通信基站無線基礎知識教材

無線基礎知識教材中國鐵塔股份有限公司2015年8月目錄一基礎知識與基本概念- 4 -.1.第一代移動通信系統(tǒng)及其主要特點。- 4 -.2.第二代移動通信系統(tǒng)及其主要特點- 4 -.3.第三代移動通信系統(tǒng)及其主要特點- 4 -.4.何謂“雙工”方式？何謂“多址”方式？- 4 -.5.發(fā)信功率及其單位換算- 5 -.6.接收機的熱噪聲功率電平（底噪）- 5 -.7.接收機靈敏度- 6 -.8.信噪比、帶寬和信道容量香農(nóng)定律- 7 -.9.電場強度、電壓及功率電平的換算- 10 -.10.MIMO（多入多出）技術- 10 -.11.智能天線是怎么回事？- 11 -.12.載頻間隔，發(fā)射（調(diào)制）帶寬和接收（噪聲）帶寬錯誤！未定義書簽。二電波傳播基礎理論- 11 -.13.陸地移動通信中無線電波傳播的主要特點- 11 -.14.路徑（中值）損耗- 11 -.15.快衰落遵循什么分布規(guī)律？基本特征和克服方法。- 12 -.16.慢衰落遵循什么分布規(guī)律？基本特征及對工程設計參數(shù)的影響？- 12 -.17.移動通信中的多普勒頻移- 12 -.18.遠近效應及其克服方法錯誤！未定義書簽。.19.什么是自由空間的傳播模式？- 13 -.20.2G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式- 14 -.21.3G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式- 14 -.22.微小區(qū)傳播模式- 14 -.23.室內(nèi)傳播模式- 17 -.24.為什么有時會收到很遠的基站發(fā)射的電波- 17 -.25.信號中值電平及其統(tǒng)計特性- 18 -.26.接收靈敏度、最低功率電平和無線覆蓋區(qū)邊緣位置百分比的關系- 19 -.27.無線覆蓋區(qū)邊緣位置百分比和無線覆蓋區(qū)整區(qū)位置百分比的關系- 20 -.28.全鏈路平衡和最大允許路徑損耗- 21 -三室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)與器件相關概念介紹- 23 -.29.什么是室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)- 23 -.30.天線的定義及主要功能- 24 -.31.天線增益- 24 -.32.主瓣、副瓣和定向天線的前后比- 24 -.33.何謂“分集”？- 24 -.34.功分器- 26 -.35.定向耦合器- 26 -.36.3dB電橋- 27 -.37.濾波器- 27 -.38.頻段合路器- 27 -.39.應用功能對比：頻段合路器電橋功分器- 28 -四電磁干擾錯誤！未定義書簽。.40.電磁兼容（EMC）與電磁干擾（EMI）錯誤！未定義書簽。.41.無線電干擾的分類和定義錯誤！未定義書簽。.42.同頻干擾和同頻干擾保護比錯誤！未定義書簽。.43.鄰道干擾和鄰道選擇性錯誤！未定義書簽。.44.收信機的互調(diào)干擾響應錯誤！未定義書簽。.45.三階互調(diào)干擾的特點錯誤！未定義書簽。.46.收信機的雜散響應和強干擾阻塞錯誤！未定義書簽。.47.dBc與dBm錯誤！未定義書簽。.48.寬帶噪聲電平及歸一化噪聲功率電平錯誤！未定義書簽。.49.關于噪聲增量，系統(tǒng)容量和接收機的最大干擾容限錯誤！未定義書簽。.50.由發(fā)射機雜散輻射引起的最小隔離度的計算。錯誤！未定義書簽。.51.由阻塞干擾引起的最小隔離度的計算。錯誤！未定義書簽。.52.系統(tǒng)基站間最小隔離度如何保證？錯誤！未定義書簽。.53.IS-95 CDMA 對 GSM 基站的干擾錯誤！未定義書簽。一 基礎知識與基本概念.1. 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，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：（1） 模擬話音直接調(diào)頻；（2） 多信道共用和頻分多址接入方式；（3） 頻率復用的蜂窩小區(qū)組網(wǎng)方式和越區(qū)切換；（4） 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（5） 環(huán)境噪聲和多類電磁干擾的影響；（6） 無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推進相適應，數(shù)據(jù)業(yè)務很難開展；（7） 安全保密性差，易被“竊聽”，易被“仿制燒號”。.2. 