射頻基礎(chǔ)知識

1、射頻基礎(chǔ)知識 第一部分 與移動通信相關(guān)的射頻知識簡介21.1 何謂射頻21.2 無線電頻段和波段命名21.3 移動通信系統(tǒng)使用頻段21.4 第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點51.5 第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點51.6 第三代移動通信系統(tǒng)及其主要特點51.7 何謂“雙工”方式？何謂“多址”方式61.8 發(fā)信功率及其單位換算61.9 接收機的熱噪聲功率電平61.10 接收機底噪及接收靈敏度71.11 電場強度、電壓及功率電平的換算71.12 G網(wǎng)的全速率和半速率信道81.13 G網(wǎng)設(shè)計中選用哪個信道的發(fā)射功率作為參考功率81.14 G網(wǎng)的傳輸時延，時間提前量和最大

2、小區(qū)半徑的限制81.15 GPRS的基本概念91.16 EDGE的基本概念9第二部分 電波傳播92.1 陸地移動通信中無線電波傳播的主要特點92.2 快衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征和克服方法102.3 慢衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征及對工程設(shè)計參數(shù)的影響112.4 什么是自由空間的傳播模式112.5 2G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式122.6 3G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式122.7 微小區(qū)傳播模式132.8 室內(nèi)傳播模式152.9 接收靈敏度、最低功率電平和無線覆蓋區(qū)位置百分比的關(guān)系162.10 全鏈路平衡和最大允許路徑損耗18第三部分 電磁干擾183.1 電磁兼容（EMC）與電磁干擾（EMI）183

3、.2 同頻干擾和同頻干擾保護比193.3 鄰道干擾和鄰道選擇性203.4 發(fā)信機的（三階）互調(diào)干擾輻射213.5 收信機的互調(diào)干擾響應(yīng)213.6 收信機的雜散響應(yīng)和強干擾阻塞213.7 dBc與dBm223.8 寬帶噪聲電平及歸一化噪聲功率電平223.9 關(guān)于噪聲增量和系統(tǒng)容量233.10 直放站對基站的噪聲增量233.11 IS-95 CDMA 對 GSM 基站的干擾253.12 G網(wǎng)與PHS網(wǎng)的相互干擾263.13 3G系統(tǒng)電磁干擾273.14 PHS系統(tǒng)與3G系統(tǒng)之間的互干擾303.15 GSM系統(tǒng)與3G系統(tǒng)之間的互干擾30第一部分 與移動通信相關(guān)的射頻知識簡介1.1 何謂射頻射頻是指該

4、頻率的載波功率能通過天線發(fā)射出去（反之亦然），以交變的電磁場形式在自由空間以光速傳播，碰到不同介質(zhì)時傳播速率發(fā)生變化，也會發(fā)生電磁波反射、折射、繞射、穿透等，引起各種損耗。在金屬線傳輸時具有趨膚效應(yīng)現(xiàn)象。該頻率在各種無源和有源電路中R、L、C各參數(shù)反映出是分布參數(shù)。在1.1表中其波長在米和厘米波段通常被我們用作移動通信，所以我們叫它做移動通信射頻。1.2 無線電頻段和波段命名無線電頻譜可劃分為如下12個頻段（見表1.1）。頻率的單位是赫茲或周秒，還可以使用千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。表1.1 無線電頻段和波段命名段 號頻 段 名 稱頻 率 范 圍（含上限、不含下限）波

5、段 名 稱波 長 范 圍（含下限、不含上限）1極低頻（ELF）330赫 （Hz）極長波10010兆米 (Mm)2超低頻（SLF）30300赫 （Hz）超長波101兆米 (Mm)3特低頻（ULF）3003000赫 （Hz）特長波1000100千米 (km)4甚低頻（VLF）330千赫 （kHz）甚長波10010千米 (km)5低頻（LF）30300千赫 （kHz）長波101千米 (km)6中頻（MF）3003000千赫 （kHz）中波1000100米 (m)7高頻（HF）330兆赫 （MHz）短波10010米 (m)8甚高頻（VHF）30300兆赫 （MHz）米波101米 (m)9特高頻（UHF

6、）3003000兆赫（MHz）微波分米波101分米 (dm)10超高頻（SHF）330吉赫 （GHz）厘米波101厘米 (cm)11極高頻（EHF）30300吉赫 （GHz）毫米波101毫米 (mm)12至高頻3003000吉赫（GHz）絲米波101絲米 (dmm)1.3 移動通信系統(tǒng)使用頻段ITU以及各國家無線電主管部門為移動業(yè)務(wù)劃分和分配了多個頻段?？紤]到無線電波傳播的特點，移動業(yè)務(wù)使用的頻段主要都在3GHz以下。確定移動通信工作頻段可從以下幾方面來考慮：電波傳播特性；環(huán)境噪聲及干擾的影響；服務(wù)區(qū)范圍、地形和障礙物影響以及建筑物的滲透性能；設(shè)備小型化；與已經(jīng)開發(fā)的頻段的干擾協(xié)調(diào)和兼容性；用

7、戶需求及應(yīng)用的特點。根據(jù)ITU的規(guī)定，在5GHz以下，劃分給陸地移動業(yè)務(wù)的主要頻率范圍列于表1.2。表1.2 ITU 5GHz以下陸地移動通信的主要頻率范圍（MHz）29.7474750（與廣播共用）5468（與廣播共用）335.4399.9406.14304404706874.875.28787.5100（與廣播共用）470960（與廣播共用）142715251668.41690138144148149.9150.05156.7625170026903500420044005000156.8375174174223（與廣播共用）223328.6我國移動通信使用頻段的規(guī)劃原則上參照國際的劃分規(guī)

