移动通信基站及天线基本知识课件

1、移动通信基站及其天线基 本 知 识天线基本概念天线理论天线术语天线类型 什么是天线?天线是对两种传输形式电磁波进行相互转换.天线是接收和发射电磁波的设备.电缆界限电磁波 空间自由电磁波天线基本概念开路的传输线可说明天线的辐射原理发射机产生的高频振荡功率经过传输线时电磁波是不能向外辐射的。天线基本概念天线基本概念当传输线开路并张开后，可允许电波从电缆中自行释放.天线的基本辐射元件：/2 对称振子发射机辐射电磁波波长天线基本概念对称振子辐射频率的大小取决于机械长度，它是相应波长的一半。频率：表示每秒钟的周波数波长：每个周波的长度频率与波长的关系：如：f =935 MHz = 0.32 m 对称振子

2、长 约160 mm 波长 波长 E天线基本概念对称振子上的电场和磁场 最大电压在对称振子末端；电场线布满其之间。对称振子上的电流与电压大小相反（馈电点处最大；对称振子末端处最小）,电流产生磁场。电压电流电场磁场天线基本概念对称振子上的电场和磁场电压(电场（E）平面) 电流(磁场（H）平面)天线基本概念波传播： 无线电波持续进行电能（电场）和磁能（磁场）间的相互转换的过程。传播方向电场磁场电场磁场电场天线基本概念阻抗 传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗。为充分优化系统性能，系统所有的设备必须匹配连接。设备通常是50欧的特性阻抗。 VSWR反应了设备的50欧特性阻抗的偏离值大小。馈线50放大

3、器50滤波器50基站50天线50天线基本概念VSWR 驻波比 信号发生器产生频率，然后将其发送到终端负载。 但终端负载实际中不可能接收全部输入功率（绿线），因而会将部分输入功率（红线）反射回发射端。信号发生器终端负载输入信号反射信号天线基本概念VSWR 驻波比 是由于入射波能量传输到天线输入端并未被全部吸收（辐射）产生的反射波迭加而形成的。VSWR= U最大 /U最小范围：1 回波损耗(衰减)r(dB)= 20 logUR 20 logUV传输方向 PV/UV反射方向 PR/URUmaxUmin同轴电缆驻波天线基本概念VSWR 驻波比移动通信网络的要求值VSWR 1.5相应回波损耗 10大天线

4、D m 2L2/例如：900 MHz 天线 L = 2 m = 0.325m D = 24.6m发射天线接收天线近场区域天线基本概念隔离度隔离度代表馈送到天线一个端口的信号在另一相邻天线端口中出现的比例。单极化天线垂直隔离水平隔离天线基本概念隔离度1000mW (即1W)1mWWWW在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW) = 30dB双极化天线天线基本概念三阶互调（Third Order Inter modulation） 天线交调产物是指当两个或多个频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号有一定关系的其它离散射频信号。IMD243dBmf1, f2, 2f1-f2

5、, 2f2-f1 910MHz,935MHz,960MHz,990MHz无线网络 网络构成网络覆盖无线网络网络结构蜂窝覆盖水平波瓣宽度垂直波束下倾机械下倾电下倾电调下倾遥控电调下倾无线网络蜂窝式网络结构屋顶基站上行信道频率CDMA800: 824 - 849 MHzGSM 900 : 890 - 915 MHz GSM 1800 : 1710 - 1785 MHzUMTS : 1920 - 1980 MHz下行信道频率CDMA800: 869 - 894 MHzGSM 900 : 935 - 960 MHz GSM 1800 : 1805 - 1880 MHzUMTS : 2110 - 217

6、0 MHz上行信道下行信道移动设备无线网络 蜂窝式网络结构 低话务量区用全向天线的全线基站. 多数区域使用3个不同频率单元的扇区基站（定向天线）. 高话务区域（城市、城市中心）用微单元、微微单元扇区基站. 地形、频率的重复性和基站实际位置均会对网络规划造成影响无线网络蜂窝覆盖为避免相邻蜂窝的干扰，应对相关扇区进行覆盖，但不得超出扇区边界蜂窝覆盖采用的方法选定天线合理的辐射参数 半功率波瓣宽度 垂直方向图倾角无线网络蜂窝覆盖半功率波瓣宽度覆盖面120扇区需要什么样的半功率波瓣宽度天线?比较各种扇区边界处半功率波瓣宽度的差异65 90 105120 说明：未考虑增益变化无线网络蜂窝覆盖半功率波瓣宽