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，以GSM, IS-95CDMA為主; PHS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：（1） 低速率話音編碼技術和數(shù)字調(diào)制；（2） 每載波多路、時分多址或碼分多址接入；（3） Rake接收機和自適應均衡技術；（4） 與固定網(wǎng)向數(shù)字化推進相適應，具有中低速數(shù)據(jù)承載業(yè)務能力；（5） 先進的開放的技術規(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；（6） 安全保密性強，不易“竊聽”，不易“仿制” ；（7） 有利于大規(guī)模集成。.3. 第三代移動通信系統(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)務和更好的頻譜利用率為目標，采用寬帶CDMA為主流技術，目前已形成兩類三種空中接口標準，即WCDMA - FDD（簡稱WCDMA）、WCDMA - TDD（簡稱TD-SCDMA）和CDMA2000。它的主要特點是：（1） 新型的調(diào)制技術，包括多載波調(diào)制和可變速率調(diào)制技術；（2） 高效的信道編譯碼技術，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；（3） Rake接收多徑分集技術以提高接收靈敏度和實現(xiàn)軟切換；（4） 軟件無線電技術易于多模工作；（5） 智能天線技術有利于提高載干比；（6） 多用戶檢測技術以消除和降低多址干擾；（7） 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，滿足各類用戶對話音及高、中、低速率數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。.4. 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，放開時才能接收，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”。而技術的進步和制造成本的下降，使雙工濾波器能夠滿足各類工作頻段的使用要求，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。當收信和發(fā)信采用一對頻率資源時，稱為“頻分雙工”（FDD）；而當收信和發(fā)信采用相同頻率僅以時間分隔時稱為“時分雙工”（TDD）?！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.5. 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為基準的功率分貝值，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為基準的功率分貝值，即：Pt（dBm）=10lg而因為 1W = 1000 mW所以 1 dBW = 30dBm.6. 接收機的熱噪聲功率電平（底噪）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。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。這個熱噪聲功率電平也稱為接收機的底噪，是計算接收機噪聲的基本參數(shù)。No= KT B（W） 接收機（中頻）帶寬 絕對溫度值 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，10lgB=53dBHz，No = 121dBm通常決定無線接收機靈敏度的主要器件是輸入射頻放大器和/或混頻器，因此，放大器的噪聲系數(shù)也同樣可用來衡量接收機靈敏度指標。放大器噪聲系數(shù)N = 最大可能信噪比是把信號源內(nèi)阻作為系統(tǒng)中唯一噪聲源時輸出端產(chǎn)生的信噪比，此時相當于負載開路狀態(tài)；實測信噪比即將放大器的噪聲與信號源內(nèi)阻相加作為噪聲源時輸出端產(chǎn)生的信噪比。