《移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐》課件3

無線電技術(shù)基礎(chǔ)03任務(wù)1室內(nèi)電磁波傳播模型認知任務(wù)2室分天線認知任務(wù)3室分傳輸介質(zhì)認知本模塊介紹與移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)相關(guān)的無線電技術(shù)基礎(chǔ)，包括室內(nèi)電磁波傳播模型、室分天線及室分傳輸介質(zhì)。重點掌握室內(nèi)電磁波傳播模型、室分天線及室分傳輸介質(zhì)的選用【學(xué)習要求】（1）識記：室內(nèi)電磁波傳播模型公式、室內(nèi)天線種類、室分傳輸介質(zhì)種類。（2）領(lǐng)會：室內(nèi)電磁波傳播模型、室分天線及室分傳輸介質(zhì)的選用。模塊三無線電技術(shù)基礎(chǔ)【內(nèi)容簡介】【重點難點】學(xué)習內(nèi)容：室內(nèi)電磁波傳播模型認知ABCE

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8學(xué)習要求：識記：無線電磁波的基本傳播方式、室內(nèi)電磁波傳播模型公式。領(lǐng)會：室內(nèi)電磁波傳播模型的選用。重點：自由空間傳播模型難點：移動通信技術(shù)特征復(fù)習舊課：WLAN網(wǎng)絡(luò)認知

任務(wù)1室內(nèi)電磁波傳播模型認知任務(wù)1室內(nèi)電磁波傳播模型認知

已知地形、頻率、天線高度等條件下，估算基站服務(wù)區(qū)內(nèi)場強分布，計算不同小區(qū)的覆蓋強度01網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時，評估網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并對調(diào)整天線高度、傾斜角度、頻率配置等作出預(yù)測，為網(wǎng)優(yōu)提供指導(dǎo)性意見03已知地形、頻率、天線高度等條件下,計算相鄰小區(qū)干擾，對移動通信網(wǎng)進行規(guī)劃設(shè)計02不同傳播環(huán)境中對模型進行校正04研究室內(nèi)電磁波傳播模型的意義任務(wù)1室內(nèi)電磁波傳播模型認知

無線電波的傳播方式無線信號傳播方式主要有：直射、反射、穿透以及繞射／衍射等在房間內(nèi)部，天線不可見，無線電波主要通過穿透、繞射／衍射等方式傳播任務(wù)1室內(nèi)電磁波傳播模型認知

050601020304墻壁種類、有屏蔽作用的物體、房間布局及擺設(shè)環(huán)境密度的不同結(jié)構(gòu)和內(nèi)部家具的不同建筑物中的人口密度發(fā)射機、接收機在室內(nèi)外的位置室內(nèi)外發(fā)射機的高度室內(nèi)無線傳輸?shù)挠绊懸蛩匾蛔杂煽臻g傳播模型

基本概念自由空間充滿均勻、線性、各向同性理想機制的無限大空間電波直線傳播自由空間傳播損耗電波通過自由空間介質(zhì)傳播時所產(chǎn)生的損耗一自由空間傳播模型Ls（dB）＝32.45＋201gf（MHz）＋201gd（km）+A+B其中，A為隔墻損耗，B為陰影衰落余量，d為傳輸距離,單位為kｍ；f為電波頻率,單位為MHz主要材質(zhì)損耗表金屬水泥墻磚墻木/塑料板玻璃抗紫外線玻璃25dB15-25dB6~10dB6dB6dB20dB一自由空間傳播模型在自由空間中，無線電磁波的頻率增加1倍，路徑傳播損耗將增加6dB。距離增加1倍，傳播損耗增加6dB。f/MHz9001800200024001m31.5537.5538.4540.0510m51.5557.5558.4560.05100m71.5577.5578.4580.05表3-1自由空間傳播損耗表一自由空間傳播模型

DB

是功率增益的單位，一個相對值，純計數(shù)單位：dB=10lgXX=100那么，10lgX=20dBX=0.01那么，10lgX=-20dBdBm是一個表示功率絕對值的單位，計算公式：10lg功率值/1mW。例如：如果發(fā)射功率為1mW，按dBm單位進行折算后的值應(yīng)為：10lg1mW/1mW=0dBm；對于40W的功率，則10lg(40W/1mW)=46dBm。用一個dBm減另外一個dBm時，得到的結(jié)果是dB。

