1射频基础知识0625.docx
《1射频基础知识0625.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1射频基础知识0625.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1射频基础知识0625
本文由sgxgf贡献
doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。
建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
第一部分射频基础知识
目录第一章与移动通信相关的射频知识简介……11.1何谓射频……11.1.1长线和分布参数的概念……11.1.2射频传输线终端短路……31.1.3射频传输线终端开路……41.1.4射频传输线终端完全匹配……41.1.5射频传输线终端不完全匹配……51.1.6电压驻波分布……51.1.7射频各种馈线……61.1.8从低频的集中参数的谐振回路向射频圆柱形谐振腔过渡……91.2无线电频段和波段命名……91.3移动通信系统使用频段……91.4第一代移动通信系统及其主要特点……121.5第二代移动通信系统及其主要特点……121.6第三代移动通信系统及其主要特点……121.7何谓“双工”方式？
何谓“多址”方式……121.8发信功率及其单位换算……131.9接收机的热噪声功率电平……131.10接收机底噪及接收灵敏度……131.11电场强度、电压及功率电平的换算……141.12G网的全速率和半速率信道……141.13G网设计中选用哪个信道的发射功率作为参考功率……151.14G网的传输时延，时间提前量和最大小区半径的限制……15
1.15GPRS的基本概念……151.16EDGE的基本概念……16第二章天线……162.1天线概述……162.1.1天线……162.1.2天线的起源和发展……172.1.3天线在移动通信中的应用……172.1.4无线电波……172.1.5无线电波的频率与波长……172.1.6偶极子……182.1.7频率范围……192.1.8天线如何控制无线辐射能量走向……192.2天线的基本特性……212.2.1增益……212.2.2波瓣宽度……222.2.3下倾角……232.2.4前后比……242.2.5阻抗……242.2.6回波损耗……252.2.7隔离度……272.2.8极化……282.2.9交调……302.2.10天线参数在无线组网中的作用……302.2.11通信方程式……312.3．网络优化中天线……322.3.1网络优化中天线的作用……322.3.2天线分集技术……332.3.3遥控电调电下倾天线……1第三章电波传播……33.1陆地移动通信中无线电波传播的主要特点……33.2快衰落遵循什么分布规律，基本特征和克服方法……4
3.3慢衰落遵循什么分布规律，基本特征及对工程设计参数的影响……43.4什么是自由空间的传播模式……53.52G系统的宏小区传播模式……53.63G系统的宏小区传播模式……63.7微小区传播模式……63.8室内传播模式……93.9接收灵敏度、最低功率电平和无线覆盖区位置百分比的关系……103.10全链路平衡和最大允许路径损耗……11第四章电磁干扰……124.1电磁兼容（EMC）与电磁干扰（EMI）……124.2同频干扰和同频干扰保护比……134.3邻道干扰和邻道选择性……144.4发信机的（三阶）互调干扰辐射……154.5收信机的互调干扰响应……154.6收信机的杂散响应和强干扰阻塞……154.7dBc与dBm……164.8宽带噪声电平及归一化噪声功率电平……164.9关于噪声增量和系统容量……174.10直放站对基站的噪声增量……174.11IS-95CDMA对GSM基站的干扰……194.12G网与PHS网的相互干扰……204.133G系统电磁干扰……224.14PHS系统与3G系统之间的互干扰……244.15GSM系统与3G系统之间的互干扰……25第五章室内覆盖交流问题应答……125．1、目前GSM室内覆盖无线直放站作信源站点数量达60%，WCDMA的建设中，此类站点太多将导致网络上行噪声被直放站抬高，请问怎么考虑？
5.2、高层窗边的室内覆盖信号场强难以做到主导，而室内窗边将是数据业务需求的高发区域，室内窗边的高速速率如何保证？
5.3、有厂家建议室内覆盖不用干放，全用无源覆盖分布，我们如何考虑？
5.4、室内覆盖中，HSDPA引入后，有何新要求？
5.5、系统引入多载频对室内覆盖的影响？