所以N = 式中：kTB帶寬為B（Hz）時的熱噪聲 Ni 輸入端噪聲功率電平 Na 放大器內(nèi)部噪聲功率電平 g 放大器放大量以輸入電動勢表示的靈敏度（e）與N的關系可以表示為： e = 式中：R為輸入阻抗（50） N為接收機噪聲系數(shù) B為噪聲帶寬（通常即接收機的中頻帶寬） C/N：為門限載噪比（通常與數(shù)據(jù)速率有關）在工程設計中，通常僅需知道接收機輸入端(開路)的信號功率Pi（dBm）即Pi（dBm）= = = -174（dBm）+10lgB+ N（dB）+C/N對于G網(wǎng)，當B=200KHz N=5dB C/N=12dB時Pi（dBm）= -174+53+5+12 =-104 dBm.7. 接收機靈敏度無線接收機的靈敏度是接收弱信號能力的量度，通常用v、dBv、dBmW表示；接收機的靈敏度是一個系統(tǒng)指標, 它不僅取決于接收機射頻通道的性能(噪聲系數(shù)和帶寬), 而且與基帶單元的解調(diào)性能(門限及算法)有關.; 外加噪聲對接收機的影響主要是在射頻通道引入了一個加性白噪聲.接收機的靈敏度指標標稱值通常是在靜態(tài)（實驗室屏蔽房內(nèi)）條件下，為獲得規(guī)定的終端通話質(zhì)量（如C/N=18 dB或FER=110等），在接收機輸入端輸入的電壓電平（v和dBv）或功率電平（dBm）。.8. 三階互調(diào)干擾當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系的無用信號時，由于收信機前端電路的非線性，當無用信號足夠大時，也將產(chǎn)生互調(diào)干擾響應。如圖，特殊頻率關系是指兩者間隔相等（f）。當然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，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。收信機的三階互調(diào)干擾相應將折算為同頻干擾處理，其產(chǎn)物也應滿足系統(tǒng)組網(wǎng)所要求的載干比（例如G網(wǎng)為12dB）。我們可以列出2G和3G各系統(tǒng)之間的可能產(chǎn)生的三階互調(diào)干擾頻率組合表。2G/3G三階互調(diào)干擾頻率組合表NO第一干擾信號（DL/TX）第二干擾信號（DL/TX）第三干擾信號（DL/TX）被干擾接收頻率（UL/RX）1C800G1800(M)G1800(U)C8002C800G1800(U)PHSC8003G900(M)G1800(M)PHSC8004C800G1800(M)G1800(U)G900(M/U)5G900(M/U)G1800(M)G1800(U)G900(M/U)6G900(M)G1800(U)PHSG900(M)7C800G900(U)G1800(M)G1800(M)8C800G900(M)G1800(M)G1800(U)9C800G900(U)G1800(U)G1800(U)10G1800(M)G1800(U)PHSG1800(U)11C800G900(U)G1800(M)PHS12C800G900(M)G1800(U)PHS13C800G900(M/U)G1800(U)WCDMA(19201940)14C800G900(M)PHSWCDMA(19551980)15G1800(M)G1800(U)PHSWCDM(19201955)16G1800(M)PHSG1800(M)17G1800(U)PHSWCDMA(19501980)例一：表中第四項為三階II型互調(diào)第一干擾信號，C800下行：870880MHz第二干擾信號，G1800（M）下行：18051820MHz第三干擾信號，G1800（U）下行：18401850MHz可計算得：1850-1805+870=915MHz1840-1820+880=900MHz1840-1820+870=890MHz等被干擾接收頻率恰巧位于G900（M/U）整個上行頻段（890915MHz）內(nèi)。例二：表中第六項也為三階II型三個干擾信號分別為：G900（M）下行：935954MHzG1800（U）下行：18401850MHzPHS：18901910MHz而935-(1890-1850)=895MHz954-(1900-1850)=904MHz恰與G900(M)上行頻段890909MHz相同。例三：表中第16項為三階I型二個干擾信號分別為G1800（M）下行：18051820MHzPHS：18901910MHz而21805-1900=1710MHz21815-1905=1725MHz恰與G1800(M)上行頻段17101725MHz重疊。.9. 三階互調(diào)干擾的特點三階互調(diào)干擾的第一個特點是將發(fā)信頻譜擴大了三倍。