無線室分基礎(chǔ)知識(shí)

1、 - 7 -一 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)與器件相關(guān)概念介紹.1. 什么是室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)是針對(duì)室內(nèi)用戶群，用于改善建筑物內(nèi)移動(dòng)通信環(huán)境的一種成功的方案，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)原理是利用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動(dòng)基站的信號(hào)均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋。室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)近幾年在全國各地的移動(dòng)通信運(yùn)營商中得到了廣泛應(yīng)用。需要室內(nèi)覆蓋的地方Ø 室內(nèi)盲區(qū)大型建筑、停車場(chǎng)、辦公樓、賓館和公寓等。Ø 話務(wù)量高的大型室內(nèi)場(chǎng)所 車站、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、體育館、購物中心等，增加微蜂窩建立分層結(jié)構(gòu)。 Ø 發(fā)生頻繁切換的室內(nèi)場(chǎng)所   高層建筑的頂部，收到多個(gè)基站的功

2、率近似的信號(hào)。 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的功能 v 覆蓋方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了無線電波較大的傳輸衰耗，形成了移動(dòng)信號(hào)的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)甚至盲區(qū); v 容量方面，建筑物諸如大型購物商場(chǎng)、會(huì)議中心，由于移動(dòng)電話使用密度過大，局部網(wǎng)絡(luò)容量不能滿足用戶需求，無線信道發(fā)生擁塞現(xiàn)象; v 質(zhì)量方面，建筑物高層空間極易存在無線頻率干擾，服務(wù)小區(qū)信號(hào)不穩(wěn)定，出現(xiàn)乒乓切換效應(yīng)，話音質(zhì)量難以保證，并出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。室內(nèi)分布系統(tǒng)的分類n 按信號(hào)源的不同，室內(nèi)分布系統(tǒng)可分為（微、宏）蜂窩室內(nèi)分布系統(tǒng)和直放站室內(nèi)分布系統(tǒng)。n 按所采用設(shè)備的不同，室內(nèi)分布系統(tǒng)也可以分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。n 按分布方式不同， 室內(nèi)分布系

3、統(tǒng)分為同軸電纜系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)和泄漏電纜系統(tǒng)特 點(diǎn) 蜂窩分布系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)穩(wěn)定、可靠，通信質(zhì)量好；缺點(diǎn)是建設(shè)周期較長(zhǎng)，一次性投資大，還要解決傳輸線路等問題。因此蜂窩系統(tǒng)大多應(yīng)用于星級(jí)酒店、高級(jí)寫字樓等比較大型的室內(nèi)建筑。 直放站分布系統(tǒng)（包括同頻、光纖、移頻直放站作為信號(hào)源）的優(yōu)點(diǎn)是投資省、安裝方便快捷，可以很快解決信號(hào)弱和盲區(qū)問題；缺點(diǎn)是無法解決話務(wù)量問題。因此直放站系統(tǒng)大多應(yīng)用于小型酒店、小型娛樂場(chǎng)所等規(guī)模較小的室內(nèi)建筑n 無源系統(tǒng)主要由無源器件組成，設(shè)備性能穩(wěn)定、安全性高、維護(hù)簡(jiǎn)單。n 有源系統(tǒng)是指當(dāng)覆蓋范圍比較大，饋線傳輸距離比較遠(yuǎn)時(shí)，需增加干線放大器補(bǔ)償信號(hào)損耗，達(dá)到理想的強(qiáng)度和覆蓋

4、效果。n 同軸電纜分布式系統(tǒng)采用同軸電纜傳輸，將射頻信號(hào)傳輸?shù)浇ㄖ飪?nèi)部各個(gè)地方。n 光纖分布系統(tǒng)利用光纖將信號(hào)引入，進(jìn)入建筑物以后采用同軸電纜傳輸。因此光纖分布系統(tǒng)是用于大面積、遠(yuǎn)距離復(fù)雜區(qū)域的室內(nèi)覆蓋。n 泄漏電纜系統(tǒng)不需要室內(nèi)天線，在電纜通過的地方，信號(hào)即可泄漏出來，完成覆蓋。泄漏電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)安裝方便，但造價(jià)高，對(duì)電纜的性能要求高，使用較少。.2. 天線的定義及主要功能（1）天線的定義：能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。（2）天線的功能：Ø 能量轉(zhuǎn)換-導(dǎo)行波和自由空間波的轉(zhuǎn)換；Ø 定向輻射（接收）-具有一定的方向性

