路测(DT)培训大纲第一分册

1、路测（DT）培训大纲第一分册(基础理论篇)目录：一 引论二 无线传播基础理论1） 无线电波的产生和麦克斯韦方程的简单描述。（变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场）2） 无线信道的基本特性a) 衰落和多径特征（快衰落，慢衰落）b) 多径信道c) 延迟扩展及其危害d) 相关带宽，相关带宽和延迟扩展的关系e) 码间干扰及其危害f) 视距传播和自由空间的传播损耗模型g) 各种传播模型简介3） 无线电波的极化概念三 天馈系统基本概念和天线安装规范1） 天线的基本概念a) 天线辐射电磁波的基本原理（对称振子）；b) 天线的方向图和能量辐射方向的控制c) 天线的极化方向d) 天线的波束宽度e) 天线的前后

2、比f) 天线的分集技术g) 天线的下倾角h) 天线的输入阻抗i) 天线的输入频率j) GSM/CDMA系统中使用的主要天线类型介绍2） 馈线（传输线）的基本概念a) 传输线（天馈线）的基本概念b) 传输线的种类、阻抗和馈线衰减常数c) 匹配的概念d) 天馈的反射损耗（return loss）和电压驻波比（vswr）e) 平衡装置（*）3） 天馈系统安装的规范四 GSM系统DT基本测试概念综述1） GSM系统空中接口的规范简述a) GSM系统空中接口帧结构和各种逻辑信道及其映射的概念b) GSM系统空中接口的系统消息简介和作用c) 移动台在空闲模式下的测量及小区选择和小区重选d) 移动台和基站在

3、专用模式下的测量、产生的测量报告和切换简介e) 移动台和基站的无线链路控制f) DTX模式下的测量情况g) GSM系统各种呼叫流程简介及其在空中接口的体现h) RNP基础理论知识2） GSM系统DT的基本测量内容和测量原理a) GSM系统的DT测试的测量设备和测量的准备工作1. 测量原理2. 测量设备3. 测量前所需要的数据的采集，整理方式b) GSM系统DT测试所需测量的基本内容1. 接受质量、接受电平、接通率，掉话率、位置更新成功率、切换成功率的统计；2. 移动台在待机状态下小区覆盖情况，干扰情况的观测3. 移动台在通话状态下小区覆盖情况，干扰情况的观测4. GSM系统天线高度、方向、方位

4、角和俯仰角的检查5. 呼叫异常中断的信令检查等6. GSM系统DT测试后期处理和相关报告的产生3）GPRS系统DT测试建议五 RNP基础知识1)频率规划2) 频率分配3) 网络跳频技术六GSM干扰分析基础七附录（常用天馈系统参数资料）一 引论随着GSM网络的不断扩大，网络优化也日益为人们所重视。网络优化是一个系统的工程，其中需要信令分析、路测、网络规划、参数调整各个方面工作协作完成。其中路测是利用专用的仪器，对网络进行数据的收集和分析。由于路测直接面向网络，因此可以直接感受现行网络的质量，为其他工作人员提供第一手的资料，所以DT测试就成为网络优化工作中的重要一环。那么如何成为一名合格的DT工程

5、师呢？本文试图通过基础理论、工程概念、设备使用和操作指导等几方面加以描述，使读者对DT测试的方法和技术有一个基本的了解。在阅读本文前，读者应具备一些基础的GSM系统基础知识。在第一分册中主要描述DT测试所需具备的一些基础理论，在第二分册中将展开详细的DT测试事务介绍。二 无线传播基础理论在无线通信中，电波传播的理论基础是描写场与源关系的麦克斯韦方程组及其边界条件。1） 无线电波的产生和麦克斯韦方程的简单描述。在麦克斯韦方程的表述中，它的积分形式涉及到四个方程。其中安培环路定律（全电流定律）表明电流和时变的电场能激发磁场；法拉第电磁感应定律表明时变的磁场产生电场，这两个方程是麦克斯韦方程的核心，

6、说明了电场与磁场之间的相互作用能导致波的传播，电磁场可以脱离场源而独立存在（注：方程组中的另两个方程是磁通量连续和高斯定律）。因此，麦克斯韦方程组简单的概括就是：“变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场”，如此反复构成能量以波的形式向外传送。2） 无线信道的基本特性由上节，我们知道无线电波是一种能量传输形式。在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：/，式中为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于。因此