如G網(wǎng)，基站發(fā)信頻段為935960MHz(25MHz帶寬)則因為：可見，其可能的三階互調(diào)產(chǎn)物帶寬為75MHz，是主信號頻段的三倍，由此可見，系統(tǒng)工作頻帶愈寬，互調(diào)干擾的危害性也越大，據(jù)此特點，我們在分析互調(diào)干擾時，應該按運營商的實際工作頻段來分析，而不應將該網(wǎng)的整個頻段為基礎來分析。如對G網(wǎng)，我們應將其拆分為G900（M）和G900(U)來分析，前者下行發(fā)信為935954MHz,而后者下行發(fā)信為954960MHz。據(jù)此，我們在上題中列出2G和3G各系統(tǒng)之間的可能產(chǎn)生的三階互調(diào)干擾頻率組合表。三階互調(diào)干擾的第二個特點是三階互調(diào)產(chǎn)物以三倍（dB）數(shù)增加，在功放特性曲線的線性段內(nèi)，當輸入信號增加XdB時，輸出信號也增加XdB；而三階互調(diào)產(chǎn)物卻增加了3XdB,信號與三階互調(diào)產(chǎn)物相對電平則應增加2XdB。在工程上，對互調(diào)產(chǎn)物的量化表示有多種簡稱，可以歸納為：IMP3或IP3：指三階互調(diào)產(chǎn)物的絕對值電平（dBm），通常應標明測試功率，如果未標明，則指1dB壓縮點處的互調(diào)電平。IM3：指三階互調(diào)產(chǎn)物的相對電平（dBc），即功率與互調(diào)產(chǎn)物的相對電平差。OIP3：指截獲點的互調(diào)產(chǎn)物電平（dBm）Po：即額定輸出功率（dBm）這里，還必須強調(diào)指出的是，任何互調(diào)產(chǎn)物的電平與輸出功率密切相關，所以互調(diào)指標必須標明測試功率，反之，一旦知道某功率電平下的互調(diào)產(chǎn)物，就可以對該放大器的非線性程度一目了然。三階互調(diào)干擾的第三個特點是互調(diào)產(chǎn)物對接收系統(tǒng)的影響應按被干擾系統(tǒng)的多址方式?jīng)Q定。（a） 當被干擾系統(tǒng)是頻分多址和時分多址系統(tǒng)時，三階互調(diào)產(chǎn)物應按同頻干擾保護比要求來滿足，即：對于G網(wǎng)，應至少比信號低12dB(無跳頻時)對于PHS網(wǎng)，應至少比信號低17dB。（b） 如果被干擾系統(tǒng)是碼分多址系統(tǒng)，則其三階互調(diào)產(chǎn)物也應滿足被干擾系統(tǒng)的最大干擾容限的要求，即噪聲惡化不大于0.8dB為準。（c） 來自工，科，醫(yī)等非無線電設備的干擾：此類非無線電設備的干擾大多產(chǎn)生帶外寬帶噪聲或強信號阻塞，可與（b）種情況合并討論。.10. dBc與dBm在第6題中，我們已經(jīng)闡明了dBm或dBW都是用分貝數(shù)表示的絕對功率電平值，它以1mW或1W功率電平為基準。通常，發(fā)信機的雜散輻射，鄰道輻射和互調(diào)輻射功率電平可以用絕對值（dBm）來表示，也可以用相對值（dBc）來表示。例如：某發(fā)信機額定功率電平為30dBm，其雜散輻射電平為-70dBc，且絕對值不應大于-36dBm，該項指標表明：雜散輻射絕對電平為30 dBm-70 dB=-40 dBm且滿足絕對值不大于-36dBm的要求。又如：GSM與PHS系統(tǒng)的發(fā)射功率與下行雜散輻射功率如下表所示GSMPHS下行發(fā)射功率+43dBm+36dBm下行雜散輻射1GHz 36dBm帶內(nèi) 103dBm1GHz 30dBm-90dBc表明：GSM的下行雜散輻射功率在1GHz頻段內(nèi)為36dBm，在1GHz頻段內(nèi)為30dBm，相對于載波功率，也可分別表示為-79 dBc和-73dBc，而PHS則用相對功率電平表示為-90 dBc，計算時可以折成絕對電平：+36 dBm-90 dBc=-54dBm。.11. 信噪比、帶寬和信道容量香農(nóng)定律香農(nóng)（shannon）信道容量公式可以用來論證信噪比，信道帶寬和信道容量之間的關系，即：式中，C是給定信號速率條件下的最大容量 B是傳輸帶寬 Pr為載頻功率，它是距離d的函數(shù) N為接收機射頻輸入端的噪聲功率由于Pr隨距離d的增大而降低；故信道容量也將隨著距離d的增大而減小。對于G網(wǎng)，當載/噪比為12dB時，其最大信號速率應為而同樣的信號速率，對于傳輸帶寬已擴頻至1.2288MHz的IS-95C網(wǎng)而言，其載噪比可以低至-6dB。通常香農(nóng)公式中的噪聲是指高斯白噪聲。香農(nóng)公式告訴我們，當傳輸帶寬與載噪比確定以后，能傳輸?shù)淖畲笮盘査俾室簿痛_定，因而限制了信道容量。