TD-SCDMA天馈系统.ppt

1、TD-SCDMA天馈系统,中兴通讯移动事业部 Phone: Mail:,1,本课程的学习目标,了解TD-SCDMA天馈系统的组成 了解智能天线的原理、选型和安装原则 了解TMB原理及安装原则,2,目录,天馈系统组成 天馈系统安装 智能天线选型,3,智能天线 TMB 馈线,天馈系统的组成,返回,4,目录,天馈系统组成 智能天线 TMB 馈线 天馈系统安装 智能天线选型,5,智能天线,智能天线的基本思想 利用空间位置来区分不同用户，通过改变各天线阵元的权重在空间形成方向性波束，天线以多个高增益窄波束动态地跟踪期望用户，而在干扰用户方向形成零陷，从而大大降低了系统的干扰，提高了频谱利用率。 接收模式

2、下，来自窄波束之外的信号被抑制；发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户收到的干扰最小。,6,智能天线的主要功能 降低多址干扰、小区间干扰 提高接收灵敏度 获取DOA信息，实现定位及接力切换 降低发射功率，降低成本 增大覆盖、增大容量 改进小区覆盖 TD-SCDMA系统的特点 “硬容量”的提升：TDMA、FDMA、CDMA； “软容量”的提升：SDMA；,智能天线,7,天线基本概念,什么是天线？ 天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。,8,dB系列概念辨析,dBm dBm是一个考征功率绝对值的值，

3、计算公式为：10lgP（功率值/1mw）； 例 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。； dBi 和dBd dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值， 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15； 例 0dBd=2.15dBi； dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率） 例 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB，即甲的功率比乙的功率大3 dB。,9,天线

4、基本概念,电性能参数（Electrical properties） 工作频段 方向图 增益 输入阻抗 驻波比 极化方式 波束宽度 旁瓣抑制与零点填充 前后比 下倾角 功率容量 三阶互调 天线口隔离,机械参数（Mechanical properties） 尺寸 重量 天线罩材料 外观颜色 工作温度 存储温度 风载 迎风面积 接头型式 包装尺寸 天线抱杆 防雷,10,天线基本概念,工作频段Frequency Range 天线是有一定带宽的，虽然谐振频率是一个频率点，但是此频率点附近一定范围内天线的性能近似，这个范围就是带宽。 天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说，振子所用管、线越粗

5、，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。,11,天线基本概念,各系统的工作频段： GSM 900： 870-960MHz CDMA：824-896MHz、1850-1990MHz GSM 1800 ：1710-1880MHz GSM 双频：890-960MHz、1710-1880MHz PHS1900：1895-1920MHz TD-SCDMA：1880-1920MHz、2010-2025MHz、2300-2400MHz WCDMA：1920-1980MHz、2110-2170MHz 扩频通信：2403-2483MHz,12,天线基本概念,振子是构成天线的最基本单位，任何天线都要谐振在一定的频率上

6、，那么怎样才能发生最大谐振呢？导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。,当导线的长度远小于信号波长时，辐射很微弱；导线的长度 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。当导线长度为信号波长的四分之一时，辐射的强度最大，产生谐振。,13,天线基本概念,方向图-Pattern 用垂直平面和水平平面上表示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性。 增益-Gain 天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强与参考天线的场强相比，功率密度增强的倍数定义为增益。,14,半波振子,

7、理想点源（无耗均匀辐射器）,eg: 0dBd = 2.15dBi,dBd and dBi,天线基本概念,15,GAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,天线基本概念,16,天线基本概念,输入阻抗-Impendance 天线可以看作是一个谐振回路，一个谐振回路当然有其阻抗。当天线的阻抗与馈线的阻抗一致，能达到最佳效果。,Cable 50 ohms,Antenna 50 ohms,17,驻波比-VSWR 天线驻波比是表示馈线与天线匹配程度的指标。它的产生是由于入射波能量传输到天线输入端后未被全部辐射出去，产生反射波，反射波和入射波迭加生成驻波。 入射波和反射波两者叠加时，在相位相同的

8、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。,天线基本概念,驻波波腹电压幅度最大值max 电压驻波比VSWR 驻波波节电压辐度最小值min,18,天线基本概念,反射系数：反射波和入射波幅度之比 回波损耗RL ：前向功率和反射功率之比并取对数。,Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB,19,天线基本概念,RL与VSWR： =(VSWR-1)/(VSWR+1) VSWR=(1+ )/(1- ) RL= -20lg RL13dB， 0.2239，VSWR1.577 驻波比对系统传输的影响： 一般