如：30dBm-0dBm=30dB課堂小作業(yè)：請將10mw、20mw、20w、50w轉(zhuǎn)換為dBm的表示形式一自由空間傳播模型

A天線距離A點為10米；無線電波頻率為1000MHz；隔墻損耗為35dB，衰落損耗為10dB。自由空間鏈路損耗是多少？如果要求手機接收功率為-85dBm，請問天線口發(fā)射功率為多少？32.45+20Lgf+20Lgd=32.45+20Log1000+20Log0.01+35+10=97.45dB課堂練習

A天線距離A點為20米；無線電波頻率為800MHz；隔墻損耗為25dB，衰落損耗為10dB。自由空間鏈路損耗是多少？如果要求手機接收功率為-90dBm，請問天線口發(fā)射功率為多少？一Keenan-Motley模型Keenan-Motley是室內(nèi)無線環(huán)境比較常用的傳播模型，是自由空間傳播模型在較為空曠的室內(nèi)環(huán)境如大型場館、體育館等場景下的變形

L為室內(nèi)環(huán)境下距離無線電波發(fā)射端d米處的路損；L0是無線電磁波在距離室內(nèi)電波發(fā)射端1m處的路損，n為環(huán)境因子，也叫衰減系數(shù)，一般取值在2.5-5場景一般室內(nèi)場景同層隔層隔兩層環(huán)境因子（n）3.142.764.195.04表3-2室內(nèi)場景環(huán)境因子參考值一Keenan-Motley模型在常見的辦公大樓、住宅和商用等實際場景中，室內(nèi)傳播模型的Keenan-Motley公式可以修正如下

是由于不同室內(nèi)無線環(huán)境的特殊性會引起相應(yīng)的傳播損耗誤差而增加的修正值，可以看作是陰影衰落余量。一Keenan-Motley模型

以同層辦公室為例，穿一面磚墻覆蓋，信號頻率為900MHz，手機距天線10m，分析其空間損耗。二、ITU-RP.1238傳播模型該模型分視距（LOS）和非視距（nLOS）兩種情況（視距）（非視距）n：環(huán)境因子f：頻率，單位是MHzd：移動臺距發(fā)射機的距離，單位是mLf（n）：樓層穿透損耗系數(shù)

：陰影衰落余量適用頻率范圍住宅辦公室商場1800~2000MHz4n15+4（n-1）6+3（n-1）學(xué)習內(nèi)容：室分天線認知ABCE

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9學(xué)習要求：識記：室分天線種類。領(lǐng)會：室分天線的選用。重點：室分天線種類難點：天線基本原理復(fù)習舊課：室內(nèi)傳播模型認知任務(wù)2室分天線認知任務(wù)2室分天線認知01020304將空間中的電磁波轉(zhuǎn)化成傳輸線中的電磁能將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化成自由空間的電磁波一種用來發(fā)射或者接收電磁波的器件天線是任何無線電系統(tǒng)的基本組成部分什么是天線任務(wù)2室分天線認知天線的作用發(fā)射天線是將傳輸線中的電磁能（發(fā)射機的高頻電流的能量）轉(zhuǎn)化成自由空間的電磁能量。接收天線則相反。換能器常見天線室外大型天線.常見天線身邊的小型天線.馬可尼伽利爾摩·馬可尼（1874-1937），意大利人，實用無線電報通信的創(chuàng)始人，第一個采用大型天線實現(xiàn)遠洋通信。

1909年獲諾貝爾物理學(xué)獎，被稱作“無線電之父”。

1933年12月7日至12日，馬可尼曾到我國訪問，并在南京停留，宣傳普及無線電知識，他特別講到：“貴國地大民眾，無線電最有用處，望貴國人士深明此意，聯(lián)絡(luò)民眾，交換情感，可造成一強大無匹之國家”。

任務(wù)2室分天線認知一、天線的基本原理麥克斯韋電磁場理論一、天線的基本原理

無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系如下：Ｖ為速度，單位為米/秒；ｆ為頻率，單位為赫茲；λ為波長，單位為米。同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。一、天線的基本原理導(dǎo)線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān)。當導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。圖3-3振子的角度與電磁波輻射能力的關(guān)系一、天線的基本原理一、天線的基本原理兩臂長度相等的振子叫做對稱振子，也叫半波振子。每臂長度為四分之一波長的振子，稱半波對稱振子。全長與波長相等的振子，稱全波對稱振子。二、天線的指標參數(shù)機械指標接口形式電氣指標頻率范圍/MHz工程參數(shù)方向角天線尺寸（長）天線增益/dBi下傾角天線重量半功率波束寬度/度高度天線罩材質(zhì)前后比/dB安裝位置風阻抗駐波比

