GSM培训教材-01无线传播基础理论

TechnologySupportDepartment网优培训教材GSM新员工基础教材TechnologySupportDepartment无线传播及天线基础无线蜂窝移动网络基础TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础TechnologySupportDepartment无线移动网络基础什么是无线电波?无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。无线电波是应用最早、最广泛的电磁波。根据现代学的观点，电场磁场都是一种物质，无线电波就是电场和磁场的传播。因而也是一种物质，是肉眼看不到的特殊物质。它是我们通信信息传递的载体。TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础瓦特W:例如20W毫瓦mW:1W=1000mWdBmdBm=10*lg(Power(W)/1mW)1W=1000mW=30dBm2W=2000mW=10lg(2000)=33dBm3dB法则：功率增加或减少一倍，dBm值增加或减少3dBdB表示两个量的比值大小，没有单位。例如33dBm-30dBm=3dB无线电波场强大小的单位（功率的单位）TechnologySupportDepartment无线网络移动基础无线电波的波长和频率是什么关系？波长与频率的关系式为：λ=c/f，其中c：光速，根据1975年第15届国际计量大会决议，把真空中光速值定为c=299792458米／秒，在通常应用多取c=3×108米／秒。f：无线电波的频率λ：则为该无线电波的波长。TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波陆地移动通信的电波传播机制实际环境的无线传播LOS和NLOSTechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础直射自由空间传播；反射在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，电波不能绕射过该物体；绕射在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体，该物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从该物体的边缘绕射过去；衍射当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生衍射。衍射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等；无线电波传播情况TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础TRTR绕射损耗穿透损耗TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础特点电磁波在绕射点四处扩散绕射波覆盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化绕射损耗TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础θθε0μ0εμε0μ0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大穿透损耗TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础物体阻挡/穿透损耗为隔墙阻挡：5～20dB；楼层阻挡：＞20dB；室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层；家具和其它障碍物的阻挡：2～15dB；厚玻璃：6～10dB；火车车厢的穿透损耗为：15～30dB；电梯的穿透损耗：30dB左右；茂密树叶损耗：10dB；穿透损耗TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础反射损耗地面性质水面稻田田野城市、山地、森林反射损耗（dB）0～12～46～1014～20TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础自由空间传播PtPrdErH各向同性辐射体各向同性接收天线SrPASPdrert2244LdBPPfMHzdkmfstr1032452020log.loglog自由空间损耗:Pt发射功率Pr被接收的各向同性功率E电场强度H磁场强度Sr辐射密度Ae天线有效作用面积TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础信号变化短期（快速）衰落(Rayleigh/Rician衰落)多路径的变化而产生该衰落大规模（慢速）衰落基站与移动台之间的地形结构、地球曲率等几何因素而产生该衰落,对数正态衰落汽车、树木、建筑物等的阴影或反射而产生该衰落TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础衰落产生的信号变化-70-60-50-40-30-20-1000.12.85.48.010.613.215.918.521.123.726.329.031.634.236.839.442.144.747.349.9距离[m]接收功率[dBm]对数正态衰落Raleygh衰落衰落空洞TechnologySupportDepartmentOkumura(奥村)/Hata模型适用频段：900M－2000MHzCOST231-Hata模型适用频段：1500-2000MHzCOST231Walfish-Ikegami模型适用频段：800M-2000MHzKeenan-Motley模型适用室内传播规划软件UNET的传播模型适用于900M－2000M的宏蜂窝常见传播模型无线蜂窝移动网络基础TechnologySupportDepartmentL=K1+K2log(d)+K3log(HTxeff)+K4×Diffraction+K5log(d)×log(HTxeff)+K6(HRxeff)+Kclutterf(clutter)K1:常数(dB).K2:log(d)的乘数因子d:发射天线和接收天线之间的距离(m).K3:log(HTxeff).