9、要求天线的驻波比小于1.5，驻波比是越小越好，但工程上没有必要追求过小的驻波比； 1.4和1.5的驻波比，在反射系数上仅差3.3%，对RF功率辐射的影响差别较小。,20,天线基本概念,极化方式-Polarization 天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度（图中红箭头）方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。,21,天线基本概念,波束宽度-BeamWidth 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波束宽度（又称波瓣宽度或主瓣宽度或半功率角）。波束宽度越窄，方向性越好，作用距离越

10、远，抗干扰能力越强。,22,旁瓣-Sidelobes,天线基本概念,23,前后比Front to Back Ratio 主瓣最大值与后瓣最大值之比,天线基本概念,24,下倾角Down Tilt 无下倾 机械下倾 固定电子下倾 可调电子下倾 遥控可调电子下倾 机械电调可组合使用,天线基本概念,25,机械下倾：物理地向下倾斜天线。虽然采用这种技术也能使同频干扰降低，但由于采用物理下倾，波瓣会产生失真，严重时会在主辐射方向上出现凹陷失真，并且其调整倾角的精度较低。 电子下倾：通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向图下倾。由于天线各方

11、向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。,天线基本概念,26,天线基本概念,电子下倾原理示意图,27,天线基本概念,28,天线3dB角、挂高、俯仰角以及覆盖距离之间的关系,天线基本概念,29,智能天线原理 使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。,智能天线基本原理,30,智能天线的

12、阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列。 当移动台距天线足够远，实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时，可以近似地认为信号来自一个方向，即为平面波。,智能天线基本原理,31,以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元） 空域上入射波距离相差 d=m x cos 时域上入射波相位相差,智能天线基本原理,32,可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为 其中，A增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因子。,智能天线基本原理,33,正如正弦波叠加的效果，假设第m个阵元的权因子,选择不同的0，将改变波束的所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的

13、方向。,定义：,智能天线基本原理,34,智能天线基本原理,固定多波束,自适应多波束,智能天线通过自适应算法控制加权，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。,35,智能天线基本原理,36,智能天线基本原理,智能天线是一种空分多址技术，主要包括两个方面： 空域滤波：空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的有用信号。 波达方向(DOA)估计：在进行空域滤波前，一般需要估计有效来波信号的波达方向，而用户数往往大于阵元数，因此当前D

14、OA估计技术的研究焦点是超分辨估计算法。,37,通道校正原因 各阵列通道的幅度、相位出厂不一致 器件的衰老周期不一致 天线校正 调整激励权值使各阵元之间的幅度、相位特性保持一致。 校正方法 通过“耦合网络”把校正信号耦合到天线各阵元，进行上、下行通道校正。,智能天线校正,38,全向智能天线,定向智能天线,智能天线实物图,39,智能天线实物图,40,目录,天馈系统组成 智能天线 TMB 馈线 天馈系统安装 智能天线选型,41,TMB主要由以下几个单板或模块组成：TLPU双向放大器单板、TBDB数字单板、TCFU腔体滤波器模块、TPBB电源模块以及信号防雷器及馈电防雷器。,TMB在系统中所处的位置

15、,42,TMB实现原理,43,TMB实物图,44,目录,天馈系统组成及原理 智能天线 TMB 馈线 天馈系统安装 智能天线选型,45,馈线,通信线路上的传输介质： 双绞线、同轴电缆、光纤等 同轴电缆 由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成的。 柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。由于他的屏蔽性能好，抗干扰能力强，通常多用于射频信号传输。,46,60m以下：主馈线使用1/4”超柔馈线 60m以上：1/2”普通馈线 跳线：1m、2m、5m长度 接头：馈线、跳线均为N型直头,馈线,外 场 情 况,47,目录,天馈系统组成 天馈系统安装 智能天线选型,48

16、,天馈的安装,准备工作： 物业协调：在任何公共、单位或个人所有的建筑上安装天馈系统，均应事先协调获得许可； 规划及合同要求：确定位置、安装方式、工作地连接方式、高度、安装体承受强度等； 防雷接地：确定防雷措施，若安装避雷针需要确定防雷地线的接地方法； 物料准备及测试：确定物料是否齐备、进行必要的性能测试； 工具准备：制作电缆接头的专用工具等； 培训及督导：安装人员应接受认真培训，阅读操作说明，并应有督导人员参与监督； 记录表格：记录现场安装情况。,49,天馈系统安装流程,安装流程图,附件安装顺序,50,安装原则： 抱杆高度必须低于天线； 避雷针距天线至少1.5m（避雷针尽可能细，采用另外的抱杆