安裝方式極化方式

最大功率/W

輸入阻抗/歐姆

二、天線的指標參數(shù)1.頻率天線總是在一定的頻率范圍內(nèi)工作，為某一制式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。從降低帶外干擾信號的角度考慮，所選天線的帶寬滿足頻帶要求即可。二、天線的指標參數(shù)2.增益天線增益是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。由于半波振子的增益是2.15dB，所以dBi=dBd+2.15常見的天線增益從0～20dBi0～8dBi：室內(nèi)全向天線增益：9～12dBi定向天線增益：15.5～18.5dBi超過20dBi僅用于道路覆蓋二、天線的指標參數(shù)2.增益將“輪胎”壓扁，信號就越集中，增益就越高，天線尺寸就越大二、天線的指標參數(shù)2.增益二、天線的指標參數(shù)3.方向性全向天線的水平方向圖和垂直方向圖定向天線的水平方向圖和垂直方向圖二、天線的指標參數(shù)3.方向性背瓣二、天線的指標參數(shù)4.波瓣寬度天線輻射的主要方向形成的波束張開的角度二、天線的指標參數(shù)4.波瓣寬度垂直波瓣寬度越窄（增益不變）水平波瓣寬度方向性越大越好傳播距離越遠“塔下黑”現(xiàn)象越易出現(xiàn)二、天線的指標參數(shù)5.前后比前后比是主瓣最大值與后瓣最大值之比，表明了天線對后瓣抑制的好壞。二、天線的指標參數(shù)6.駐波比（VSWR）天線駐波比(VSWR，VoltageStandingWaveRatio)表示天饋線與基站匹配程度的指標。它的產(chǎn)生是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端后未被全部輻射出去，產(chǎn)生反射波，迭加而成的。<1.5二、天線的指標參數(shù)6.駐波比（VSWR）回波損耗：RL＝

10lg(P反/P入)=10lg(10/0.5)=13dB電壓反射系數(shù)：RL=-20lg＝0.2238VSWR=(1+)/(1-)＝1.57駐波比增益損失（dB）3.01.252.50.882.00.61.50.181.350.101.20.04二、天線的指標參數(shù)7.極化方式天線的極化就是指天線輻射時形成的電場強度方向垂直極化（Vertical）和水平極化（Horizontal）二、天線的指標參數(shù)7.極化方式雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封裝在同一天線罩中組成的二、天線的指標參數(shù)7.極化方式雙極化天線和單極化天線二、天線的指標參數(shù)8.阻抗最佳匹配效果天線的阻抗和饋線阻抗必須一樣，才能達到最佳效果三、室內(nèi)天線選型1.與室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)盡量美觀，天線形狀、顏色、尺寸、大小要與室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)。一般室內(nèi)天線形狀小、重量輕，便于安裝。2.考慮覆蓋的有效性既要滿足室內(nèi)覆蓋區(qū)域的覆蓋效果，又要減輕信號在室外的泄露，避免對室外造成干擾。室內(nèi)天線的選型主要原則三、室內(nèi)天線選型全向吸頂天線高增益定向天線壁掛式板狀天線泄漏電纜常用的室內(nèi)天線常用的室內(nèi)天線有4種：全向吸頂天線、壁掛式板狀定向天線、高增益定向天線和泄露天線。三、室內(nèi)天線選型1、全向吸頂天線天線工作頻率/MHz800-2500增益/dBi2水平波瓣寬度/（。）360垂直波瓣寬度/（。）65極化垂直極化前后比無駐波比<1.5天線下傾無“全向”：天線的水平波瓣寬度為360?！拔敗保阂话惆惭b在天花板上三、室內(nèi)天線選型2、壁掛式板狀定向天線天線工作頻率/MHz800-2200增益/dBi7水平波瓣寬度/（。）90垂直波瓣寬度/（。）60極化垂直單極化前后比>20駐波比<1.5天線下傾無多用在一些比較狹長的室內(nèi)空間裝在墻壁上天線安裝時前方較近區(qū)域不能有物體遮擋保證天線的方向角沖著室內(nèi)增益一般在6~10dBi之間三、室內(nèi)天線選型3、高增益定向天線（以八木天線為例）天線工作頻率/MHz1700-2170增益/dBi11.5水平波瓣寬度/（。）50垂直波瓣寬度/（。）45極化垂直單極化前后比>15駐波比<1.5天線下傾無方向性好，增益一般在9~14dBi之間工作頻段較窄，不適合多系統(tǒng)合路場景適合在狹長封閉空間中使用三、室內(nèi)天線選型4、泄露電纜泄露電纜，是指外導(dǎo)體部分開孔的同軸電纜。通過電纜上的一系列開孔，可以把無線信號沿電纜均勻地發(fā)射出去，也可以把沿電纜縱向分布的無線信號接收回來適合在隧道、地鐵等狹長的無線環(huán)境中使用，缺點是成本高、安裝不便。泄露電纜規(guī)格7/8’’5/4’’