7、，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱无线电波的波长、频率和传播速度的关系可用式 / 表示。波长式中，为速度，单位为米/秒； 为频率，单位为赫兹；为波长，单位为米。我们不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长(频率)也不一样。我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数约为2.1，因此，/1.44 ，/1.44 。要研究无线电波的传播就必须了解它的特性，下面就无线电波在移动通信中的一些基本特性做简单的介绍。a) 衰落和多径特征无线电波在空中传播时，除了直接传播外，遇到障碍物，

8、例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的电波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。当电波以不同的时延从不同方向到达接受机时，他们在接收机天线处会通过矢量叠加而形成振幅或大或小的合成信号，振幅的变化取决于来波是否互相加强合成（波峰波峰）还是互相抵消合成（波谷波谷）。因此相距不远处的两个接收机的接受信号往往会相差几十个db。无线电波在空中传播时还存在绕射现象，绕射是指电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。一般来讲，频率越高，建筑物越高、越近，影响也越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响也越小。因此，GSM波段（超短波）的绕

9、射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。在移动通信中，移动中的用户所接受到信号的相位关系也是变化的，因此容易产生大幅度的变化；在更高的频率上，即使移动用户不运动，但如果汽车等散射体经过也会引起周围无线电场的衰落而导致接受电平场强的变化。此外，多径传输的影响，也会使电波的极化方向发生改变，造成有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。因此，无线信道是一种难以估计的不友善信道。为了更深入的研究，我们可以将无线信道的衰落简单分成三层模式，如下(见下图)：l 第一层是描述发射机和接受机之间的路径损耗

10、特征的区域平均功率。这是单纯由于路径损耗引起的衰落，一般包括直接视距路径的扩散损耗，由于建筑物、山或森林引起的反射损耗和绕射损耗，建筑物的穿透损耗等l 第二层是叠加在路径损耗区域平均功率上的慢衰落平均功率，服从对数正态分布。主要是由于阴影衰落所引起的，通常是由于建筑物、树和树叶遮挡所产生，是慢衰落。分为大尺度模式（遮挡物超过100m）和中尺度模式（遮挡物在100米以内），都服从对数正态分布。l 第三层是再叠加在呈对数正态分布的慢衰落平均功率上的快衰落瞬时功率，它服从莱斯（GSM 视线范围内的衰落）或瑞利分布（非视线范围内的衰落），是快衰落（小尺度模式）。这种衰落是由于发射的电磁波被散射体，如房

11、屋、建筑物、树林等反射、绕射、散射而产生的多径效应造成的。多径衰落是深衰落（如瑞利衰落），会带来很多的问题，我们应当尽可能的避免。下面就集中描述一下多径信道的特点。b) 多径信道由多径传播所引起的接受信号短期起伏称为小尺度衰落（快衰落）。各条多径信号的不同传播路径长度产生不同的传播时延，称之为多径分支。（如下图）由于各条多径分支的功率是时变的，而各路多径信号到达接收机的相位是不同的，因此产生衰落，而衰落的深度取决于信道的类型。在直接视线不可接触的范围内，快衰落的信道类型为瑞利衰落。瑞利衰落的是最严重的移动无线衰落信道。因为视线不可及，因此没有一个绝对占优势的信道，所有的多径信道都是独立的，没有

12、一个占优，因此造成的衰落很深；而在直接视线接触的范围内，快衰落的信道类型则是莱斯衰落，莱斯衰落的深度较之前者为浅。这是因为视距路径就是一条占优势的信道。多径信道的各种影响可以用下面一些概念来描述。c) 延迟扩展及其危害（时域观察）由于多径反射，无线信号将沿着不同的路径传播到接收机处。每条路径都有着不同的路径长度，所以每条路径到达接收机的时间是不同的，这使得接收机在时域窗口内接受到的信号轮廓不清或被扩展。这种现象称为延迟扩展。例如，上图中，发射机发出一个冲激，在接收机端接受到的信号是若干个振幅衰减的连续脉冲，而这些脉冲构成的包络是一个在时域上扩展了的脉冲包，它与发射端相比显得轮廓变得平缓不清了。