8、劃，如我國正在大量使用的150MHz、350 MHz、450MHz、800MHz、900MHz，以及1.8GHz等頻段。其中：150MHz頻段 138MHz149.9MHz；150.05MHz167MHz （無線尋呼業(yè)務(wù)）280MHz頻段 279MHz281MHz （無線尋呼業(yè)務(wù)）450MHz頻段 403MHz420MHz；450MHz470MHz （移動業(yè)務(wù)）800MHz頻段 806MHz821MHz/851MHz866MHz （集群移動通信）821 MHz825 MHz/866MHz870MHz （移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）825MHz835MHz/870MHz880MHz （蜂窩移動通信）840MH

9、z843MHz （無繩電話）900MHz頻段 885MHz915MHz/930MHz960MHz （蜂窩移動業(yè)務(wù)）915MHz917MHz （無中心移動系統(tǒng)）在民用的移動通信中，用于蜂窩移動通信使用的頻段具體安排如下：中國移動（GSM）890909MHz移動臺發(fā)935954MHz基站發(fā)，共19MHz中國聯(lián)通（GSM）909915MHz移動臺發(fā)954960MHz基站發(fā)，共6MHz數(shù)字CDMA系統(tǒng)頻率安排如下：中國聯(lián)通CDMA825835MHz移動臺發(fā)870880MHz基站發(fā)，共10MHz1.8GHz頻段安排如下：中國移動17101725MHz移動臺發(fā)GSM1800MHz18051820MHz基站

10、發(fā)（共15MHz）中國聯(lián)通17451755MHz移動臺發(fā)18401850MHz基站發(fā)（共10MHz）17101785DSC1800MHzMHz移動臺發(fā)18051880MHz基站發(fā)目前正趨于實用化的第三代移動通信，即IMT-2000。其使用的核心頻段為18852025MHz/21102200MHz（其中19802010MHz/21702200MHz為IMT-2000的衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)頻段）。3GPP規(guī)定UTRA TDD的頻段（共35MHz）：（1）19001920MHz20102025MHz（2）18501910MHz19301990MHz（3）19101930MHz3GPP規(guī)定的UTRA FDD的

11、頻段（上下行各60MHz）：（1）19201980MHz 移動臺發(fā)21102170MHz 基站發(fā)（2）18501910MHz 移動臺發(fā)19301990MHz 基站發(fā)。為滿足第三代（3G）蜂窩移動通信技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，中國于2002年對3G系統(tǒng)使用的頻譜作出了如下規(guī)劃：第三代公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：19201980 MHz / 21102170 MHz；時分雙工(TDD)方式：18801920MHz、20102025 MHz。第三代公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的補充工作頻段：頻分雙工(FDD)方式：17551785 MHz / 18501880 MHz；時分雙工(

12、TDD)方式：23002400MHz，與無線電定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)。IMT-2000的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作頻段：19802010 MHz / 21702200 MHz。目前已規(guī)劃給公眾蜂窩移動通信系統(tǒng)的825835 MHz / 870880 MHz、885915 MHz / 930960 MHz和17101755 MHz / 18051850 MHz頻段等，同時規(guī)劃作為第三代公眾移動通信系統(tǒng)的演進擴展頻段。此外，為滿足鐵路系統(tǒng)調(diào)度通信等業(yè)務(wù)發(fā)展需要，擬將885889MHz（上行）和930934MHz（下行）作為GSM-R（EGSM）系統(tǒng)使用的頻段；為滿足射頻電子標(biāo)簽業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，將84

13、0845MHz和920925MHz規(guī)劃作為RFID使用的頻段（試用）。1.4 第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點近代的陸地移動通信系統(tǒng)，也稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)；自80年代起，已歷經(jīng)三代。第一代的主要特點是利用模擬傳輸方式實現(xiàn)話音業(yè)務(wù)，以AMPS（美國、南美洲）、TACS（英國、中國）和NMT（北歐）為代表。主要商用時間從80年代初開始到90年代前期。它的主要特點是： 模擬話音直接調(diào)頻； 多信道共用和頻分多址接入方式； 頻率復(fù)用的蜂窩小區(qū)組網(wǎng)方式和越區(qū)切換； 無線信道的隨機變參特征使無線電波受多徑快衰落和陰影慢衰落的影響 環(huán)境噪聲和多類電磁干擾的影響； 無法與固定網(wǎng)迅

14、速向數(shù)字化推進相適應(yīng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)很難開展； 安全保密性差，易被“竊聽”，易被“仿制燒號”。1.5 第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)以數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以GSM為主, IS-95CDMA為輔。主要商用時間從90年代中期開始到現(xiàn)在。它的主要特點是： 低速率話音編碼技術(shù)和數(shù)字調(diào)制； 每載波多路、時分多址或碼分多址接入； Rake接收機和自適應(yīng)均衡技術(shù)； 與固定網(wǎng)向數(shù)字化推進相適應(yīng)，具有中低速數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)能力； 先進的開放的技術(shù)規(guī)范（如A接口和U接口），有利于形成既競爭又相互促進的機制； 安全保密性強，不易“竊聽”，不易“仿制” ； 有利于大規(guī)模集成。1.6 第三代