5.6、上、下行噪声受限如何考虑？
5.7、室内覆盖时延分集增益。
广东移动培训资料
第一章1.1何谓射频
与移动通信相关的射频知识简介
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是指该频率的载波功率能通过天线发射出去，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，发生变化，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各参引起各种损耗。
在金属线传输时具有趋肤效应现象数反映出是分布参数。
因此说所谓射频RF（RadioFrequency）是指频率较高，可用于发射无线电频率，一般常指几十到几百兆赫的频段，即VHF-UHF频段。
而更高的频率，则称为微波。
广义地说，在无线电频谱上微波是指频率为300MHz-300GHz的无线电波，其相应的波长范围是在1m～0.1mm;一般更具体的指1～30GHz频段，即波长在厘米范围的厘米波。
频率更高的则称之为毫米波、亚毫米波段。
因而，移动通信中的CDMA、GSM等系统所采用的800MHz、900MHz频段属于射频RF范畴，也即UHF频段（也可看作微波的低端）；而第三代移动通信3G的工作频段就是在微波范围内。
综观无线电频谱，频率从极低一直到非常高，波长从超长波一直到亚毫米波段再到光波、紫外，不同频段的无线电波其特性也截然不同。
我们必须了解这一点，并学会用不同的概念、技术和方法来处理问题。
在移动通信所工作的射频和微波频段，如果只沿用低频的概念和技术来研究和处理问题，必然是行不通。
众所周知，室内分布系统大多采用同轴电缆来传输移动通信信号或能量。
那么，人们为什么不继续采用工频50Hz的双绞电源线或以前VHF频段电视机常用的扁平双线馈线？
同轴电缆又具有那些优点？
这里，首先介绍一下射频和微波传输线的概念。
用来传输电磁能量的线路统称为传输系统，由传输系统引导向一定方向传输的电磁波称为导行波。
1.1.1长线和分布参数的概念
在低频电路中，导线（或说是低频率传输线）只起连接的作用。
在同一导线（例如长为60cm）的两端，都认为它们是同电位的，电流也相等，也就是属于同一点。
但是，如果线上传输的是射频比如GSM下行942MHz的电信号（相应的波长大约为32cm）,这时还能认为导线的两端是同电位的吗？
显然就不行了。
这里存在两个概念问题，一是线的“长度”如何准确描述，二是集中参数和分布参数的概念。
图1-1所示为线上的电流或电压随空间位置的分布情况，图1-1（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1-1（b）所示，此时的线段AB即应视为“长线”。
图1-1电流电压沿线分布图（a）短线情况；（b）长线情况
第1页共43页
广东移动培训资料
其实，“长度”有绝对长度和相对长度两种概念。
对于传输线的“长”或“短”，并不是以其绝对长度而是以其相对长度，即以它与波长比值的相对大小来区分的。
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。
在射频和微波领域，波长λ通常以cm计。
比如一根传输3G移动通信信号（如WCDMA）的同轴电缆，虽然只有30cm长，但它已大约是工作波长的两倍，当然属于“长线”；相反，输送工频市电的电力线即使仅有2km长，但与其波长（6000km）相比就是非常短的了，因此只能称之为“短线”。
微波传输线基本上都属于“长线”的范畴，因此描述传输线特性和电压或电流沿线传输规律的传输线理论又称为长线理论。
一般的说，只要线的几何长度l与其传输电信号的波长λ可以比拟时（通常为十分之一左右或以上），即可视为长线。
电压和电流在传输线上是以波的形式传输并将信号或能量从电源传送至负载，这样就可以理解线上各点的电压或电流不相同的道理。
同一时刻各点电压或电流的幅度不相同，同一点上的电压或电流的幅度又随着时间而改变，这就是波的概念。
用数学术语来说就是电压和电流即是位置的函数，又是时间的函数，即u（z,t）和i（z，t）。
为什么呢？
这是因为传输线上处处存在分布电阻、分布电感，线间处处存在分布电容和漏电导。
电磁场理论告诉我们，当电信号通过传输线时将产生如下分布参数效应：
电流流过导线时发热，表明导线本身具有分布电阻；由于导线中通过电流，周围将有磁场，因而导线存在分布电感效应；由于导线间有电压，导线间便有电场，于是导线间存在分布电容效应；由于导线间绝缘不完善而存在漏电流，表明导线间处处有分布电导。
