~3000千赫千赫（（kHzkHz））中中频（频（MFMF））6610~110~1千米千米(km)(km)长长波波30~30030~300千赫千赫（（kHzkHz））低低频（频（LFLF））55100~10100~10千米千米(km)(km)甚长波甚长波3~303~30千赫千赫（（kHzkHz））甚低频（甚低频（VLFVLF））441000~1001000~100千米千米(km)(km)特长波特长波300~3000300~3000赫赫（（HzHz））特低频（特低频（ULFULF））3310~110~1兆米兆米(Mm)(Mm)超长波超长波30~30030~300赫赫（（HzHz））超低频（超低频（SLFSLF））22100~10100~10兆米兆米(Mm)(Mm)极长波极长波3~303~30赫赫（（HzHz））极低频（极低频（ELFELF））11波波长长范范围围（含下限、不含上限）（含下限、不含上限）波波段段名名称称频频率率范范围围（含上限、不含下限）（含上限、不含下限）频频段段名名称称段段号号移动通信技术射频、光纤基础知识11与移动通信相关的射频知识简介1.3移动通信系统使用频段移动通信技术射频、光纤基础知识11与移动通信相关的射频知识简介为满足第三代（3G）蜂窝移动通信技术和业务发展的需求，中国于2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划：①第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段：频分双工(FDD)方式：1920~1980MHz/2110~2170MHz；时分双工(TDD)方式：1880~1920MHz、2010~2025MHz。②第三代公众蜂窝移动通信系统的补充工作频段：频分双工(FDD)方式：1755~1785MHz/1850~1880MHz；时分双工(TDD)方式：2300~2400MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务。移动通信技术射频、光纤基础知识11与移动通信相关的射频知识简介③IMT-2000的卫星移动通信系统工作频段：1980-2010MHz/2170-2200MHz。④目前已规划给公众蜂窝移动通信系统的825-835MHz/870-880MHz、885-915MHz/930-960MHz和1710-1755MHz/1805-1850MHz频段等，同时规划作为第三代公众移动通信系统的演进扩展频段。此外，为满足铁路系统调度通信等业务发展需要，拟将885-889MHz（上行）和930-934MHz（下行）作为GSM-R（EGSM）系统使用的频段；为满足射频电子标签业务发展的需要，将840-845MHz和920-925MHz规划作为RFID使用的频段（试用）。移动通信技术射频、光纤基础知识1.4第一代移动通信系统及其主要特点近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自80年代起，已历经三代。第一代的主要特点是利用模拟传输方式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中国）和NMT（北欧）为代表。主要商用时间从80年代初开始到90年代前期。它的主要特点：是模拟话音直接调频。11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.5第二代移动通信系统及其主要特点第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数据业务，以GSM为主,IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年代中期开始到现在。它的主要特点是：„低速率话音编码技术和数字调制(数字话音)；„每载波多路、时分多址或码分多址接入。11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.6第三代移动通信系统及其主要特点第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成三种空中接口标准，即WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000。今后十年内将逐步替代第二代系统而成为主流。它的主要特点是：(数字话音+高、中、低速率数据业务)„新型的调制技术，包括多载波调制和可变速率调制技术；„高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还对高速数据采用了Turbo纠错编码技术；„Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换；„软件无线电技术易于多模工作；„智能天线技术易于提高载干比；„多用户检测技术以消除和降低多址干扰；„可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满足各类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.7接收机的热噪声功率电平11与移动通信相关的射频知识简介移动通信技术射频、光纤基础知识1.8接收机的底噪及接收机灵敏度11与移动通信相关的射频知识简介底噪即为接收机的热噪声功率+该接收机的噪声系数NF；如GSM基站接收机的热噪声系数NF=5dB时，底噪声=N0+5=-116dBm接收机灵敏度，即为:接收机的底噪声+C/I(接收机解调相关业务时要求的载干比)对于G网，当B=200KHZ；NF=5dB；C/I=12dB时，接收机灵敏度(dBm)=-174+53+5+12=-116dBm+12=-104dBm移动通信技术射频、光纤基础知识功率/电平：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm。注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式：电平（dBm）=10lg5W→10lg5000=37dBm10W→10lg10000=40dBm20W→10lg20000=43dBm从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dB。功率（mw）1（mw）与移动通信相关的射频知识移动通信技术射频、光纤基础知识增益：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减。单位用dB表示。选择性：衡量工作频带内的增益及