15、移動通信系統(tǒng)及其主要特點第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)以更高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和更好的頻譜利用率為目標(biāo)，采用寬帶CDMA為主流技術(shù)，目前已形成兩類三種空中接口標(biāo)準(zhǔn)，即WCDMA FDD（簡稱WCDMA）、WCDMA TDD（簡稱TD-SCDMA）和CDMA2000。今后十年內(nèi)將逐步替代第二代系統(tǒng)而成為主流。它的主要特點是： 新型的調(diào)制技術(shù)，包括多載波調(diào)制和可變速率調(diào)制技術(shù)； 高效的信道編譯碼技術(shù)，除了沿用第二代的卷積碼外，還對高速數(shù)據(jù)采用了Turbo糾錯編碼技術(shù)； Rake接收多徑分集技術(shù)以提高接收靈敏度和實現(xiàn)軟切換； 軟件無線電技術(shù)易于多模工作； 智能天線技術(shù)易于提高載干比； 多用戶檢測技術(shù)以消除和降低多

16、址干擾； 可與固定網(wǎng)中的電路交換和分組交換網(wǎng)很好地相適應(yīng)，滿足各類用戶對話音及高、中、低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。1.7 何謂“雙工”方式？何謂“多址”方式“雙工”（Duplexer）是相對于“單工”而言的收發(fā)信機工作方式。在無線對講（集群）電話問世之初，由于技術(shù)及成本因素，發(fā)信機采用了“按下講話”的方式，即有一個通話按鈕，按下時表示發(fā)信，放開時表示接收，也就是說，此種通話方式不能像固定電話那樣同時收發(fā)，故稱之為“單工”。而技術(shù)的進步和制造成本的下降，使雙工濾波器能夠在各類工作頻段都能隨意使用，從而使無線對講電話也能像固定電話那樣同時接收和發(fā)送，不需要在講話時按下按鈕, 這種通話方式就是“雙工”方式

17、。當(dāng)收信和發(fā)信采用一對頻率資源時，稱為“頻分雙工”；而當(dāng)收信和發(fā)信采用相同頻率僅以時間分隔時稱為“時分雙工”?！岸嘀贰保∕ulti Access）是指在多信道共用系統(tǒng)中，終端用戶選擇通信對象的傳輸方式，在陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)中，用戶可以通過選擇“頻道”、“時隙”或“PN碼”等多種方式進行選址，它們分別對應(yīng)地被稱為“頻分（Frequency Division）多址”、“時分（Time Division）多址”和“碼分（Code Division）多址”。簡稱FDMA, TDMA和CDMA.1.8 發(fā)信功率及其單位換算通常發(fā)信機功率單位為“瓦特”（W），它也可以表示為dBw，即以1W為基準(zhǔn)的功率分

18、貝值，即 Pt（dBW）=10lg為了便于計算，發(fā)信功率單位也可用“毫瓦”（mW）表示，同樣，它也可以表示為dBmW（簡寫為dBm），即以1mW為基準(zhǔn)的功率分貝值，而1W = 1000 mW1 dBW = 30dBm 或Pt（dBm）=10lg1.9 接收機的熱噪聲功率電平任何一個無線通信接收機能否正常工作，不僅取決于所能獲得的輸入信號的大小，而且也與其內(nèi)部噪聲以及外部噪聲和干擾的大小有關(guān)。接收機內(nèi)部噪聲也稱為熱噪聲，它是由電子運動所產(chǎn)生的，其定義是指當(dāng)溫度為290K（17C）時，由接收機通帶（通常由接收機中頻帶寬所決定）所截獲的熱噪聲功率電平。No= KT B（W） 接收機帶寬 絕對溫度值

19、290K 玻爾茲曼常量 1.3710如用dBW表示，可寫為No（dBw）= 204 dBW + 10lgB 或 = 174 dBm + 10lgB對于G網(wǎng)，B = 200KHz（53dB），No = 121dBm1.10 接收機底噪及接收靈敏度接收機底噪：熱噪聲+NF（接收機噪聲系數(shù)）對于G網(wǎng)，B = 200KHz（53dB），NF=4dBm,接收機底噪= -174（dBm）+10lgB+ NF（dB）=-117 dBm.接收靈敏度: 接收機底噪+C/I(載干比)對于G網(wǎng)，當(dāng)B=200KHz NF=4dB C/I=12dB時Pi（dBm）= -174+53+4+12 =-105 dBm1.11

20、 電場強度、電壓及功率電平的換算電場強度（E）是指長度為1米的天線所感應(yīng)到的電壓，以v/m、v/m、dBv/m計，對半波偶極天線而言，其有效長度為，故其感應(yīng)的電壓e為： e = E （v）式中：E為電場強度（v/m）；為波長（m） 由于半波偶極天線的特性阻抗是73.13，而移動通信接收機的輸入阻抗通常為50，因此，接收機的輸入開路電壓 A = e = E 若以dBv計，則： A（dBv）= E（dBv/m）+20lg1.65 = E +20lg11.6 例如：對于900MHz頻段，=0.33m，當(dāng)采用半波偶極天線時，輸入電壓A與接收場強E之間的關(guān)系為： A（dBv）= E（dBv/m）-21.