13、这在数字系统中就会产生码间干扰，从而影响限制传输的最大码率。不同的环境中的平均延迟扩展是不同的，市区一般为3微秒；郊区为0.5微秒；开阔地小于0.2微秒。可见建筑物越多地地方，延迟扩展影响越大。在延迟扩展地功率延迟谱中第一个多径分量和最后一个之间地延迟差称为“最大延迟扩展”。d) 相关带宽，相关带宽和延迟扩展的关系。（频域观察）（*）相关带宽Bc是频域统计测量值，它表示在相关带宽范围内，信道以等增益和线性相位通过全部频谱分量。在此带宽内，两个信号的幅度和相位具有高度地相关性，他们的频谱分量以类似的方式受到信道的影响，即或共同出现衰落，或共同不出现衰落。一般而言，相关带宽Bc1/dmax，是和最

14、大延迟扩展dmax成反比的（也就是说，延迟扩展越小，相关带宽就越大）。此外，相关带宽还有几种运用：l 当信号的带宽>信道的相关带宽，则信道为频率选择性衰落信道。此时，信号的各频谱分量不是同等的受到信道衰落的影响（例如，仅仅相关带宽之内的一部分信号受到衰落）。相关带宽越小，意味着频率分集数目越多。因此可以利用最大延迟扩展（相关带宽）来计算RAKE接收机中可分解的路径存在多少条。l 当信号的带宽<信道的相关带宽,信道发生平坦衰落，输入信号的所有频谱分量均能不失真的通过。在数字系统中，因为信号的带宽是信号传输速率的倒数，因此信道的相关带宽决定了信道传输速率的上限，也即Bc>Bw1/

15、Ts。e) 码间干扰及其危害在实际的数字无线系统中，带宽受限的系统会受到码间干扰（ISI）的影响而降低传输性能。一般的，在时间色散媒质中（如空气，光纤介质），数字传输的速率Rb被延迟扩展所限制而造成码间干扰。如果要求有低误码率的话，有公式：Rb < 1/2b即延迟扩展越小，信号可到达的传输速率就越高。码间干扰是数字通讯系统特有的干扰表现，我们应尽可能多的不引人任何码间干扰来减小信号带宽。f) 视距传播和自由空间的传播损耗模型在考虑无线环境的传播损耗时，最简单的传播模型就是“自由空间的损耗”。我们考虑“视距可达”（LOS）的情况下。所谓“视距可达”，指得就是如下图所示的发射机天线和接收机天

16、线在视距范围内互相可见的状态。在这样的LOS条件下，我们有如下公式：Lfreespace自由空间损耗（ dB）d发射机天线和接受机天线之间的距离（ km）f工作频率（MHz）从这个公式中，我们了解到当距离或频率增加一倍，信号衰减约6db。收发信天线相隔越远，损耗越大；而无线电波的频率越高，衰减也越大。因此实际中1800M的传播损耗要高于900M频段10db左右。此外，由于信号的波长（频率）受到传播媒质的影响（/1.44），因此，无线电波的传播损耗和传播的媒质也有关系。在真空中衰减最小，在水中的传播损耗要小于在空气中的传播损耗。因此，在进行网络规划和优化时必须考虑到水面和河流的影响，通常在规划中

17、，涉及站间距时，河流的宽度是不考虑在内的。g) 各种传播模型简介在上一节中，我们主要探讨了自由空间的损耗情况。在实际情况下，无线环境远远复杂。因此，产生了许多测算无线损耗的模型。如HATA，Walfisch,COST231和奥村（Okumura）模型等。这些模型运用于各种不同的地理环境下，如市区稠密区，市郊，郊区，农村等等；也有不同的地形参考因子，如山区、平原等等。这些模型都是通过试验测试出来的结果拟合成的，与现场环境相比也存在一定的误差，因此，在实际的工程中应当根据每个地区不同的测试结果进行修正因子的调节来精确采用的模型。限于篇幅原因，这里不再展开，请查阅相关资料。3） 无线电波的极化概念无