若要增加信道容量，則可以增加傳輸帶寬或者提高載噪比來達到。.12. 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，當采用半波偶極天線時，輸入電壓A與接收場強E之間的關系為： A（dBv）= E（dBv/m）-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G即可對于移動通信系統(tǒng)，按慣例是以電動勢（開路電壓）作為靈敏度指標值。因此，其電壓與功率的換算應為：P= 當R=50時 Pi = A137（dBW）或 = A107（dBm）。.13. MIMO（多入多出）技術不言而喻，頻率資源始終是遏制無線通信發(fā)展的瓶頸，因此如何充分利用有限的頻率資源，提高頻譜利用率，始終是通信界研究的熱點課題。近幾年研究證明，MIMO（多入多出）技術非常適用于城市復雜傳播環(huán)境下寬帶移動通信的使用，其在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可達bit/s/Hz; 比傳統(tǒng)的第和第代系統(tǒng)的頻譜效率提高倍。MIMO系統(tǒng)在技術上是將多徑反射作為一個有利因素加以利用。通常，移動環(huán)境下的多徑快衰落被視為有害因素，但隨著載頻頻率的提高，其波長相對于空間路徑差更小，當多天線接收機利用先進的空時編碼處理時能夠分清并解碼這些因多徑引起的數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射，接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率，這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾抵消處理技術。MIMO技術必將成為第四代移動通信系統(tǒng)實現(xiàn)高速率、大容量、寬帶多媒體服務的核心技術之一。.14. 智能天線是怎么回事？智能天線系統(tǒng)是以陣列天線和實時自適應信號處理算法為基礎，能夠從多個路徑信號和干擾信號中把有用信號區(qū)分出來，自動地產(chǎn)生多個窄波束方向圖，把主瓣指向不同的移動臺用戶，并自動抑制干擾方向的副瓣電平。智能天線所具有的這種精確跟蹤能力和干擾抑制能力特別適用干擾自限的碼分多址系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)容量。智能天線使用后將有以下優(yōu)點：（1） 智能天線波束成型的結(jié)果等效于天線增益的提高，從而提高了接收靈敏度。（2） 智能天線的波束成型算法可以克服多徑衰落引起的性能惡化，并利用了多徑能量改善系統(tǒng)性能。（3） 智能天線波束成型以后，大大降低位于零點附近的干擾信號，使多用戶干擾問題緩解，同時小區(qū)間的干擾也大大減少。（4） 智能天線獲取的上行信息可用于實現(xiàn)用戶定位。（5） 智能天線使用多個小功率發(fā)射及代替大功率發(fā)射機，提高了設備的可靠性并降低了成本。（6） 智能天線具備定位和跟蹤用戶終端的功能，從而可以自適應地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)以滿足業(yè)務要求，并實現(xiàn)信道的動態(tài)分配。（7） 智能天線根據(jù)上行定位信息可以一次性地完成用戶的接力切換，避免了頻繁的軟切換以及大量無線資源的占用，提高了通信質(zhì)量、系統(tǒng)容量和效率。（8） 智能天線在發(fā)射功率和接收抗干擾方面的優(yōu)勢，相當于在同樣功率情況下，覆蓋范圍的增加，降低了建網(wǎng)投資。二 電波傳播基礎理論.15. 陸地移動通信中無線電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，衰落信號的平均強度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)境噪聲的嚴重影響。通常，隨距離增大而衰落的平均強度用電波傳播的路徑（中值）損耗表示。.16. 路徑（中值）損耗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，與收發(fā)天線的高度有關，也與地形地貌有關。各類場強預測模式都是人工模型，就是以某些特定的地形為基礎，經(jīng)過大量測試及計算機模擬分析以后提出的參考標準，隨后再加以修正。