21、33 若采用其他增益天線，只需加上該天線相對于半波偶極天線的增益GD即可 對于移動通信系統(tǒng)，按慣例是以電動勢（開路電壓）作為靈敏度指標(biāo)值。因此，其電壓與功率的換算應(yīng)為： P= 當(dāng)R=50時 Pi = A137（dBW） 或 = A107（dBm）1.12 G網(wǎng)的全速率和半速率信道GSM系統(tǒng)的語音編碼采用規(guī)則脈沖激勵長期線性預(yù)測（RPELTP）編譯碼方式，根據(jù)速率不同可以分為全速率和半速率兩種信道。當(dāng)編碼器每20ms取樣一次，線性預(yù)測聲域分析抽頭為8時，輸出260bit，此時編碼速率為260/20=13Kbits/s，即為全速率信道。半速率是GSM在26復(fù)幀中奇偶各傳一路。1.13 G網(wǎng)設(shè)計中選

22、用哪個信道的發(fā)射功率作為參考功率GSM系統(tǒng)是一個時分多址系統(tǒng)，每個時隙的最大功率都是一樣的，但控制信道可以根據(jù)移動臺與基站距離遠(yuǎn)近對話音信道功率進行檢測，所以話音信道的功率是變化的。在G網(wǎng)作功率規(guī)劃時，是以相對恒定的BCCH信道功率作為參考功率進行規(guī)劃的。1.14 G網(wǎng)的傳輸時延，時間提前量和最大小區(qū)半徑的限制G網(wǎng)上行傳輸方向，在隨機接入信道（RACH）上傳送，用于移動用戶（通過基站）向網(wǎng)絡(luò)提出接入申請。由于移動臺距基站的距離是可變的，因而其傳播時延也是變動的，為了保證基站接收機能夠準(zhǔn)確地接收任一移動臺的申請，故在接入信道尾部設(shè)立較長的防護段，稱為擴展保護期，占68.25比特，約251s，該值

23、對應(yīng)大于35Km的傳輸時延，即保證距基站35Km的移動臺發(fā)出的接入申請也不會丟失。但是，保護期的增加實際上是增加了傳輸開銷，也即降低了信息傳輸速率，因此，G網(wǎng)中相應(yīng)地采用了自適應(yīng)的幀調(diào)整技術(shù)。一旦移動臺通過接入信道登記，基站便連續(xù)地測試傳播時延，并在慢速輔助控制信道上以2次/秒向移動臺發(fā)出時間提前量指令，其值為0233s，移動臺按此指令進行自適應(yīng)幀調(diào)整，使得移動臺向基站發(fā)送的時間與基站接收的時隙相一致。從基站的角度看，下行方向延時3個時隙（BP）就可以得到上行方向的結(jié)構(gòu)，也就是上行時隙與其對應(yīng)的下行時隙號有3個偏移，這是GSM規(guī)范中規(guī)定的。從移動臺的角度看，為了彌補傳輸時延變化的影響，用一個時

24、間值來補償傳播時延，以調(diào)整收發(fā)時延始終保持在3 BP，這個數(shù)值稱為時間提前量TA（Timing Advance）。此時，從MS的角度看，上下行之間的準(zhǔn)確偏移量是3 BPTA，TA值由BTS根據(jù)傳播時延量計算并通知MS，如下圖所示：BTSTX BP MSTX BP TA 時間提前量的結(jié)構(gòu)圖GSM規(guī)范中，時間提前量TA包含6位二進制碼元，數(shù)值范圍為063，每個碼元傳輸時間為3.69s，因此Tamax=233s，這相當(dāng)于電波傳輸35Km的往返時間。從這點出發(fā)，也可推知，GSM（當(dāng)8個時隙正常運用時）的小區(qū)覆蓋最大半徑只能是35Km。當(dāng)然，GSM也允許特殊的稀路由狀態(tài)下，將8個時隙合并為4個時隙，甚至

25、2個時隙或1個時隙，此時，允許的小區(qū)覆蓋半徑最大可達290Km。1.15 GPRS的基本概念眾所周知，GSM是以數(shù)字話音業(yè)務(wù)為主的低速率移動通信系統(tǒng)，且只能完成電路數(shù)據(jù)交換，遠(yuǎn)不能滿足移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求。作為一種改進，以現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，疊加一個支持高速分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率從9.6kb/s提高一個量級，從而推出了GPRS，即通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service），GPRS也被稱為2.5G系統(tǒng)。除了運營軟件需相應(yīng)升級以外，GPRS需對原有網(wǎng)絡(luò)進行一些改動，增加新的設(shè)備如業(yè)務(wù)支持節(jié)點（SGSN），網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN）等。GPRS是移動通

26、信技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的完美結(jié)晶，它可以在保證話音業(yè)務(wù)的同時，利用無線信道的空閑資源完成分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，大大地提高了GSM無線頻率資源的利用率。理論上講，如果將每個載頻8個全速率時隙都用來傳送數(shù)據(jù)的話，最高可以提供171kb/s的傳輸速率。但實際上由于受容量和調(diào)制方式的限制，其速率一般也只能到幾十kb/s。GPRS定義了四種不同的編碼方案，即稱為CS-1到CS-4，分別對應(yīng)不同的傳輸速率（從9.6kb/s21.4kb/s）。1.16 EDGE的基本概念雖然GPRS采用了多時隙操作模式，但也只能將傳輸速率提高到幾十kb/s，受限制的主要因素在于GMSK的調(diào)制方式。為了進一步提高GSM系統(tǒng)的容量，歐洲

27、電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）推出了一種增強數(shù)據(jù)率的演進方案，即EDGE（Enhanced Date Rates for GSM Evolution），也被稱為GSM的2.75G系統(tǒng)。EDGE系統(tǒng)引入了多電平調(diào)制方式8PSK調(diào)制，使用戶數(shù)據(jù)信道每時隙的比特率從22.8 kb/s提高到69.2 kb/s，而所有的控制信道仍采用GMSK調(diào)制方式。盡管EDGE理論上可以達到的最高碼率約每幀560 kb/s,但實際上它還要受移動速度的限制,隨著速度的提高,其碼率將降至384 kb/s（V=100km/hr時）,甚至到144 kb/s（V=250km/hr時）。第二部分 電波傳播 2.1 陸地移動通信中無線電