18、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。接收天线的极化方向必须和发射出来的无线电波的极化方向一致才能有效的接收。天线的极化将在下一节中描述。三 天馈系统基本概念和天线安装规范天馈系统是无线网络规划和优化中关键的一环，包含天线和与之相连传输信号的馈线。天馈系统的各种工程参数在进行网络优化和规划时的设计是影响网络质量的根本因素。因此，理解、学习天馈系统的基本知识是非常重要的。下面就逐一介绍天馈系统的各种概念。1） 天

19、线的基本概念a) 天线辐射电磁波的基本原理（基本电振子的场强叠加）；当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。在理论上，如果导线无限小时，就形成线电流元，线电流元又被称为基本电振子。在天线理论中，分析往往都是从基本电振子开始的，因为任何长度的线天线都可以分解为许多无限小的线电流元；而这些天线的辐射场强就是线电流元的场强叠加，因此，天线的辐射能力是随着天线的长度变化而变化的。根据麦克斯韦方程，考虑线电流元远区场（辐射区）的情况，当两根导线的距离很接近时（左下图），两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因此此时产生的总的辐射变得微弱。但如果将两根导线张开（右下

20、图），这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向也相同，因而此时产生的辐射较强。当导线的长度L远小于产生的电磁波的波长时，导线的电流很小，因而所产生的辐射也很微弱.；而当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就显著增加，此时就能形成较强的辐射。我们把能产生较强辐射的直导线称为振子。波长1/2波长一个1/2波长的对称振子 在800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长振子1/4波长1/4波长1/2波长当两根导线的粗细和长度相等时，这样的振子叫做对称振子。当振子的每臂长度为四分之一波长，全长为二分之一波长时，称为半波对称振子（见下图）。当振子的全长与波

21、长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称之为折合振子。对称振子是工程中用到的最简单的天线，它可以作为独立的天线使用，也可以作为复杂天线阵的组成部分或面天线的馈源。对称振子的方向性比基本电振子强一些，但仍然很弱。因此，为了加强某一方向的辐射强度，往往要把好几副天线摆在一起构成天线阵。在GSM系统中，我们采用的就是各种类型的天线阵。b) 天线的方向图和能量辐射方向的控制在实际的工程中，我们往往需要天线只接受或只向某一个方向发射。因此，我们需要各种各样的具有方向性的天线。天线的方向性就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

22、。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.如下图所示，这就是工程意义上的典型的方向图。方向图又分为水平方向图和垂直方向图两种。Horizontal and vertical antenna diagram with some antenna parameters 顶视侧视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。那么，天线的辐射方向是如何被控制的呢？在上一节中，我们了解到最简单的天线系统是“对称振子”，因此，我们先看一下，一个单一的对称振子的方向图是什么样的。如下图所示，对称振子具有“面包圈” 形的方向图。在阵中有4个对称振子 在接收机中就有4 mW功率一个对称振子

23、,假设在接收机中有1mW功率 侧视n 实际工程中，为了把信号集中到所需要的地方，我们往往要求把“面包圈” 压成扁平的形状（下图），以此达到更集中的能量输出。而对称振子组阵能达到这一效果，增强能量的方向性。n 当对称振子组阵将辐射能控制成“扁平的面包圈”形状后，在水平方向的能量就大大增加，增加的能量称为”天线的增益”。由此引出“增益”的概念。在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd 更加集中的信号“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。n 我们

24、为了将能量更加集中，可把辐射能控制聚焦到一个方向，达到扇形覆盖的效果，我们可以将反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。（如下图）“全向阵”例如,在接收机中为4mW功率 “扇形覆盖天线 ”将在接收机中有8mW功率 (顶视)天线在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBdn 在这里，我们注意到“dbd”这一单位，而dBd 和 dBi是有区别的。2.17dB对称振子的增益为2.17dB 一个各向同性的辐射器,在所有方向具有相同的辐射一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射 也就是

25、说：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 = 5.17dBi1dbd2.17dbi3dbd2.17dbi3db5.17dbic) 天线的极化方向天线所产生的电磁波，在远处接受点处的局部范围内可视为平面波，该平面波按极化可分为线极化波、椭圆极化波或圆极化波。相应产生这些极化波的天线称为线极化天线、椭圆极化天线或圆极化天线。天线的极化方向就是天线辐射的电磁场的电场方向。垂直极化水平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化n 在现在实际的工程中，还出现了一种双极化天线，它有如下特点：l 两个天线为一个整体，封装在一个