频率低时，这些分布参数效应完全可以忽略不计，所以低频只考虑时间因子而忽略空间效应，因而把低频电路当作集中参数电路来处理是允许的。
但是，频率升高后，分布参数引起的效应不能再忽视了；传输线不能仅当作连接线，它将形成分布参数电路，参与并影响电压和电流的传输。
因而传输线在电路中所引起的效应必须用传输线理论来研究和表述。
我们用R1,L1,C1,G1分别表示传输线单位长度的电阻，电感，电容和电导，它们的数值与传输线类型、截面尺寸、导体材料、填充介质等有关。
假设均匀传输线上取任一无限小线元dz（dz<<λ）,则线元上都分布有一定大小的电阻R1dz和电感L1dz;此线元间都分布有一定大小的电容C1dz和电导G1dz。
在此无限小线元上，我们可以把它看成一集中参数电路，其集中电阻、电感、电容和电导，分别为R1dz，L1dz，C1dz和G1dz，可用Г形网络来等效（也可用T形或π形网络来等效），如图1-2（a）所示。
整个传输线则可看成是有许多线元的四端网络链联而成的分布参数电路，如图1-2（b）所示。
对于无耗线（R1=0,G1=0），其等效电路，如图1-2（c）所示。
EgdzZ1
Rg
Eg
R1dz
L1dz
Rg
G1dz
C1dz
Z1
（a）
第2页共43页
广东移动培训资料
（b）
Z1
（c）图1-2传输线的等效电路（a）等效电路；（b）分布参数电路；（c）无耗线等效电路有了上述等效电路，就容易解释传输线上的电压、电流不相同的现象。
参看图1-2（b），由于aa＇和bb＇之间有串联电阻存在，两处的阻抗不相等，因而两处的电压也不想等；由于线间并联回路的存在，通过a和b点的电流也不相同。
同时还可以看出，当接通电源后，电源通过分布电感逐次向分布电容充电，并形成向负载传输的电压波和电流波。
就是说，电压和电流是以波的形式在传输线上传输，并将能量或信号从电源传送至负载。
射频传输线传输线终端短路1.1.2射频传输线终端短路
当射频传输线终端短路时信号为全反射。
电压反射系数Γ=
ZL?
ZO反射点的反射电压=?
1=?
1，电压反射系数Γ=ZL+ZO反射点的入射电压
Vmax1+Γ==∞（无穷大）Vmin1?
Γ
即电压驻波比VSWR=
第3页共43页
广东移动培训资料
无耗短路线的驻波特性
射频传输线传输线终端开路1.1.3射频传输线终端开路
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Γ=1，即电压驻波比VSWR=Vmax==∞（无穷大）Vmin1?
Γ
无耗开路线的驻波特性无耗开路线的驻波特性开路线的驻波
1.1.4射频传输线终端完全匹配
当射频传输线终端阻抗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，
即电压驻波比VSWR=Vmax1+Γ==1.为行波状态。
Vmin1?
Γ
第4页共43页
广东移动培训资料
1.1.5射频传输线终端不完全匹配
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0<Γ<1。
电压驻波比VSWR=Vmax1+Γ==V.（工程时控制在1~1.5之间）。
Vmin1?
Γ
电压驻波比在工程上常用回波损耗RL表示，对应关系如下表：
电压驻波比VSWR回波损耗RL（dB）
相应公式RL=20lgV+1（dB）。
.V-1
1.221
1.2519
1.317.6
1.3516.6
1.415.6
1.514
2.09.5
1.1.61.1.6电压驻波分布
在各种反射系数下，电压驻波的分布如图（1-3）所示。
驻波有若干重要特性，归结如下：
1.驻波最大点或最小点之间的距离为λg/2，电压的最大点对应于电流的最小点，反之，电压的最小点对应于电流的最大点。
o2.如终端开路，短路或为纯电抗，则沿线电压和电流间相角差为90，如终端为一阻抗，则沿线的电o压电流之间的相角差不是90，而且沿途变化。
在最大点或最小点处，电压电流同相，输入电阻是纯电阻；在电压最大处的输入电阻为最大电阻，电压最小点的电阻为最小电阻。
第5页共43页
广东移动培训资料
图1-3在各种反射系数Γ下的电压驻波分布
1.1.71.1.7射频各种馈线
1）平行双线
第6页共43页
广东移动培训资料
Z0=
L1=276C1εr
lg2D
d
（?
）
εr为介质的介电常数
①趋肤效应显著；②辐射损耗增加；③支撑物损耗增加。
2）同轴线
Z0=
138L1=εrC1
lg（b）a
（?