28、波傳播的主要特點陸地移動通信中無線電波傳播有兩個最顯著的特點：第一、隨著移動體的行進，由于建筑物、樹林、起伏的地形及其他人為的、自然的障礙物的連續(xù)變化，接收信號場強會產(chǎn)生兩種衰落，即多徑快衰落和陰影慢衰落。前者是快速的微觀變化，故稱之為快衰落；后者是緩慢的宏觀變化，是由阻擋物引起的陰影效應(yīng)所造成的慢衰落。這兩種衰落疊加在一起就是陸地移動通信電波傳播的主要特性。第二、在城市環(huán)境中，衰落信號的平均場強與自由空間或光滑球面?zhèn)鞑ハ啾纫〉枚?，并且接收信號的質(zhì)量還要受到環(huán)境噪聲的嚴(yán)重影響。通常移動通信電波傳播的路徑（中值）損耗與距離和頻率有關(guān)，與收發(fā)天線的高度有關(guān)，也與地形地貌有關(guān)。各類場強預(yù)測模式都是

29、人工模型，就是以某些特定的地形為基礎(chǔ)，經(jīng)過大量測試及計算機模擬分析以后提出的參考標(biāo)準(zhǔn)，隨后再加以修正。當(dāng)工作頻率確定以后，在特定的天線高度下，人工傳播模型都有三個特征值：斷點、斜率和附加修正因子。L=A+Blg+CA當(dāng)d = d時的路徑中值損耗，d即為斷點B路徑（中值）損耗隨距離而變化的斜率（衰減因子）C對地形地貌的修正因子2.2 快衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征和克服方法 在移動通信傳播環(huán)境中，到達移動臺天線的信號不是單一路徑，而是來自許多路徑的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而各條路徑的反射波到達的時間不同，相位也不同。不同相位和幅度的多個信號在接收端疊加，有時同相增強

30、，有時反相減弱。這樣，接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由多徑傳播所引起的，稱為多徑快衰落。它的變化速率與移動體行進速度及工作頻率（波長）有關(guān)，其變化范圍可達數(shù)十分貝。衰落的平均速率為2/（為車速m/s；為波長m）。 大量統(tǒng)計結(jié)果表明，絕大多數(shù)的多徑衰落遵循瑞利（Raxleigh）分布。一般來說，模擬移動通信系統(tǒng)主要考慮接收信號幅度的變化；而數(shù)字移動通信系統(tǒng)還需考慮信號的時延和擴展。 在第二代和第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，都采用了以下三個措施減少多徑快衰落的影響： 采用合理的糾錯編碼（如卷積碼、Turbo碼等）、交織保護和重傳協(xié)議，以增加信號的冗余度，并進行時間分集； 利用快速功

31、控和（接收和/或發(fā)信）分集緩解功率損失； 使用多個Rake接收指峰進行多徑分集接收，更好地集中能量。2.3 慢衰落遵循什么分布規(guī)律，基本特征及對工程設(shè)計參數(shù)的影響 在移動通信傳播環(huán)境中，電波在傳播路徑上遇到起伏的山丘、建筑物、樹林等障礙物阻擋，形成電波的陰影區(qū)，就會造成信號場強中值的緩慢變化，引起衰落。通常把這種現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)，由此引起的衰落又稱為陰影慢衰落。另外，由于氣象條件的變化，電波折射系數(shù)隨時間的平緩變化，使得同一地點接收到的信號場強中值也隨時間緩慢地變化。但因為在陸地移動通信中隨著時間的慢變化遠(yuǎn)小于隨地形的慢變化，因而常常在工程設(shè)計中忽略了隨時間的慢變化，而僅考慮隨地形的慢變化。慢

32、衰落的速率與頻率無關(guān)，主要取決于阻擋物的尺寸和結(jié)構(gòu)以及收發(fā)天線的高度和移動體的速度；而慢衰落的深度取決于信號頻率和阻擋物的材質(zhì)。大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，陰影衰落服從對數(shù)正態(tài)分布，正態(tài)分布有兩個特征值，即均值（）和偏差（），按照對數(shù)正態(tài)分布的特征可知，當(dāng)覆蓋區(qū)邊緣的接收場強中值恰巧等于均值（）時，系統(tǒng)接收場強沒有余量，只能保證覆蓋區(qū)邊緣50%的地點滿足通信要求。在移動通信系統(tǒng)的無線工程設(shè)計中，必須提供接收場強的余量才能保證更多地點的可通率，這個余量與偏差（）有關(guān)。按對數(shù)正態(tài)分布規(guī)律余量（dB）01.281.642覆蓋區(qū)邊緣可通率（%）5084909597.7而值根據(jù)不同地形特征由實測得到，也可根據(jù)國際

33、電聯(lián)的相關(guān)推薦數(shù)據(jù)進行比較選擇而定。2.4 什么是自由空間的傳播模式 所謂自由空間是指相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率均恒為1的均勻介質(zhì)所存在的空間，這相當(dāng)于一個真空的空間，在360的球體具有各向同性，電導(dǎo)率為零等特性。自由空間傳播與真空傳播一樣，只有擴散損耗的直線傳播，而沒有反射、折射、繞射、色散等等現(xiàn)象，其傳播速度等于光速，因此，自由空間是一種科學(xué)的抽象，但它可以作為實際傳播模式的參考。特別在室內(nèi)視線可見的范圍內(nèi)，其傳播模式非常接近于自由空間模型。 自由空間的路徑中值損耗 L=32.45+20lgf +20lgd 式中f：工作頻率（MHz） d：收發(fā)天線間距（km）2.5 2G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式