26、面包板内l 天线上两个波各自独立发出。倾斜 (+/- 45°)V/H (垂直/水平)在接受天线端，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，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。因此，当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。在极化天线中，还有一个隔离度的概念：也即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。如下图所示： 1000

27、mW (即1W)1mW在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW) = 30dBd) 天线的波束宽度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。称为半功率瓣宽，也称为半功率角。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。60° (eg)峰值 - 3dB点 - 3dB点3dB 波束宽度10dB 波束宽度120° (eg)峰值 - 10dB点 - 10dB点“方位”即水平面方向图“俯仰面”即垂直面方向图32° (eg)峰值- 10dB点- 10dB点15° (eg)峰值

28、- 3dB点- 3dB点下旁瓣抑制上旁瓣抑制 方向图旁瓣显示 e) 天线的前后比方向图中，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，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。后向功率前向功率以dB表示的前后比= 10 log 典型值为 25dB 左右,目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)f) 天线的分集技术天线的分集技术被广泛应用于对付移动通信系统中的衰落。如前一章所述，多径效应引起的快衰落往往会降低话音质量，为了保障通话质量就要有衰落储备，也就是接受电平的冗余量，接受质量要求越高，衰落储备也就越高。如果不采用分集技术的话

29、，发射机就必须提高功率电平以满足衰落储备的要求。在移动通讯中，由于上行链路受到移动台终端电池容量的限制，因此就采用基站分集技术来降低对移动台功率的要求。在GSM系统中常采用空间分集和极化分集。空间分集是GSM常采用的一种方式，通常基站天线都是一发两收所组成，也有互为收发（两根天线）的。分集接受由两根相距一定距离的接受天线共同接受信号来实现。两根接受天线距离的大小由两路接受信号的相关性来决定。一般来讲，两天线间隔距离越大，两接受信号的相关系数越小。而最佳的接受方向是与两分集天线所在平面的垂直方向。对于目前我国市区的情况，其小区半径若在3公里左右，基站天线在30米左右，则采用相距3米的分集天线来克

30、服多径衰落。空间分集又分为水平分集和垂直分集两种，通常要获得相同的相关系数，垂直距离应当为水平距离的5倍。因此，目前一般采用水平分集来增加3分贝的增益。由于受到天线铁塔平台的空间限制，因此空间分集实施的工程难度较大。极化分集是另一种GSM系统中采用的分集方法。在移动通信中，很少有用户会完全直着手机进行通话，而产生完全垂直的极化波；此外，多径环境也会使传播的电磁波方向发生随机变化，称为去极化相应。因此，倘若采用接受极化分集就会对这些不良影响产生较好的改善效果。极化分集是通过极化分集天线（双极化天线）来实现的。双极化天线一般是在极化平面上由两个互相垂直（正交）的半波振子所构成的交叉振子天线。这两个

31、互相垂直的天线可以合成在同一个天线单元体内，这意味着如采用收发共用，则每个扇区只需要一根天线。双极化天线有正交和45度两种极化方式，正交极化方向天线的两个接受信号的相关系数为0，45度极化方向天线的接受信号的相关系数为0.3。极化分集工程实施简单，但在下行链路上由于信号功率要分路，因此有3db的损耗。这两种分集方式按性质来讲都属于微分集技术，微分集技术只利用接收机进行分集，接受同一发射点发射的同一信号，对于改善多径效应带来的瑞利衰落作用突出，但对于阴影效应引起的慢衰落作用不大。要克服这些阴影效应，可以采用宏分集的方法（也称为基站分集），它允许移动台同时链接到不同的基站上，同时接受几个基站来的信

