WLAN射頻基礎課件

WLAN射頻基礎日期：2007.05.31無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標準簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認證相關(guān)規(guī)定無線頻譜分配全球無線頻譜資源分配圖:11b/g信道Channel

Frequencyrange

CentralFrequency

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１２４０１－２４２３２４１２

２２４０６－２４２８２４１７

３２４１１－２４３３２４２２

４２４１６－２４３８２４２７

５２４２１－２４４３２４３２

６２４２６－２４４８２４３７

７２４３１－２４５３２４４２

８２４３６－２４５８２４４７

９２４４１－２４６３２４５２

１０２４４６－２４６８２４５７

１１２４５１－２４７３２４６２

１２２４５６－２４７８２４６７

１３２４６１－２４８３２４７２

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１４２４７３－２４９５２４８４

f(中心頻率）=2412+5x(nch-1)（MHz)11a信道Channel

Frequencyrange

CentralFrequency

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３４５１６０－５１８０５１７０

３６５１７０－５１９０５１８０

３８５１８０－５２００５１９０

４０５１９０－５２１０５２００

４２５２００－５２２０５２１０

４４５２１０－５２３０５２２０

４６５２２０－５２４０５２３０

４８５２３０－５２５０５２４０

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５２５２５０－５２７０５２６０

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５６５２７０－５２９０５２８０

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６０５２９０－５３１０５３００

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６４５３１０－５３３０５３２０

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１４９５７３５－５７５５５７４５

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１５３５７５５－５７７５５７６５

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１５７５７７５－５７９５５７８５

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１６１５７９５－５８１５５８０５

f(中心頻率）=5000+5xnch(MHz)無線頻譜分配CCK頻譜模板OFDM頻譜模板IEEE802.11a/b/g/n標準簡介PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(最大54Mbps)802.11h動態(tài)頻率選擇和功能控制MAC802.11/11a/11b/11g/11nMAC802.11f--漫游和切換802.11e--QoS802.11i--安全增強802.11協(xié)議族802.11n(最大300Mbps)WAPI(中國標準）IEEE802.11a/b/g/n標準簡介11Mbps/54Mps/300Mbps這些速率是指物理層（PHY）連接速率，而不是實際速率由于無線信道開銷比較大，實際的凈速率（netperformance)大約為:802.11b:5Mbps802.11a/g:23Mbps802.11n:75MbpsIEEE802.11n標準還未正式批準，目前的版本是draft1.1，Wi-Fi聯(lián)盟計劃在2007年開始針對基于draft2.0版本的802.11n產(chǎn)品進行認證，將推動11n產(chǎn)品的規(guī)模普及802.11n并沒有規(guī)定最高速度，由于11n采用了MIMO技術(shù)，實際速率與采用的收發(fā)通道數(shù)（包括天線數(shù)）和通道帶寬有密切關(guān)系，隨著收發(fā)通道數(shù)的增加，實現(xiàn)難度和成本急劇上升，目前比較成熟的方案是3Tx3R，在20MHz信道情況下達到約75Mbps凈速率，在40MHz信道情況下達到約150Mbps凈速率WLAN的帶寬是共享的，每個用戶分時征用信道，由于信道沖突，增加了信道開銷，多用戶情況下的累計帶寬小于單用戶情況下的帶寬無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標準簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認證相關(guān)規(guī)定常用射頻概念

EIRPPEIRP-等效全向輻射功率P-發(fā)射功率

EffectiveIsotropicRadiatedPower

EIRP是天線在特定的方向上所輻射的功率，通常單位是dBm，這個指標一般應該用輻射方式測試，但通常是根據(jù)傳導發(fā)射功率計算：EIRP=P(設備發(fā)射功率）+G(天線增益）-A(線路損耗）EIRP準確反映了設備輻射信號的強度，接收設備收到的信號強度與這個指標有密切關(guān)系。一般的認證法規(guī)都是規(guī)定EIRP的限值，而不是發(fā)射功率的限值。常用射頻概念信噪比（SNR）載干比(C/I)，Eb/No,Eb/Io