34、 國際電聯(lián)推薦用奧村（Okumura-Hata）模式所提供的曲線及其歸納的經(jīng)驗公式作為第二代移動通信系統(tǒng)中城市宏小區(qū)傳播模型。 L= 69.55+26.16lgf-13.82lgh-(hm) + 44.9-6.55lgh lgd（dB） 該模型使用范圍：f：1501500MHz h：30200m h：110md：120km h以1.5m為基準(zhǔn) 對于中小城市：(hm) = 1.1lgf-0.7 h-1.56lgf-0.7 （dB） 對大城市：(hm) =8.29lg（1.54 h）-1.1 （dB） 當(dāng)f300MHz (hm) =3.2lg（11.75 h）-4.97 （dB） 當(dāng)f 300MH

35、z2.6 3G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式 前述奧村模式工作頻率的上限只有1500MHz。因此，歐洲科學(xué)和技術(shù)研究協(xié)會（Euro-Cost）組成了COST231工作委員會，提出了奧村模式的擴展模型，即COST231 Hata 模型。其路徑損耗的計算公式為：L（dB）=46.3+33.9lgf-13.82lgh-(hm) + 44.9-6.55lgh lgd +C式中，C為大城市中心校正因子。在中小城市和郊區(qū)，C=0，在市中心，C=3 dB該模型適用于下列參數(shù)范圍：f：15002300MHzh：30200m h：110m d：120km與前述奧村模式相比，前兩項由69.55+26.16lgf變?yōu)?6.3

36、+33.9lgf，如果分別以f=900MHz和2000MHz代入，可知僅此一項2G與3G系統(tǒng)的路徑損耗將相差1012dB。2.7 微小區(qū)傳播模式 隨著3G的問世，微小區(qū)覆蓋更顯重要，我們介紹兩種傳播模型 COST231WI模型 該模型廣泛用于建筑物高度近似一致的市、郊小區(qū)，該模型考慮了自由空間損耗、從建筑物頂?shù)浇置娴膿p耗以及街道走向?qū)﹄姴▊鞑ニズ牡挠绊?。如圖所示為該模型的傳播示意圖 低基站天線情況如果電波在街道形成的峽谷中存在一個自由的視距可見（LOS）路徑的話，它與自由空間的傳播特性是有差別的。L=42.6+26logd(km)+20logf(MHz) d0.02km 高基站天線傳播在這種情

37、況下COST231WI模型由三項組成L=+式中，為自由空間損耗，即Lbf=32.44+20logf(MHz)+20logd(km)為“最后的屋頂?shù)浇值赖睦@射散射損耗”= -16.9-10lgw+10lgf+20lg+ 0 0為街道方向因子，即電波方向與街道方向之夾角。Lori -10+2.5 035 +2.5+4.0 3555 +4.00 5590 為多重屏繞射損耗= + +logd+logf-9logb 0 0其中和基站天線相對于建筑物高度有關(guān)= -18log1+ 0 = 54 54-0.8 d0.5km， 54-0.8d/0.5 d0.5km，= 18 18-15/ 0.7（f/925）-

38、1 樹木密度適中的中等城市= -4 + 和郊區(qū)中心 1.5（f/925）-1 大城市中心 COST231WI模型的使用范圍f：8002000MHz：450m：13md：0.025Km：3樓層數(shù)+屋頂參數(shù)雙線模型 雙線模型的基本假設(shè)是：從發(fā)射天線到接收天線有兩條路徑，即視距可見直達波和地面反射波。其路徑損耗為收發(fā)之間距離d的函數(shù)，并且可以用3條不同斜率的線段來表示。 雙線模型中首先要確定一個突發(fā)點，即發(fā)射天線到該點的距離恰好是從發(fā)射到接收的第一菲涅爾半徑橢球碰到地面的那一點的距離。 d= (4 ht hr)/ 對于f=1900MHz時 40+25logd d L= 40+25log（）+40lo

39、g（） d4 40+25log（）+40log（4）+60log（） d4對于建筑物相對較少的微小區(qū)，采用雙線模型是比較合適的。2.8 室內(nèi)傳播模式在室內(nèi)電磁波傳播受影響的因素很多，在有限的空間內(nèi)環(huán)境變化大，墻、頂、地、人和室內(nèi)物體等都會引起電磁的反射、折射、散射和吸收，電磁場分布十分復(fù)雜，電波傳播模型相應(yīng)多種多樣。本文著重介紹在測試的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的三種傳播模型，可供移動通信室覆蓋預(yù)測參考用。 1）室內(nèi)小尺度路徑損耗室內(nèi)小尺度路徑損耗是指短距離、短時間內(nèi)快速衰落（衰落深度達2040dB），其傳播模型表達式為： (dB) （式1）式中：表示路徑d的總損耗值； 表示近地參考距離（），自由空間衰減

40、值 n表示環(huán)境和建筑物傳播損耗指數(shù)（1.63.3） 表示標(biāo)準(zhǔn)偏差6（314）的正態(tài)隨機變量 2）、室內(nèi)路徑損耗因子模型 這一模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB衰減因子模型表達式為： （式2）式中：表示同層損耗因子（1.63.3） FAF表示不同層路徑損耗附加值（1020dB） 3）、室內(nèi)自由空間路徑損耗附加因子模型 在室內(nèi)可以認(rèn)為是自由空間受限的傳播路徑，這一模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB，其傳播模型表達式為： （式3）式中：為路徑損耗因子（-0.21.6dB/m） 由于室內(nèi)傳播非常復(fù)雜，預(yù)測出的場強和實際測量值存在一定偏差，工程設(shè)計時需用實測值對傳