32、号和同时发给几个基站信号。IS-95 CDMA采用宏分集来消除阴影和实现软切换。g) 天线的下倾角为使波束指向朝向地面, 需要天线下倾。一般天线有两种下倾：机械下倾和电下倾。机械下倾是利用天线系统的硬件结构调整安装螺母使天线不再垂直安装，而是下倾指向地面。这种天线在调试下倾角时必须注意，因为这会干扰小区覆盖形状并且可能发生无法预计的反射；另一种电下倾是利用相控阵天线原理，采用赋形波束技术，调整天线各单元的相位，使综合后的天线波形近似于余割平方函数而产生下倾的效果。这种天线的安装是垂直的、但天线的波束是指向地面的。在现场使用中，这两种天线都有，有些还是机械加电子下倾，所以一定要辨明天线型号，区别

33、对待。无下倾电下倾机械下倾 天线波束下倾的演示h) 天线的输入阻抗天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.142.5）欧姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧（标称75欧）。而全长约为一个波长，且折合弯成形管形状由中间对称馈电的折合半波振子，可

34、看成是两个基本半波振子的并联，而输入阻抗为基本半波振子输入阻抗的四倍，即292欧（标称300欧）。i) 天线的输入频率（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。当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。在 8

35、20 MHz 1/2 波长 为 180mm, 在890 MHz 为 170mm；175mm对 850MHz 将是最佳的。该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz在 850MHz1/2 波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHzj) GSM系统中使用的主要天线类型介绍在GSM系统中，可以将天线进行简单的分类：如全向天线、定向天线、特殊天线、多天线系统。全向天线的增益一般为69dbd（大多为11dbi），它的半功率角度为360度，通常用于覆盖农村和郊区；定向天线的典型增益为916dbd（大多为16dbi），定向天线做成的小区为扇形小区，可以改善覆盖并降低干扰。定向天线的方位角

36、半功率角通常有60度和120度，由它构成的扇形小区是最常用的GSM布网方式；特殊天线用于特殊场合，如室内、隧道等，通常有分布式天线系统、泄漏同轴电缆等；多天线系统是许多单独天线形成一合成辐射方向图。这种系统最简单的应用是在天线塔上装两个方向的天线，通过功率分配器馈电目的是为了加大小区覆盖范围，但得到的空间分集非常复杂，一般用于农村地区不能使用全向天线的地方。（附页一中列出常用天线类型表）2） 馈线（传输线）的基本概念a) 传输线（天馈线）的基本概念连接天线和基站输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端

37、，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。b) 传输线的种类、阻抗和馈线衰减常数超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等） 。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但

38、对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。GSM系统所用天馈为同轴电缆。无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗。138/r×log(D/d)欧姆。 通常。=50欧姆/或75欧姆；D为同轴电缆外导体铜网内径；d为其芯线外径；r为导体间绝缘介质的相对介电常数。 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。一般GSM工程上采用的馈线为口径为7/8 inch；在Alcatl系统的双频小区中DCS1800使用13/8 inch

39、口径的馈线。信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）米或分贝百米表示。这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为。输出功率为时，传输损耗可用表示，(dB)10×log(。/)(分贝)。c) 匹配的概念什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗。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

40、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。n 匹配和失配例要获得良好的电性能阻抗必须匹配（如下图所示：）天线50ohms 80 ohms电缆 50 ohms 可以匹配同轴馈线不可匹配d) 天馈的反射损耗（return loss）和电压驻波比（vswr）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。朝前: 10W返回: 0.5W50ohms80 ohms9.5 W而当天线和馈

41、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。这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB、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 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

42、电压幅度最大值max （1+） 驻波系数 驻波波节电压辐度最小值min （1-）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，匹配也就越好。在工程上常用VSWR和return loss做为天线测量的重要指标。一般在工程上要求VSWR的值不超过1.5。e) 平衡装置（*）电源、负载和传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若电源两端与地之间的电压大小相等，极性相反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；与此相似，若负载两端或传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡负载或平衡（馈线）传输线，否则为不平衡负载或不平衡（馈线）传输线。不平衡电源或不平衡负载之间应当用同轴电

43、缆连接，在平衡电源与平衡负载之间应当用平行（馈线）传输线连接，这样才能有效地传输电磁能，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。为了解决这个问题，通常在中间加装“平衡不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器。l 二分之一波长平衡变换器又称“”形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。等效为RL/2RL/2/2移动通信系统中，采用的同轴电缆通常特性阻抗为50欧，所以还必须采用适当间距的振子将折合式半波振子天线的阻抗调整到200欧左右，才能实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。l 四分之一波长平衡-不平衡变换器利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路