7、度长度相同但水平半功率波瓣宽度不同的天线，其总增益值也各不相同。例如： 900 MHz / 1.3m长的天线波瓣宽度 增益 65 15 dBi 90 14 dBi 105 13.5dBi 120 13 dBi结果：对不同半功率波瓣宽度所形成相邻蜂窝重叠区而言，90度、105度和120度之间无明显差异无线网络蜂窝覆盖半功率波瓣宽度结论：半功率波瓣宽度范围应限制在65 90之间应用场所 市区：65 理论上讲，蜂窝间的重叠区过小，但是由于周围环境的反射，增加了半功率波瓣宽度。 农村：90 反射密度过低，因此一般选择90以提供充足的重叠，但有时也会使用65。无线网络蜂窝覆盖波束垂直下倾标准的天线垂直波

8、瓣指向水平方向方向图下倾的优点如下：使大多数辐射功率集中在扇区内减少水平方向辐射功率可避免对其它扇区的干扰一般在扇区边缘（正向），水平方向场强减少到比最大值小6dB左右时，覆盖性能较好。无线网络机械下倾0 68 10机械下倾对天线水平方向覆盖的影响;降低主辐射方向辐射强度.而在两侧 60区域变化很小.易产生越区覆盖.减低网络规划的准确性.无线网络电下倾0 68 10 电下倾天线的优点水平方向图的形状恒定不变确保网络规划的准确性无线网络无线网络电下倾天线的优点:更好的改善载干比C/I；地面辐射图失真小；信号RMS（均方根值）延迟范围降至最小。电调下倾角天线的优点：消除了系统优化的障碍；降低了现场

9、施工费用；简化了现场规划，可随时优化天线实际的覆盖形状；提供可预测的覆盖范围；最小的同信道干扰；对小区边缘提供更好的控制；优化呼叫质量，使容量最大。无线网络电调天线的应用案例可调电下倾一般用于网络覆盖精确调整特殊情况天线安装在高建筑物或专用时，应保证其有一个较大的下倾角。容许的折衷办法是结合电下倾和机械下倾机械下倾安装架：预置下倾可调电下倾：微调无线网络分集技术多路径传播分集原理空间分集极化分集无线网络分集接收/多路径传播信号中包括直射波和大量反射波反射的振幅、相位和极化各不相同形成快衰落,即短距离内大幅度改变接收信号电平无线网络分集接收上行信道和下行信道的位置不对称：上行信道（移动）：功率有

10、限，天线增益低下行信道（BST） ：功率高、天线增益高解决方法:分集接收 分集接收取决于基站的两个独立信号（两面Rx天线信号）比较处理两个信号结果，避免出现零信号，提高平均信号电平（分集接收增益）无线网络分集接收选择合路接收两接收到的信号间相互切换，选择一个信号较好的可获取的分集增益：3-4 dB最大比合器接收这两个信号是相等振幅和相位的总和。需要对接收到的信号相位进行处理，并获得最大信噪可达到的分集增益：6-7 dB无线网络分集接收分集接收后合路信号的结果无线网络分集接收空间分集使用两个垂直极化的Rx天线（Rxa和Rxb）其水平间隔是12-15例如:对全向天线在高位上是Tx天线,另外两个Rxa和Rxb接收.无线网络空间分集每个扇区有3面定向天线。与全向天线相比其隔离更好，各扇区天线保持相同高度和同向。无线网络 空间分集 缺点分集性能好，但是需要的间隔大支架结构昂贵双工器可以减少天线的数量，但是不能减少天线间隔安装天线系统需要业主的许可无线网络极化分集水平极化垂直极化极化分集使用的是在同一天线罩设置两面正交极化天线缺点：良好的分集性能但仅适用于城市水平极化不适用于发射（Tx）无线网络斜交叉极化分