41、播模型進行修正。2.9 接收靈敏度、最低功率電平和無線覆蓋區(qū)位置百分比的關(guān)系 通常，在進行項目設(shè)計時，我們會得到一個數(shù)據(jù)，即所需覆蓋區(qū)邊緣的可通率和最低功率電平（如: 90% 和 -85dBm）。 與這個數(shù)據(jù)有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)主要是： 接收機靈敏度S（dBm）； 在實際噪聲環(huán)境中的惡化量d（dB）； 對覆蓋區(qū)及其邊緣的可通信概率（%）這些參數(shù)之間的關(guān)系可用下式表示：Prmin=S+d+xS接收機靈敏度指標(biāo)值（dBm）d在實際噪聲環(huán)境中的惡化量d（dB）陰影慢衰落的偏差值（dB）x 與覆蓋區(qū)邊緣的可通率有關(guān)的系數(shù)S是指接收機在靜態(tài)條件下（試驗室內(nèi)），滿足一定的誤碼性能的條件下，其射頻輸入端所需的最低

42、信號電平，通常用功率電平（dBm）表示。當(dāng)一個接收機置于實際通信環(huán)境中時，由于噪聲及多徑衰落的影響，其誤碼性能將被惡化，此時，為了保證誤碼性能達到系統(tǒng)的要求，就必須加大射頻輸入端的信號電平到S+d，d值即實際環(huán)境中由于噪聲和多徑衰落造成的惡化量。接下來的問題是，當(dāng)覆蓋區(qū)邊緣信號電平達到接收機需要的最低輸入保護電平（S+d）時，能否保證正常通信呢？答案是能保證，但不能完全保證。因為移動通信的電波傳播陰影慢衰落特性，服從對數(shù)正態(tài)分布。因此必須具有一定的衰落余量才能保證需要的通信效果，在工程上歸結(jié)為覆蓋區(qū)邊緣或整個覆蓋區(qū)的可通信概率。通信概率與系統(tǒng)余量的關(guān)系見下圖：當(dāng)系統(tǒng)余量為0時，覆蓋區(qū)邊緣可通概

43、率為50當(dāng)系統(tǒng)余量為1時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為84當(dāng)系統(tǒng)余量為2時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為97當(dāng)系統(tǒng)余量為3時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為99.7當(dāng)系統(tǒng)余量為1.28時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為90接收靈敏度、最低功率電平與覆蓋區(qū)位置百分比關(guān)系例如：G網(wǎng)接收機靈敏度為-102 dBm，環(huán)境惡化量為9dB，當(dāng)陰影衰落偏差為6dB時，如果需要覆蓋區(qū)邊緣可通率為90%，其最低信號功率電平應(yīng)為：Prmin=102 dBm+9 dB+1.286 dB =85.3 dBm此時，能滿足整個覆蓋區(qū)95%的可通率。2.10 全鏈路平衡和最大允許路徑損耗 由于無線覆蓋區(qū)工程設(shè)計涉及諸多參數(shù)，且上、下行也有較大區(qū)別，因此，在無

44、線覆蓋區(qū)設(shè)計中需進行全鏈路預(yù)算，其目的主要是： 驗證鏈路參數(shù)設(shè)置的合理性； 驗證上、下行鏈路的平衡； 對于3G系統(tǒng)，還需驗證不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（同等的QOS）鏈路的平衡問題。通常鏈路平衡預(yù)算是將各類參數(shù)列表后求得允許的最大路徑損耗值，隨后將其與實際的路徑損耗中值（按確定的損耗模式）相比較。允許最大路徑損耗=發(fā)射功率+發(fā)信天線增益+收信天線增益+軟切換增益接收靈敏度干擾儲備饋線等附加損耗人體損耗陰影（慢）衰落儲備按確定模式計算的實際路徑損耗中值第三部分 電磁干擾 3.1 電磁兼容（EMC）與電磁干擾（EMI）所謂電磁兼容性，是指電子設(shè)備或系統(tǒng)工作在指定的環(huán)境中，不致由于無意的電磁輻射而遭受或引起不能容

45、忍的性能下降或發(fā)生故障的抑制能力。電磁兼容的反面即電磁干擾，欲解決電磁兼容性問題，必須從分析系統(tǒng)和系統(tǒng)間電磁干擾著手。從無線信號的干擾產(chǎn)生的機理來看，應(yīng)該將干擾分為： 熱噪聲的增加 離散型干擾 雜散干擾及接收機阻塞當(dāng)前移動通信系統(tǒng)正處于2G向3G平滑過渡的年代，2G系統(tǒng)的G網(wǎng)、C網(wǎng)、PHS網(wǎng)和3G系統(tǒng)的WCDMA、Cdma20001x以及TDSCDMA之間將長期共存。因此，分析它們之間的電磁干擾將是移動通信建設(shè)和運營部門迫在眉睫的重大課題。3.2 同頻干擾和同頻干擾保護比顧名思義，當(dāng)接收機接收到的無用信號的頻率與有用信號相同時，即稱為同頻干擾。在蜂窩移動通信網(wǎng)中，相同的頻率在隔開一段距離以后被