當工作頻率確定以后，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=K+ n lg+CK 當d = d時的路徑(中值)損耗，d即為斷點n 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.17. 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，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，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：（1） 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；（2） 利用快速功控和（接收和/或發(fā)信）分集緩解功率損失；（3） 使用多個Rake接收指峰進行多徑分集接收，更好地集中能量。.18. 慢衰落遵循什么分布規(guī)律？基本特征及對工程設計參數(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，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小于隨地形的慢變化，因而通常在工程設計中忽略了隨時間的慢變化，而僅考慮隨地形的慢變化。慢衰落的速率與頻率無關，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。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)國際電聯(lián)的相關推薦數(shù)據(jù)進行比較選擇而定。.19. 移動通信中的多普勒頻移移動通信中的多普勒（Doppler）效應是由于接收端的移動用戶高速運動引起傳輸頻率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動的速度成正比。如圖（）所示，當移動體以速度V前進時，如果接收電波傳播方向與其成夾角，則移動體所接收的信號強度可用下式表示：式中：，為波長式中一個附加的頻率成份即由于多普勒效應而引起的其頻率為：而為最大多普勒頻移多普勒頻移可以為正值，也可為負值，取決于入射角圖（b）所示為前進方向有阻擋物引起反射而出現(xiàn)駐波的情況。當靠近移動體的阻擋物也是移動體時，接收信號強度及其多普勒頻移將取決于阻擋物速度及反射角的具體情況。.20. 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)和相對磁導率均恒為1的均勻介質(zhì)所存在的空間，這相當于一個真空的空間，在360的球體具有各向同性，電導率為零等特性。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）需要指出, 對于自由空間以及下面以平面大地理論為基礎的各類人工模式, 其適用條件是: d 5(hb+hm).21. 2G系統(tǒng)的宏小區(qū)傳播模式國際電聯(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：30200mh：110m d：120km h以1.5m為基準對于中小城市(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f300MHz(hm) =3.2lg（11.75 h）-4.97 （dB） 當f 300MHz.22. 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，歐洲科學和技術研究協(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：15002300MHz h：30200mh：110m d：120km.23. 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▊鞑ニズ牡挠绊憽Ｈ鐖D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況下COST231WI模型由三項組成L=+式中，為自由空間損耗，即=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。 -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 -18log1+ 0 54 54-0.8 d0.5km， 54-0.8d/0.5 d0.5km， 18 18-15/ 0.7（f/925）-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（）+40log（） 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。.24. 