Eb/No、Eb/Io

是同一個概念，就是信噪比，與SNR有直接的換算關(guān)系。這是一個衡量系統(tǒng)解調(diào)處理能力的指標。對具體業(yè)務，所要求的信噪比越低，則系統(tǒng)的容量和覆蓋就比較好。

載干比（C/I）carrier-to-interferenceratio，信道中的RF載波功率與干擾功率之比，反映設備抗同頻干擾的能力，C/I越小，說明抗同頻干擾能力越強。常用射頻概念中心頻率、信道帶寬中心頻率（centerfrequency）也稱為工作頻點（operatingfrequency），是指射頻收發(fā)系統(tǒng)在工作時采用的頻率，對于WLAN系統(tǒng)，某一信道所對應的中心頻率是一定的。

信道帶寬（channelbandwidth）也可說成占用帶寬（Occupiedbandwidth），是只射頻系統(tǒng)工作時以中心頻率為中心所占用的射頻帶寬，這個帶寬范圍內(nèi)的信號能量占全部能量的99％以上，對于WLAN，OFDM模式占用帶寬是16.6MHz,CCK模式占用帶寬是22MHz。常用射頻概念雜散發(fā)信機的雜散發(fā)射是指用標準測試信號調(diào)制時在除載頻和由于正常調(diào)制和切換瞬態(tài)引起的邊帶以及鄰道以外離散頻率上的發(fā)射。雜散發(fā)射按其來源的不同可分為傳導型和輻射型兩種。傳導型雜散發(fā)射是指由天線連接器處引起的任何雜散發(fā)射。輻射型雜散發(fā)射是指由于機殼以及設備的結(jié)構(gòu)而引起的任何雜散發(fā)射（故又稱為“機殼發(fā)射”）。常用射頻概念接收靈敏度,最大接收電平，RSSIWLAN的接收靈敏度是指接收機在滿足PER（錯包率）小于10％的條件下，天線口能夠接收到的最小接收信號電平，一般用dBm表示，反映了設備接收小信號的能力，在發(fā)射功率一定的情況下，靈敏度越高，覆蓋范圍越大。最大接收電平（Receivermaximuminputlevel)接收機在滿足PER（錯包率）小于10％的條件下，天線口能夠接收的最大接收信號電平，一般用dBm表示，規(guī)范要求OFDM是30dBm，CCK是20dBm。最大接收電平反映了接收機接收大信號的能力，超過最大接收電平將導致接收機飽和，誤碼率明顯升高。接收機動態(tài)范圍是指最大接收電平與接收靈敏度之間的差值。RSSI(ReceiverSignalStrengthIndicator)接收信號強度指示，是指接收機處信號的功率大小。常用射頻概念增益，駐波比天線增益（Gain)描述了天線將能量輻射到某一方向的能力，通常用最大輻射方向計算。

電壓駐波比（VSWR,Voltagestandingwaverate)，反映阻抗匹配好壞的程度，可簡稱為駐波比（SWR），例如VSWR為1:1,表示完全匹配，能量可以100％向后傳輸;VSWR為1:1.5,表示96％的能量可傳輸?shù)胶蠹?。VSWR高表示有更多的能量被發(fā)射，更少的能量向后傳輸。VSWR是射頻電纜、連接器及天線的主要性能指標之一。常用射頻概念EVM

EVM(ErrorVectorMagnitude)誤差矢量幅度，是衡量一個RF系統(tǒng)總體質(zhì)量指標，定義為信號星座圖上測量信號與理想信號之間的誤差，它用來表示發(fā)射器的調(diào)制精度。調(diào)制解調(diào)器，PA，混頻器，TRANCEIVER等對它都會有影響。EVM是衡量射頻指標的一個關(guān)鍵參數(shù)，必須在EVM滿足要求的情況下所發(fā)射的功率才有意義，EVM偏高會導致信號質(zhì)量下降，從而導致接收誤碼率上升，有效帶寬下降