的乘数因子HTxeff:发射天线的有效高度(m).K4:衍射衰耗的乘数因子。.Diffraction:经过有障碍路径引起的衍射损耗(dB).K5:log(HTxeff)log(d)的乘数因子.K6:的乘数因子.:接收天线的有效高度(m).Kclutter:forf(clutter)的乘数因子.f(clutter):因地物所引起的平均加权损耗.无线蜂窝移动网络基础TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础广播问题高话务区信道不够用需要移动电话有较高的输出功率kW!50...200kmTechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础解决方法:使用蜂窝小区!问题:需要小区间自动的切换漫游过程中需要有效的寻呼对用户方便!TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础频率问题举例:B=9(九个频率可以利用)问题:怎样用小区去覆盖大的区域?12345678?9?TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础蜂窝结构和质量在蜂窝移动网络中的频率复用可以充分利用频谱资源但会导致干扰相互依赖于：蜂窝大小复用距离干扰等级干扰区域TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础3x3小区复用区群（簇）(定向站)TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础4x3小区复用区群（簇）(定向站)TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础不规则（实际）蜂窝形状12345657网络边界覆盖空洞岛TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础结论在蜂窝移动网络中，频率复用度会直接影响到干扰从而影响网络质量在实际网络中，小区大小和形状是不规则的，因为：话务密度的变化地形地面使用情况工程公式可以对网络质量和最坏情况的考虑进行评估,但是必须经过实际情况的检验！TechnologySupportDepartment无线传播及天线基础天线基础TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础天线天线理论和参数天线类型天线倾角天线配置TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础天线数据Pt=45dBmGain=11dBi等方向性（全向）辐射功率Pt等效全向辐射功率：EIRP=Pt+Gain=56dBmV1V2=V1辐射功率TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础天线数据半功率波束宽度(HPBW)与电场极化有关垂直和水平的HPBW天线方向性图表明天线的空间辐射特性前后比考虑干扰时很重要TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础天线数据-天线方向性图0dB-3dB-10dB0dB-3dB-10dB垂直水平旁瓣nulldirection主波束HPBWTechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础移动通信天线:全向天线用于全向站的带有垂直HPBW的天线大面积覆盖微蜂窝层的伞型小区优点站点周围连续覆盖简单的天线安装对均匀地形来说很理想缺点没有机械下倾角不针对话务密集区域TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础移动通信天线:定向天线带有水平和垂直HPBW的天线优点能够集中在特定区域内覆盖在不感兴趣的区域低覆盖(例：森林)可以附加机械下倾装置可以在墙上安装（简便）缺点和全向站相比，每个站需要更多的频率资源需要更多的硬件TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础典型应用水平波束宽的天线(e.g.105°)用于有低反射和散射物体的地区(农村地区）3扇区站的覆盖有充分的小区重叠区来保证成功的切换水平波束窄的天线(e.g.65°)用于高散射的地区(城市地区)在扇区间的覆盖可以由散射和相邻站提供(大部分站都在市区)TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础天线倾角天线主波束和水平线之间下倾角度目的:减少越区现象去除孤岛现象减低干扰提高近区的覆盖场强调整小区边界(切换带)机械/电子或组合的下倾角TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础机械下倾角优点可以后来调节垂直下倾角不改变天线图表，节省成本(可以使用单一天线类型)可以快速调节缺点旁瓣没有被下倾很难精确调节问题：对于有些站很难进入TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础电子下倾角优点对于主瓣和旁瓣有相同的下倾角天线安装更简单没有调节误差缺点必须需要不同的天线类型同一个站假如调整下倾角需要重新天线安装调节电子下倾角几乎不可能（内置电子下倾）=0=t=2t=3t=延时下倾角TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础组合下倾角是机械和电子下倾角的组合高电子下倾角:在旁瓣方向上覆盖范围减小(也减少了干扰)在主瓣方向上机械下倾角选择带有高电子下倾角(6°...8°)的定向天线和在主瓣方向上安装机械下倾角来优化覆盖范围TechnologySupportDepartment无线蜂窝移动网络基础所需下倾角评估使用几何光学原理来评估所需的下倾角考虑以下几点：天线的垂直半功率角（HPBW）天线高于地面的高度天线/覆盖区域的高度不同在天线附近的地貌结构在发射机和接收机位置之间的地形情况TechnologySupportDepartment练习题1.20W等于（B）dBm,40W等于(C)dBm.A.33B.43C.46D.532.4瓦相当于（A）DBMA.36B.20C.30D.333.请写出无线电波的频率与波长之间的计算公式，标注单位。波长与频率的关系式为：λ=c/f，其中c：光速，c=3×108米／秒。f：无线电波的频率（秒）λ：则为该无线电波