室內(nèi)傳播模式同樣，室內(nèi)傳播模式也有多種版本，我們推薦從歐洲無繩電話（1.9GHz）演繹的一個試驗模型，可以用于室內(nèi)多層環(huán)境，即MotelyKennan模型，其公式為：L=L（d）+10lg+式中，L（d）表示參考點（1m）處的路徑損耗，為衰減斜率，N、N分別表示信號穿過不同類型的墻和地板的數(shù)目，L、L則是對應的損耗因子，J、I分別表示各種墻和地板類型數(shù)目。模型提出者給出的建議值是：L（d）=37 dBL = 20 dB（對所有地板）L = 3 dB（對所有墻體） = 2如果電波需穿透一層地板和二堵墻體的話，則L=37+20lgd+20+23=63+20lgd（dB）誠然，在實際工程中，還是需對地板和墻體的衰耗根據(jù)實際結(jié)構(gòu)材質(zhì)進行一些修正。.25. 為什么有時會收到很遠的基站發(fā)射的電波我們可以得到一個基本信息就是通常情況下幾公里或者十幾公里后電波傳播將被衰減到相當?shù)偷碾娖?，這也使蜂窩小區(qū)頻率復用技術成為可能。但在實際環(huán)境中，有時往往還可以收到上百公里以外的信號，構(gòu)成同頻干擾，這是為什么呢？以平面大地理論為基礎的傳播模型將地球半徑等效用K表示，K稱為等效地球半徑因子。式中，為介電常數(shù)為介電常數(shù)隨高度h的變化率根據(jù)相關國際組織的測定，在“標準大氣”條件下，為-7.910-8/m，代入上式可求得K=4/3。但對于非標準大氣的狀況，K值有很大變化，如下表所示K 值 表傳 播 情 況最佳理想一般較壞壞氣象標準大氣無表面層，亞標準，薄霧有表面層水面上有霧，濕氣或無霧地面霧典型溫帶，無霧，無大氣波導，大氣混合很好的白天或晚上干燥，山區(qū)，無霧平地，溫和，有些霧海岸海岸，水面，熱帶K值1.3311.330.661.00.660.50.50.4* 本表對99.9%99.99%的路徑可靠由上述公式不難發(fā)現(xiàn)：當K1時，為正折射，射線朝地球方向彎曲；當K1時，為負折射，射線背地球方向彎曲。也就是說，當某地出現(xiàn)濃霧時，射線將背地面方向上翹，本地移動通信變壞；如果周邊地區(qū)恰好為晴天的話。射線會朝向地面彎曲，好像是一個基站天線被拉高以后再向遠處傳播。這樣就會造成上百公里以外的兩地可以收到同頻信號的情況。當然，這種情況出現(xiàn)是可能的，但帶有絕大的偶然性。.26. 信號中值電平及其統(tǒng)計特性一般中值的定義是：在給定的短時間和短區(qū)間內(nèi)，有50%時間的電平超過某個數(shù)值時，該數(shù)值就稱為電平中值；顯然，中值的概念是在統(tǒng)計意義上標志了信號的強弱，它可以按地型地貌采用不同人工模型計算。目前使用的路測儀或測試手機所顯示的接收電平應該是短時間和短區(qū)間的電平中值。無論等電平位置區(qū)或者同一位置不同時間所測得的接收電平都應該是一組符合對數(shù)-正態(tài)分布規(guī)律的數(shù)據(jù)。下面一組數(shù)據(jù)來自于某一測試手機，該手機置于桌面，周圍有少量人員走動，約半小時內(nèi)測得的信號電平(dBm)為： -80 -81.5 -79.8 -79.6 -79.5 -83 -80.5 -80.7 -80.9 -79.9 -80.6 -80.4 -80.2 -78.2 -79.3 -81 -80.5 -80.3 -80.3 -80.1 這是一組反映時間偏差的典型統(tǒng)計數(shù)據(jù)按照對數(shù)-正態(tài)分布的規(guī)律,我們可以從上述數(shù)據(jù)中得出該位置的信號中值電平及其時間偏差.上列祥本共有20個取值,將最高的三個數(shù)(紅色的,占16%)剔除,余下的17個數(shù)值作算術平均即為該位置在該時段的中值電平(-80.7dBm)；當然祥本數(shù)據(jù)愈多結(jié)果將愈精確。該中值與17個數(shù)值中最高的差值即為時間偏差-80.7dBm-(-79.6dBm)=1.1dB.上述統(tǒng)計特性也告訴我們，著眼于某點位置的測試值與理論計算值（或仿真模擬）間的誤差是沒有多大的實際意義的。應該注意的是只要測試值在之間都應認為是合理的。值根據(jù)不同地形特征由實測得到，也可根據(jù)國際電聯(lián)的相關推薦數(shù)據(jù)進行比較選擇而定。