。無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標準簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認證相關(guān)規(guī)定常用射頻器件－天線，漏纜【天線增益】某一方向的天線增益是指該方向上的功率通量密度和理想點源或半波振子在最大輻射方向上的功率通量密度之比。【水平波束寬度】在水平面方向圖上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個方向的夾角?！敬怪辈ㄊ鴮挾取吭诖怪狈较驁D上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個方向的夾角?！緲O化方向】無線電波的極化，常以大地作為標準面。凡是極化面與大地法線面（垂直面）平行的極化波稱為垂直極化波，其電場方向與大地垂直。凡是極化面與大地法線面垂直的極化波稱為水平極化波，其電場方向與大地相平行。

單極化天線與雙極化天線的區(qū)別在于一根雙極化天線的等于兩根單極化天線。常用射頻器件－射頻電纜（饋線）按照同軸電纜的特性可分為以下幾類：半剛性電纜、半柔性電纜、常用軟電纜、大功率電纜、低損耗電纜、高性能(低損耗、穩(wěn)相)電纜。常用射頻器件－射頻連接器射頻同軸匹配負載：射頻同軸匹配負載主要用于吸收射頻或微波系統(tǒng)的功率或在系統(tǒng)中充當假天線，H3CWLAN產(chǎn)品用50歐姆匹配負載；TNC反極性射頻同軸連接器(RP-TNC)適用于某些場合，如有嚴格區(qū)分的輸入或輸出端口，有特殊用途的端口等，CISCOWLAN產(chǎn)品常用的接口形式；

SMA同軸連接器因體積小、結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶寬、可靠性高，得到廣泛應用，成為品種規(guī)格最多，用量最大的RF連接器。H3C室內(nèi)型AP都采用反極性SMA連接器，所謂反極性是指外螺紋配插針或內(nèi)螺紋配插孔，而正常極性是指外螺紋配插孔或內(nèi)螺紋配插針，選擇反極性連接器是為了符合FCC相關(guān)規(guī)定；N型射頻同軸連接器是國際上最通用的射頻同軸連接器之一，它具有抗震抗沖擊能力強、可靠性高、機械和電氣性能優(yōu)良等特點。H3C室外型AP采用N型連接器

常用射頻器件－耦合器耦合器常用于對規(guī)定流向波信號進行取樣，在無內(nèi)負載時，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡。耦合器主要參數(shù)說明：耦合度：當其余端口接匹配負載時，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。耦合損耗：由于耦合能量的存在而導致輸出功率的減小，它等于主線插入損耗的理論值，主線插入損耗的最小理論值與耦合度的關(guān)系如下：耦合度主線理論損耗

3dB3.0dB6dB1.26dB10dB0.46dB15dB0.14dB20dB0.04dB30dB0.004dB

主線損耗：當匹配負載接主線外各端口時，在傳輸系統(tǒng)中由于耦合器的插入而引起的負載獲得功率的變化，主線插入損耗包括耦合損耗和端口反射損耗。

方向性：當功率在指定方向上傳輸時，耦合端口的輸出功率與同樣的功率在相反方向傳輸時同一耦合端口的輸出功率之差，對雙向定向耦合器而言，定義為兩個耦合端輸出功率之差。常用射頻器件－耦合器典型指標工作頻率1710～2500MHz插損（含耦合損耗）6dB耦合器≤1.4dB10dB耦合器≤0.7dB15dB耦合器≤0.4dB20dB耦合器≤0.3dB耦合度標稱值≤±0.3dB耦合器方向性﹥20dB阻抗50Ω駐波比≤1.3功率容量200W接頭類型N型K頭體積242x63x25mm重量0.48kg環(huán)境溫度-40～75°相對溫度95%常用射頻器件－合路器合路器一般用在將不同頻率的信號（通常是不同標準的無線系統(tǒng)）合路在同一端口輸出。合路器通常用于共用天饋的無線分布式系統(tǒng)中。功分器反向使用也可以當作合路器，但專用的合路器通常是帶有濾波功能的，有較強的帶外抑制能力。名稱PHS、WLAN合路器型號CM-CLNN01頻率范圍通路1:1710～2170MHz通路2:2400～2500MHz帶內(nèi)插損≤0.6dB帶內(nèi)波動＜0.4dB帶外抑制CELLULAR：60dB@2400~2500MHzWLAN：80dB@1710～2170MHzWLAN：80dB@800～960MHz回波損耗＞18dB最大輸入功率200W阻抗50Ω接頭N-K型重量1.2Kg環(huán)境溫度-35~75℃常用射頻器件－衰減器