）
同轴线封闭，无辐射
3）带状线，又称三板线、板线或介质夹层线
带状线的结构及场分布4）同轴线向带状线演化
第7页共43页
广东移动培训资料
5）微带线
微带线的结构及电磁场分布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：
第8页共43页
广东移动培训资料
1.1.81.1.8从低频的集中参数的谐振回路向射频圆柱形谐振腔过渡
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
段号123456789101112频段名称极低频（ELF）超低频（SLF）特低频（ULF）甚低频（VLF）低中高频（LF）频（MF）频（HF）频率范围（含上限、不含下限）3~30赫30~300赫300~3000赫3~30千赫30~300千赫（Hz）（Hz）（Hz）（kHz）（kHz）波段名称极长波超长波特长波甚长波长中短米波波波波波长范围（含下限、不含上限）100~10兆米10~1兆米（Mm）（Mm）
1000~100千米（km）100~10千米10~1千米1000~100米100~10米10~1米10~1分米10~1厘米微波10~1毫米10~1丝米（km）（km）（m）（m）（m）（dm）（cm）（mm）（dmm）
300~3000千赫（kHz）3~30兆赫（MHz）
甚高频（VHF）特高频（UHF）超高频（SHF）极高频（EHF）至高频
30~300兆赫（MHz）300~3000兆赫（MHz）3~30吉赫（GHz）
分米波厘米波毫米波丝米波
30~300吉赫（GHz）300~3000吉赫（GHz）
1.3移动通信系统使用频段
ITU以及各国家无线电主管部门为移动业务划分和分配了多个频段。
考虑到无线电波传播的特点，移动业务使用的频段主要都在3GHz以下。
确定移动通信工作频段可从以下几方面来考虑：
①电波传播特性；②环境噪声及干扰的影响；③服务区范围、地形和障碍物影响以及建筑物的渗透性能；④设备小型化；⑤与已经开发的频段的干扰协调和兼容性；⑥用户需求及应用的特点。
根据ITU的规定，在5GHz以下，划分给陆地移动业务的主要频率范围列于表1.2。
表1.2ITU5GHz以下陆地移动通信的主要频率范围（MHz）以下陆地移动通信的主要频率范围（）
第9页共43页
广东移动培训资料
29.7～4768～74.8138～144156.8375～174
47～50（与广播共用）75.2～87148～149.9174～223（与广播共用）
54～68（与广播共用）87.5～100（与广播共用）150.05～156.7625223～328.6
335.4～399.9470～960（与广播共用）1700～2690
406.1～4301427～15253500～4200
440～4701668.4～16904400～5000
我国移动通信使用频段的规划原则上参照国际的划分规划，如我国正在大量使用的150MHz、350MHz、450MHz、800MHz、900MHz，以及1.8GHz等频段。
其中：
150MHz频段138MHz~149.9MHz；150.05MHz~167MHz280MHz频段279MHz~281MHz450MHz频段403MHz~420MHz；450MHz~470MHz800MHz频段806MHz~821MHz/851MHz~866MHz821MHz~825MHz/866MHz~870MHz825MHz~835MHz/870MHz~880MHz840MHz~843MHz900MHz频段885MHz~915MHz/930MHz~960MHz915MHz~917MHz（无线寻呼业务）（无线寻呼业务）（移动业务）（集群移动通信）（移动数据业务）（蜂窝移动通信）（无绳电话）（蜂窝移动业务）（无中心移动系统）
在民用的移动通信中，用于蜂窝移动通信使用的频段具体安排如下：
890~909MHz移动台发
中国移动（GSM）
935~954MHz基站发，共19MHz909~915MHz移动台发954~960MHz基站发，共6MHz
中国联通（GSM）
数字CDMA系统频率安排如下：
中国联通CDMA
825~835MHz移动台发870~880MHz基站发，共10MHz
1.8GHz频段安排如下：
中国移动GSM1800MHz中国联通
1710~1725MHz移动台发1805~1820MHz基站发（共15MHz）1745~1755MHz移动台发1840~1850MHz基站发（共10MHz）
第10页共43页
广东移动培训资料
1710~1785MHz移动台发
DSC1800MHz
1805~1880MHz基站发
目前正趋于实用化的第三代移动通信，即IMT-2000。
其使用的核心频段为1885~2025MHz/2110~2200MHz其中1980~2010MHz/2170~2200MHz为IMT-2000的卫星移动业务频段）（。
3GPP规定UTRATDD的频段（共35MHz）：
（1）1900~1920MHz2010~2025MHz
（2）1850~1910MHz1930~1990MHz（3）1910~1930MHz3GPP规定的UTRAFDD的频段（上下行各60MHz）：
（1）1920~1980MHz移动台发2110~2170MHz基站发
（2）1850~1910MHz移动台发1930~1990MHz基站发。
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。
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）。
第11页共43页
广东移动培训资料
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）模拟传输方式实现话音业务为代表。
主要商用时间从80年
升级会员 