46、重復(fù)使用，這一原理是蜂窩系統(tǒng)的精髓所在，也是解決系統(tǒng)容量和提高頻譜利用率的根本途徑。但由此帶來的問題是系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾。為了使系統(tǒng)能正常工作，由于頻率復(fù)用引起的同頻干擾必須是足夠小以至于可以被忽略或者至少不影響正常的通信。在G網(wǎng)中，通常將整個頻段分成若干頻率組k，對應(yīng)分配到各小區(qū)；頻率分組愈多，整個系統(tǒng)內(nèi)同頻小區(qū)的間隔就愈大，同頻干擾就愈小，但每區(qū)頻道數(shù)將減少，使話務(wù)量也隨之降低。合理的方式是在滿足同頻干擾保護比的前提下將k值降至最低，在全向天線狀態(tài)下，K與同頻復(fù)用距離D的關(guān)系是：=式中：D為同頻小區(qū)中心間距 r為小區(qū)半徑 k即頻率復(fù)用系數(shù)下表為k=312時，對應(yīng)的值k34791233.464

47、.65.26同頻復(fù)用保護距離主要取決于同頻干擾保護比（C/I）值，它與要求的信號質(zhì)量、傳播環(huán)境、要求的信號通信概率等因素有關(guān)。如果假定區(qū)內(nèi)電波傳播衰減與距離呈4次方冪關(guān)系，則可推斷得： = = = k或k = G網(wǎng)中，通常取=12dB或9dB； 對應(yīng)的k = 3.27或2.31因此，當(dāng)不帶跳頻時（=12dB），k=3已趨極限。在C網(wǎng)和即將投入商用的3G系統(tǒng)中，由于采用了直接擴頻碼分多址技術(shù)，其基礎(chǔ)是使用一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機碼噪聲（PN）序列通過相關(guān)處理實現(xiàn)選址的功能。它所采用的擴頻技術(shù)把原始信號的帶寬變換成帶寬寬得多（幾百或幾十倍）的類噪聲信號。因此在接收端僅有用信號為窄帶譜，而其余同

48、頻的無用信號均為寬帶譜，也就是說各類信號呈現(xiàn)的特征是一個類噪聲的信號和諸多寬帶白噪聲。因此，碼分系統(tǒng)的相鄰小區(qū)的載頻可以是相同的，即=2，k=1.33，而對碼分系統(tǒng)的同頻干擾的分析將歸結(jié)白噪聲的提高。3.3 鄰道干擾和鄰道選擇性相鄰頻道干擾簡稱鄰道干擾，它主要取決于接收機中頻濾波器的選擇性和發(fā)信機在相鄰頻道通帶內(nèi)的邊帶噪聲。在3G系統(tǒng)內(nèi)，由于有多個運營商共同運營，如果在一個小區(qū)內(nèi)有幾個運營商且它們的工作頻道恰巧相鄰的話，則當(dāng)基站站址選擇不當(dāng)時，會引起較嚴(yán)重的鄰道干擾。鄰道干擾比（ACIR）取決于相鄰信道選擇性（ACS）以及發(fā)信機鄰道輻射功率比（ACLR）鄰道干擾比（ACIR）也是兩個相鄰載波之

49、間的耦合度。在數(shù)值上可表示為：ACIR（dB）= 10lg在WCDMA上行系統(tǒng)中，性能要求見下表相鄰狀況信道間隔允許的最大相鄰信道泄漏功率比鄰道干擾比ACIR移動臺（ACS）基站（ACLR）第一相鄰付載波5MHz33dB45 dB-32.7 dB第一相鄰付載波10MHz43 dB50 dB-42.2 dB這個數(shù)值可以用來計算小區(qū)內(nèi)基站接收機噪聲電平的增加。3.4 發(fā)信機的（三階）互調(diào)干擾輻射兩個或多個信號經(jīng)過非線性傳輸電路后，將產(chǎn)生等間隔的互調(diào)產(chǎn)物，其中尤以奇階特別是三階互調(diào)最為嚴(yán)重，因此，三階互調(diào)就成為討論互調(diào)輻射的主要代表。發(fā)信機末級功放是三階互調(diào)產(chǎn)物產(chǎn)生的主要來源，當(dāng)兩個系統(tǒng)的發(fā)信天線靠

50、得很近時，也可能通過天線來耦合而引起三階互調(diào)輻射。三階互調(diào)干擾的危害首先取決于其產(chǎn)物與有用信號頻率之關(guān)系，其次取決于干擾信號的幅度以及非線性器件本身的線性度。如圖：三階產(chǎn)物的頻率應(yīng)為2f2-f1和2f1-f22f1-f2 f1 f2 2f2-f1 ff f f三階產(chǎn)物與主信號等間隔分布3.5 收信機的互調(diào)干擾響應(yīng)同樣，當(dāng)收信機在接收有用信號的同時收到二個或二個以上具有特殊頻率關(guān)系的無用信號時，由于收信機前端電路的非線性，當(dāng)無用信號足夠大時，也將產(chǎn)生互調(diào)干擾響應(yīng)。如圖，特殊頻率關(guān)系是指兩者間隔相等（f）。當(dāng)然f的大小可以使無用信號在通帶內(nèi)或通帶外都可以產(chǎn)生干擾響應(yīng)，而且無用信號無論是已調(diào)或未調(diào)的都可構(gòu)成三階互調(diào)干擾響應(yīng)。f1 f2 f0 f f無用信號 有用信號收信機的三階互調(diào)干擾相應(yīng)將折算為同頻干擾處理，其產(chǎn)物也應(yīng)滿足系統(tǒng)組網(wǎng)所要求的載干比（例如G網(wǎng)為12dB）3.6 收信機的