衰減器（Attenuator）簡單來說是以分壓的原理來衰減掉一部分之功率，其主要是避免高功率在儀器或接收機前端造成破壞，也常用于對未知負載做保護，通常用于測試環(huán)境中。

衰減器一般可分為固定衰減器，手調(diào)可變衰減器，程控衰減器

常用射頻器件－功率放大器

功率放大器（PA）簡稱功放，用于將射頻信號放大到特定的功率，以便獲得更大覆蓋范圍。按實現(xiàn)方式一般分為內(nèi)置功放（集成式）和外置功放（獨立式），按照用途通?？煞譃楦删€放大器（干放），直放站，塔臺放大器（塔放）等。以下是典型2.4GHz頻段功放指標：參數(shù)性能指標工作頻率2400～2500MHz工作模式雙向TDD控制發(fā)射功率20dBm（LRW24-20）27dBm（LRW24-27）30dBm（LRW24-30）發(fā)射增益自動調(diào)整至輸出功率輸入功率Min:0dBm,Max:20dBm接收增益16dB帶內(nèi)幅頻特性+/-1dB噪聲系數(shù)＜4.5dB接口SMA-50K工作溫度-30℃～+55℃供應電壓9VDC常用射頻器件－低噪聲放大器

低噪聲放大器（LNA）用于在接收回路中對小信號進行放大，系統(tǒng)接收靈敏度主要是由LNA的性能決定的。常用射頻器件天饋避雷器

天饋避雷器用來保護設備免遭從天饋部分感應的雷電沖擊，從而保護設備。由于天饋通常是設備最高的部分，且饋線一般比較長，是設備最容易感應雷擊的部位，因此，在室外應用時一般要在每個天線上串接天饋避雷器。我們用的天饋避雷器如下：常用射頻器件天饋避雷器

天饋避雷器的主要指標：

天饋避雷器只能在一定程度上避免感應雷，對直擊雷的防護能力比較差。因此，在雷擊頻發(fā)地區(qū)，一定要合理安裝避雷針。在安裝天饋避雷器的情況下，必須保證接地端良好接地，否則沒有防護效果。無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標準簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認證相關(guān)規(guī)定射頻傳輸模型及干擾自由空間傳輸損耗

電磁波在自由空間（無阻擋、無障礙）中的傳輸損耗為：

Ls（dBm）=92.4+20lgF+20lgD

其中：

F：發(fā)射頻率，單位為GHz

D：傳輸距離，單位為公里（km）

例如：5.8GHz頻率的信號傳輸20公里的損耗為：

Ls=92.4+15.3+26=133.7dBm系統(tǒng)增益設備的系統(tǒng)增益為：Gs=Pt-Pro其中：Pt為設備射頻輸出功率Pro為系統(tǒng)接收靈敏度鏈路總增益Gl=Gs+Gt+Gr其中：Gt為發(fā)射端的天線增益（dB）Gr為接收端的天線增益（dB），例如收發(fā)天線增益為Gt=Gr=28.5dB，那么鏈路增益為，Gl=112+28.5+28.5=169dB射頻傳輸模型及干擾鏈路總損耗