百米損耗/dB900MHz4.63.51800MHz6.952400MHz8.66.5饋線損耗（一般是指距泄露電纜開孔2m的損耗）/dB900MHz871086101800MHz891087102400MHz89108810特性阻抗/歐姆5050確保無線信號在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中有效傳播3、選用垂直極化天線想一想剛才講到的四種天線的使用場景？4、要適用場景特點應(yīng)包括800-2500MHz的所有頻段1、盡量選用寬頻天線室內(nèi)環(huán)境空間狹小、穿透損耗大，分集技術(shù)和波束賦型對形態(tài)性能的提高提高不明顯，卻增加了系統(tǒng)的成本2、不考慮分集和波束賦型三、室內(nèi)天線選型室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)選用天線的時候應(yīng)注意學(xué)習內(nèi)容：室分傳輸介質(zhì)認知ABCE

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10學(xué)習要求：識記：室分傳輸介質(zhì)的種類領(lǐng)會：室分傳輸介質(zhì)的選用重點：室分傳輸介質(zhì)種類難點：室分傳輸介質(zhì)的選用復(fù)習舊課：室分天線認知任務(wù)3室分傳輸介質(zhì)認知一、射頻同軸電纜同軸電纜又稱為同軸線對，屬于不對稱的結(jié)構(gòu)。組成：由內(nèi)、外導(dǎo)體和內(nèi)、外導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)和外護層四部分組成。特點：衰減較大，在超高頻下，衰減值會急劇增加，屏蔽性能差。應(yīng)用：主要用在端局間的中繼線、交換機與傳輸設(shè)備間連接線、發(fā)射端機與天線間作饋線以及有線電視系統(tǒng)中的饋線等。泄漏同軸電纜電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r通過槽孔向外界輻射電磁波；外界的電磁場也可通過槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部并傳送到接收端。二、泄漏同軸電纜根據(jù)信號與外界的耦合機制分類輻射型泄漏電纜的電磁場由電纜外導(dǎo)體上周期性排列的槽孔產(chǎn)生，槽孔間距與工作波長相當。耦合型泄漏電纜，有許多不同的結(jié)構(gòu)形式，如在外導(dǎo)體上開一長條形槽，或開一組間距遠遠小于工作波長的小孔，或兩側(cè)開縫。電磁場通過小孔衍射激發(fā)電纜外導(dǎo)體外部電磁場。二、泄漏同軸電纜目前通信用的光纖大多采用石英玻璃(SiO２)制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體，未經(jīng)涂覆和套塑時稱為裸光纖。1.光纖結(jié)構(gòu)三、光纖裸光纖光纖結(jié)構(gòu)圖光纜中的光纖一般是指經(jīng)過兩次涂覆后的光纖芯線組成——纖芯、包層、涂覆層三、光纖三、光纖纖芯作用——傳導(dǎo)光波成分——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如P2O5）——摻雜目的是提高纖芯對光的折射率n1直徑——5~10μm包層作用——將光波限制在纖芯中傳播成分——高純度SiO2+極少量的摻雜劑（如B2O3）——摻雜目的是使折射率n2略低于纖芯的折射率n1直徑——約125μm注意：纖芯n1>包層n2三、光纖涂敷層三、光纖按光纖剖面折射率分布分類──階躍型光纖與漸變型光纖按傳播模式分類──多模光纖與單模光纖按工作波長分類──短波長光纖與長波長光纖按套塑類型分類──緊套光纖與松套光纖分類CLASSIFICATION三、光纖階躍型光纖在纖芯與包層區(qū)域內(nèi)，其折射率分布分別是均勻