44、的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。导电反射底板/2长对称振子1/4波长3） Alctel天馈系统工程规范和建议（1213）1. 天线高度设置u 山区* 要求覆盖区域尽量在GSM/DCS基站可见的范围内如果基站和要求覆盖区域被山体阻挡，则覆盖没有保证。地形大幅度起伏和小山丘的遮挡，都可能产生局部覆盖盲区。*尽量避免设立山上基站如果要建立山顶基站，而且保证邻近的城镇覆盖良好，那么必须满足的条件有：（1） 天线距地高度： 全向天线高度<200米； 定向天线高度<300米。（2） 要求覆盖区域必须在山上基站可视范围内。（3） 要求基站和城镇最远端的水

45、平距离<5-6公里。否则，对城镇的室内覆盖和良好的室外覆盖没有保证。*如果在城镇中建立基站，而且保证邻近的城镇覆盖良好，那么必须满足的条件有：（1）天线距地高度： 50-75米。（2）基站必须临近要求覆盖区域，和要求覆盖区域之间没有山体阻挡。如果天线距地高度小于40米，天线室内覆盖范围小，遇高大建筑/地形阻挡有室内外覆盖问题。u 平原地区 *天线距地高度：50-75米。如果天线距地高度小于40米，天线室内覆盖范围小，遇高大建筑/地形阻挡有室内外覆盖问题。u 城市地区 *天线距地高度 35-40 米, 站间距小于1公里.应避免近距离有高大建筑物的阻挡.对于宏蜂窝站址的选择应避免小于300米

46、, 若在话务量较高的区域无法满足最小站距,应建议采用微蜂窝.基站如果设在建筑物的楼顶,机房应尽量设在建筑物的顶层,以减少馈线的长度,从而减少信号在馈线中的损耗. 此损耗对于1800M系统的影响尤为明显. 如果采用7/8英寸的馈线, 在900M系统中馈线长度应当控制在75米以内, 1800M应在50米以内.u 微蜂窝站址u kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk室外

47、覆盖区域，天线高度不能超过15米，覆盖半径应控制在200米以内（可以通过安装在墙角等方法来减小覆盖面积，从而减少对其它地区话务的吸收）。对于拐角的覆盖应特别注意，一般在15度以内，可保证覆盖。如下图所示。约15度 对于室内覆盖，特别要建立大型室内覆盖的配置，我们要做一些必要的工作，如进行充分的站址查勘，确定典型的站址位置，对室内覆盖做一些简单的预测和设计，使用户对此结果信服，此方案需具有灵活性，同时还应从整个工程费用的角度加以比较。由于建筑物结构越来越复杂，以及阿尔卡特微小区的特点，我们感到使用有源分布式天线系统，具有极大的灵活性，能取得更好的效果。分布式天线主要由三级系统器件组成，第一级为主

48、集线器，连接微小区的馈线口，并具有告警输出功能，第二级为扩展集线器，通过光纤与主集线器相连，第三级为天线控制单元，通过双绞线与扩展集线器相连，再通过同轴电缆连接天线单元。为了达到较好的室内覆盖要求，提高服务质量，提供所需的容量，减轻室外宏小区的负担，我们还应考虑信号覆盖与干扰的关系，室内小区的信号必须足够强，以致于可以覆盖整个建筑物的内部，但是又不能对室外小区产生干扰，特别是在较高楼层的时候，所以信号一定要得到控制。要达到这一要求，首先应对建筑物的位置，形状，楼层，结构等各种信息进行必要的了解，得到一个建筑物的整体描述，同时向用户了解他们的希望和要求，这些信息有助于我们提出一个更加优秀的技术方

49、案。其次，要对站址进行查勘，确定设备位置以及馈线走向和长度，为了得到现在的覆盖情况和网络质量，还应在现场进行测量和扫频工作。现在就可以进行初步的设计了，确定传播测试的策略和天线的要求，考虑现有情况和用户的要求，大致确定分布式系统的位置和走线。再根据传播的预测，确定天线的位置和数量。在设计时应考虑天线的数量，安装的可能性，现有情况及用户的要求。2天线方向和位置安排（针对郊区等站址稀疏区域）定向天线方向：结合话务量分布情况, 及基站周围的地理环境。务必将天线主波瓣方向对准主要覆盖区域, 天线正向应尽量避开近距离内的高大建筑阻挡和山形阻挡。两定向天线间夹角应大于90度。在没有特别要求时, 全网各基站