Lt=Ls+Lft+Lfr

其中：

Lft為發(fā)射端ODU和天線之間的電纜損耗

Lfr為接收端ODU和天線之間的電纜損耗

例如，對于S-LINK(1E1)設備，ODU與天線之間的饋線長度為1.5-2.0米，在5.8GHz頻率，其損耗為0.5dB。那么，鏈路總損耗為：

Lt=133.7+0.5+0.5=134.7dB鏈路儲備余量

微波鏈路的儲備余量為：

Margin=Gl–Lt例如，對于上述微波鏈路，其鏈路儲備余量為：

Margin=169-134.7=34.3dB

反之，如果確定了鏈路的儲備余量，可以反推出所需要的天線增益。在所用設備、通信距離和工作頻率確定以后，天線增益和鏈路的儲備余量之間是可以推算出來的，即天線增益的提高量（收發(fā)天線合計）就轉(zhuǎn)化為鏈路儲備余量的增加量。由多徑效應和干擾影響，為了保證鏈路的可靠性，一般要保證20dBm左右的鏈路儲備余量射頻傳輸模型及干擾下圖出了微波鏈路增益損耗計算模型，圖中各個環(huán)節(jié)的增益（損耗）定義見上文。根據(jù)該模型，可以很容易計算出某具體微波鏈路的功率預算。傳輸模型只是基于理論和測試結(jié)果統(tǒng)計的近似計算由于實際地理環(huán)境千差萬別，很難用一種數(shù)學模型來精確地描述，特別是城區(qū)街道中各種密集的、下規(guī)則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數(shù)學模型預測帶來很大困難。因此。有一定精度的預測雖可起到指導網(wǎng)絡基站選點及布點的初步設什，但是通過數(shù)學模型預測與實際信號場強值總是存在差別。由于移動環(huán)境的復雜性和多變性，要對接受信號中值進行準確計算是相當困難的。無線通信工程上的做法是，在大量場強測試的基礎上，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計處理，找出各種地形地物下的傳播損耗（或接受信號場強）與距離、頻率以及天線高度的關(guān)系，給出傳播特性的各種圖表和計算公式，建立傳播預測模型，從而能用較簡單的方法預測接受信號的中值。

射頻傳輸模型及干擾典型障礙物衰減量障礙物衰減量對2.4GHz衰減量（dB)對5GHz衰減量（dB)4.5cm厚金屬門13254.5cm實木門6104.5cm中空門474.5cm內(nèi)部隔斷墻469cm磚塊61045cm混凝土墻183070cm混凝土外墻53451.5cm玻璃隔斷128射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素--多徑干擾DirectSignalReflectedSignalsAlsoMultipathfadingPCCardAccessPoint(AP)射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素—障礙物功率在穿過障礙物后衰減墻，門，等等。電磁波的穿透性能是和頻率相關(guān)的。當發(fā)射功率不足夠大時，在建筑物后形成無線覆蓋盲區(qū)。射頻傳輸模型及干擾無線傳輸?shù)母蓴_因素—障礙物2.4GHz為ISM頻段，不許授權(quán)即可使用。同一區(qū)域內(nèi)AP之間的互相干擾。其他工業(yè)設備的干擾--微波爐--醫(yī)療設備--雙向?qū)ず粝到y(tǒng)--等等…無線頻譜分配IEEE802.11a/b/g/n標準簡介常用射頻概念常用射頻器件射頻信號傳輸模型及干擾多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論射頻輻射影響和射頻認證相關(guān)規(guī)定多網(wǎng)合一室內(nèi)覆蓋問題討論小靈通在全國已達到幾千萬用戶的規(guī)模，伴隨著小靈通網(wǎng)絡的不斷優(yōu)化，室內(nèi)信號優(yōu)化也是刻不容緩，隨著電信3G建設日益臨近，多系統(tǒng)共網(wǎng)的室內(nèi)信號優(yōu)化方案已成為關(guān)注的話題。由于3G工作在超短波頻段，而且電波繞射能力差，穿透損耗較大，因此網(wǎng)絡的深層次覆蓋存在著缺陷。和目前的2G網(wǎng)絡相比，3G網(wǎng)絡會有更多弱信號區(qū)出現(xiàn)，特別是在建筑物內(nèi)部，更是存在著盲區(qū)多、易斷線、網(wǎng)絡表現(xiàn)不穩(wěn)定的缺點。在3G網(wǎng)絡建設計劃中，我國移動運營商對室內(nèi)覆蓋予以了高度的關(guān)注，明確提