5、。.3. 天線增益系指天線在某一規(guī)定方向上的輻射功率通量密度與參考天線（通常采用理想點(diǎn)源）在相同輸入功率時(shí)最大輻射功率通量密度的比值。當(dāng)用理想點(diǎn)源作為參考天線時(shí)，所得增益往往被稱為天線的絕對(duì)增益，用dBi來表示；而當(dāng)用半波振子作為參考天線時(shí)，所得增益稱為天線的相對(duì)增益，用dBd表示，兩種換算單位相差2.15dB，即 0dBd=2.15dBi。天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄，天線長(zhǎng)度或?qū)挾仍酱蟆?4. 主瓣、副瓣和定向天線的前后比觀察天線輻射的方向性圖，可以發(fā)現(xiàn)在360°范圍內(nèi)，有許多波束，我們將天線的輻射能量主要集中于內(nèi)的一個(gè)波束稱為主波束或主瓣。主瓣以外的所有波瓣通

6、稱副瓣或旁瓣，副瓣能量增加時(shí)，天線的定向性降低，也更易受干擾。主瓣與副瓣、旁瓣之間能量突降的位置稱為零點(diǎn)。零點(diǎn)是電場(chǎng)矢量相位變化的結(jié)果。設(shè)計(jì)合適的零點(diǎn)位置可以對(duì)抗干擾。與主瓣指向相差180°位置的副瓣稱為背瓣或后瓣，移動(dòng)通信中是將180°±30°區(qū)域內(nèi)所有副瓣的最大電平定義為背瓣電平，主瓣電平與背瓣電平的比值稱為前后比。在主瓣方向，與最大電平相差3dB（指左右兩邊）的夾角稱為半功率波束寬度，通常移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站天線的水平面半功率波束寬度設(shè)計(jì)為65°或90°，甚至更窄而用于扇形覆蓋區(qū)。.5. 何謂“分集”？眾所周知，移動(dòng)通信的傳播信道

7、是一個(gè)典型的變參信道，特別由于移動(dòng)端天線高度和環(huán)境的影響，在收發(fā)之間通常是一條非視距（NLOS）的傳播鏈路，無線電波的信號(hào)將受多徑衰落和陰影衰落的嚴(yán)重影響。按照慣性思維，在衰落存在時(shí)，欲保持通信質(zhì)量，可以加大發(fā)射功率。但是，加大發(fā)射功率不但有許多困難和限制，實(shí)際上也不是解決問題的好辦法。通過天線采用分集技術(shù)則可以較好地克服信號(hào)衰落，改善通信質(zhì)量的技術(shù)。分集原理：用多種可能的途徑采樣接收信號(hào)，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行組合或分類，以選擇最好的信號(hào)。如果多個(gè)接收信號(hào)不相關(guān)，通?？偸强梢垣@得較好的接收信號(hào)，從而對(duì)抗多徑帶來的快速衰落。分集技術(shù)原理分集技術(shù)可以通過上圖加以描述：有二種途徑采集到接收信號(hào)1#和信