室內(nèi)環(huán)境中如取5dB，則當覆蓋區(qū)邊緣可通率為90%時，其位置波動范圍為1.28，約6.4dB；當覆蓋區(qū)邊緣可通率為95%時，其位置波動范圍為1.64，約8.2dB；也就是說，如果工程要求-75dBm（邊緣可通率95%），則意味著其信號電平的位置波動范圍為-83.2dBm -66.8dBm；如果工程要求-75dBm（邊緣可通率90%），則意味著其信號電平的位置波動范圍為-81.4dBm -68.6dBm。同理，如果工程要求覆蓋區(qū)邊緣信號電平為-75dBm，既使位置不移動，隨時間而波動也會使信號電平變化，如以上列計算的時間偏差1.1dB.來算，其信號電平的時間波動范圍也應是-76.1dBm -73.9dBm。.27. 接收靈敏度、最低功率電平和無線覆蓋區(qū)邊緣位置百分比的關系通常，在進行項目設計時，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)有關的技術指標主要是： 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)之間的關系可用下式表示：P=S+d+xS接收機靈敏度指標值（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信號電平，通常用功率電平（dBm）表示。當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)余量的關系見下圖：當系統(tǒng)余量為0時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為50當系統(tǒng)余量為時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為84當系統(tǒng)余量為2時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為97當系統(tǒng)余量為3時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為99.7當系統(tǒng)余量為1.28時，覆蓋區(qū)邊緣可通概率為90例如：G網(wǎng)接收機靈敏度為-102 dBm，環(huán)境惡化量為9dB，當陰影衰落偏差為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為：P=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。.28. 無線覆蓋區(qū)邊緣位置百分比和無線覆蓋區(qū)整區(qū)位置百分比的關系覆蓋區(qū)可通率是衡量整個覆蓋區(qū)整個覆蓋區(qū)范圍內(nèi)進行滿意通話（誤碼率指標達到規(guī)定要求）的成功概率。它與覆蓋區(qū)邊緣的通信概率有何關系呢？通過誤差函數(shù)，可由邊緣可通概率得出覆蓋區(qū)可通概率。現(xiàn)將誤差函數(shù)介紹如下：如下圖，設在半徑為Ro的圓內(nèi)，有效覆蓋區(qū)（可通信區(qū)）的面積為Fu，而P（xPmin）是在一個逐漸增加的環(huán)形面積dA內(nèi)接收信號小段中值電平xPmin的概率，則有：假定在接收區(qū)內(nèi)信號電平md按r-n規(guī)律衰減，n為衰減指數(shù)，略去繁瑣的數(shù)學推導，可以將其結(jié)果示于下圖中，圖中以/n為橫坐標，以rRo的環(huán)形區(qū)域dA內(nèi)的邊緣通信概率P（Ro）為參變量，可算得一組曲線。只需給定n和值，就可以根據(jù)覆蓋區(qū)邊緣可通信概率確定相應的區(qū)內(nèi)通信概率。無線覆蓋區(qū)的區(qū)內(nèi)通信概率示意圖小區(qū)邊界上信號高于門限的總區(qū)域百分比于信號高于門限的概率的關系曲線整個覆蓋區(qū)可通概率可以根據(jù)覆蓋區(qū)邊緣可通概率用一個誤差函數(shù)積分求得，隨陰影損耗偏差和衰減指數(shù)n而變，如下圖：接收靈敏度、最低功率電平與覆蓋區(qū)位置百分比關系.29. 全鏈路平衡和最大允許路徑損耗由于無線覆蓋區(qū)工程設計涉及諸多參數(shù)，且上、下行也有較大區(qū)別，因此，在無線覆蓋區(qū)設計中需進行全鏈路預算，其目的主要是： 驗證鏈路參數(shù)設置的合理性； 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（同等的QOS）鏈路的平衡問題。通常鏈路平衡預算是將各類參數(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（中值）損耗下表以WCDMA一個實例給出144kbps實時