50、天线的方向角应尽可能一致, 以使覆盖范围均匀。全向天线方向：应尽量使主要天线（如：收发共用天线）面临主要覆盖区域，勿使两者被铁塔阻隔。l 天线应支离塔体>1米，天线离周围金属阻挡反射体>1米。l 天线应尽量避开微波天线，防止天线波形图变形（特别是全向天线）。l 天线应尽量避开寻呼天线，天线与之至少分层不交错，建议天线垂直间距4米。l 一般情况下，RX天线应占据较高位置，如果使用双工器，应使收发共用天线占据较高位置。3天线下倾角的设置HHPBW 天线下倾角的预设主要利用几何光学的原理来估计。我们要考虑到天线的垂直HPBW，天线挂高，天线到服务区的距离，天线附近的地形地貌等。同时，下倾

51、角对于接收和发射天线必须保持一致。 D ABC如上图所示，如果天线的下倾角a小于HPBW/2,那么小区的覆盖范围由C点来决定。下面的公式给出了这几个参数的关系： DC= H/tan(a-HPBW/2)转换过来就是： a=arctan(H/DC)+HPBW/2;在实际应用中，我们可以考虑天线位置D到业务区中心B点的距离，这样一来，我们的下倾角计算公式可简化为： a=arctan(H/DB); DB=H*ctan(a);一般，我们有下面的对应关系： 下倾角a(度)2468101214 ctan(a)28.614.39.57.15.74.744天线隔离要求u 900M（针对全向天线/11dBi和定向

52、天线105度/16.5dBi）* GSM Tx天线和GSM Rx天线不可同平台，分层即可。* 定向GSM Tx天线之间可以同平台，（夹角>90度），同台水平间距大于1米。* GSM Rx天线和 TACS Rx天线可以同平台，同台水平间距大于1米。* GSM Rx天线和TACS Tx天线不可同平台，分层即可（GSM方有双工器例外）。* GSM Tx天线和TACS Tx天线可同平台，同台水平间距大于3米。* 65度/15.5dBi/1.29米双极化天线，同台两两间隔3米。u 1800M1 DCS Tx天线和DCS Rx天线不可同平台，分层即可。2 定向DCS Tx天线之间可同平台（建议夹角&

53、gt;90度），同台水平间距建议大于1米。3 DCS Rx天线和TACS Rx天线可同平台，同台水平间距建议大于1米。4 DCS Rx天线和TACS Tx天线不可同平台，分层即可（DCS方有双工器例外）。5 DCS Tx天线和TACS Tx天线可同平台，同台水平间距建议大于3米。6 DCS Rx天线和GSM Rx天线可同平台，同台水平间距建议大于1米。7 DCS Rx天线和GSM Tx天线不可同平台，分层即可。8 DCS Tx天线和GSM Rx天线不可同平台，分层即可。9 DCS Tx天线和GSM Tx天线可同平台，同台水平间距建议大于1米。10 对于DCS 65度/18dBi/1.302米天

54、线，可以同平台，两两间隔建议3米。建议的分集距离是：水平分集距离：6米；垂直分集距离：4.5米。(天线间距离两天线器件中心间的距离)® 特别对于G3BTS天线的要求： 建议在城市中使用Xpol天线（1 antenna/cell） 如果一定要用两根天线，要保证：1. 天线方向严格一致，下倾角严格一致，天线任何一根不可被阻挡；2. 如果垂直安装，则天线的垂直间距应明显小于天线挂高;5房顶安装特别要求： 如果天线位于房顶，要求房顶宽度d和天线距房顶距离h间有下关系（无倾角时）：d=2米，h>1米；d=5米，h>1.5米。 一般应给天线的垂直半功率角留20度的安全角度。d20度HPBW/2 h 6.馈线的损耗情况： 馈线型号900MHz1800MHz7/8",50 Ohm3.8dB/100m5.7