17、）； 考虑避雷针最高点，使整个天线在避雷区内，避雷针最高点与天线最高点夹角小于45度； 天线须处于环境的最高点（周围40-50m没有明显反射物）； 架设时尽可能垂直于地面。,智能天线安装圆阵,51,智能天线安装线阵,安装原则： 如果是环铁架定向安装，则需要保证阵与阵之间的间距（最小距离）为2m以上，按要求下倾，避雷针安装在多个扇区所围成的区域中间； 如果是靠墙边安装，则各个扇区天线需要独立安装避雷针，此时的避雷针安装较简单，需要比天线最高端高1m以上，在后背板安装即可，避雷针尽量细一些。,52,TMB室外单元安装,由于TMB箱体较重，所以在吊装时一定要作好安全措施，吊装工具经检验、齐全后方可使

18、用；确保吊装工具牢固固定在可承重的固定物或墙上，方可进行吊装作业，防止脱落危机人身安全，同时，注意TMB要单独接地。,53,TMB安装实例,54,馈线必须正确安装，保证信号传输过程中损耗尽可能小，同时由于系统使用智能天线，基站与天馈系统之间的射频连接电缆比较多，比较容易错接，所以在连接馈缆和跳线时要正确按照相对应的关系连接。,馈线安装,55,雷电的影响： 通过在馈缆、电源线、信号数据线及其它导体中感应生成的瞬间强电压使设备损坏； 避雷方案：杜绝雷电从线缆上入侵，保护设备不受雷电产生的瞬态电流的损坏； 常用方法： 使用避雷器，从基站天线引入机房的所有电缆都要串联避雷器，避雷器接至地线； 避雷器的

19、分类： 射频避雷器、电源避雷器、信号线避雷器等； TD基站的避雷方式：馈电方式，主要包括馈电防雷器及信号防雷器，两种防雷器在室外都放在TMB内部，不再需要单独的安装。,避雷器安装,56,基站工作接地应组成联合接地系统，接地电阻应小于5； 接地卡用来连接馈缆外导体和塔架或单独的导线柱，在遭遇雷电的情况下，提供电流到地的通道； 一般要求在靠近天线的馈缆顶部、靠近塔底的馈缆末端、馈缆进入机房前须安装接地卡； 对超过60m的馈缆，馈缆中间须接接地卡。,接地卡安装,57,天馈系统安装实例线阵,58,天馈系统安装实例圆阵,59,NodeB机柜顶端走线图,60,目录,天馈系统组成 天馈系统安装 智能天线选型

20、,61,智能天线类型,62,智能天线,与我司联系的天线厂家： 摩比、海天、通宇、安德鲁 天线的工作频段： 主要针对20102025MHz频段，也有包含20102025MHz及18801920MHz两个频段的天线。,63,智能天线参数对比,64,不同阵元数天线性能对比,65,不同阵元数天线性能对比,如果采用MJD，6天线和8天线都能达到满码道工作，但四天线达不到满码道；当满码道工作时，6天线的小区半径相对8天线的小区半径约有20%的覆盖损失，每扇区6用户时，覆盖损失18%左右；采用MJD后，4天线上下行均可以达到6用户，但是相对于8天线MJD，上行覆盖损失48，下行损失33； 如果采用SJD，6

21、天线不能达到满码道工作，而8天线可以满码道工作，这是由于天线赋形波束的原因； 6天线MJD单天线增益为17dBi的8用户下行覆盖半径比15dBi增加约19%，上行增加约17%。 如果采用6天线MJD，单天线增益变成17dbi时，上行覆盖半径比8天线MJD（15dBi）的上行小6.7%，下行覆盖半径比后者小3%。,66,智能天线的选型,与网规密切相关的参数： 增益 方向图 水平波瓣宽度 垂直波瓣宽度 下倾角度,67,天线增益是天线的重要参数，不同的场景要考虑采用不同的天线增益； 密集城市，站点密集，用户数较多而且相对集中，为降低小区间和小区内的干扰，公共信道水平波瓣半功率角应较小。 农村和乡镇，增益可以适度加大，半功率角也可适当加大，达到广覆盖的要求，增大覆盖的广度和深度； 公路和铁路，增益可以比较大，由于水平波瓣角较小，增益较高，可以在比较窄的范围内达到很长的覆盖距离。,智能天线选型原则增益,68,智能天线选型原则波瓣角,不同的水平波瓣宽度适合于不同的场景； 在城市适合65度的三扇区定向天线，城镇可以使用水平波瓣角度为90度，农村则可以采用90度，对于高速公路可以采用