8、號(hào)2#，假設(shè)兩信號(hào)的來源不相關(guān)，則可以認(rèn)為信號(hào)1#和信號(hào)2#通常不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)快速衰落。因此任何時(shí)候總能在信號(hào)1#和信號(hào)2#之中選擇一個(gè)較大信號(hào)作為接收信號(hào)，從而對(duì)抗多經(jīng)衰落。分集技術(shù)有時(shí)間分集，頻率分集，空間分集和極化分集等，在移動(dòng)通信天線中使用的是空間分集和極化分集，通常在基站天線的上行接收時(shí)采用。由于移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率有限，而基站天線的發(fā)射功率較大，導(dǎo)致移動(dòng)通信系統(tǒng)上、下行鏈路的信號(hào)電平失衡?；咎炀€采用上行接收分集，可以獲得額外的分集增益，從而平衡了系統(tǒng)的上、下行鏈路信號(hào)。空間分集：如果兩個(gè)接收天線的間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，它們的接收信號(hào)可以認(rèn)為是不相關(guān)的。把兩個(gè)天線連接到一個(gè)多輸入的接收機(jī)中，

9、通過合適的矢量運(yùn)算，選擇出最好的接收信號(hào)或合成信號(hào)，通常能使接收增益提高35dB，從而不改變發(fā)射功率，使上下行到達(dá)平衡，并對(duì)抗多經(jīng)衰落。空間分集結(jié)構(gòu)如下圖所示。在每個(gè)天線扇區(qū)布置2付垂直極化天線，其中一付天線處于收/發(fā)雙工，另一付僅接收。為了得到較好的上行分集增益，理論分析和實(shí)際使用表明，天線之間的距離d應(yīng)該大于10個(gè)工作波長(zhǎng)。對(duì)于GSM900MHz頻段來說，距離d在3米以上為好。實(shí)際距離d的選取還與天線的架高有關(guān)，分集增益的效果也與來波的角度有關(guān)?？臻g分集方案極化分集：兩個(gè)極化相互正交的信號(hào)是互不相關(guān)的，因此，可以設(shè)計(jì)出極化相互正交的兩付天線，布置于同一天線罩內(nèi)，來自它們的接收信號(hào)可以認(rèn)為是

10、互不相關(guān)的。把兩個(gè)天線連接到一個(gè)多輸入的接收機(jī)中，通過合適的矢量運(yùn)算，同樣可以選擇出最好的接收信號(hào)或合成信號(hào)，多數(shù)場(chǎng)合也能使接收增益提高35dB，從而達(dá)到分集并對(duì)抗多經(jīng)衰落的目的。 極化分集方案據(jù)統(tǒng)計(jì)，空間分集與極化分集對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境所獲得的增益如下表 應(yīng)用環(huán)境極化分集增益（dB）空間分集增益（dB）密集建筑區(qū)（室內(nèi)）3.75.0密集建筑區(qū)（室外）4.73.3一般城鎮(zhèn)（室內(nèi)）4.03.7一般城鎮(zhèn)（室外）5.74.7農(nóng)村2.75.3.6. 功分器功分器是一種將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出相等能量的器件，也可反過來將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)也可稱為“功率”合路器。功分器通常為能量的等值

11、分配，通過阻抗變換線的級(jí)聯(lián)與隔離電阻的搭配，具有很寬的頻帶特性。功分器基本分配路數(shù)為2路、3路和4路，通過它們的級(jí)聯(lián)可以形成多路功率分配。 功分器關(guān)鍵指標(biāo)之一為插入損耗，即器件直通損耗，其計(jì)算公式為所有路數(shù)的輸出功率之和與輸入功率的比值，或單路的實(shí)際直通損耗減去理想的分配損耗，一般理想分配損耗由下式獲得：理想分配損耗（dB)=10log(1/N) ，其中N為功分器路數(shù)。功分器正常的損耗如下表：功分器種類插損分配損耗總損耗二功分0.2533.25三功分0.34.85.1四功分0.566.5.7. 定向耦合器定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的本質(zhì)是將微波信號(hào)按一定的比例進(jìn)行功率分配

12、，在無內(nèi)負(fù)載時(shí)，定向耦合器往往是一四端口網(wǎng)絡(luò)。主要技術(shù)指標(biāo)有方向性、隔離度、耦合度、插入損耗。耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，耦合端輸出功率與輸入端功率之比。 耦合損耗：由于一定能量傳輸?shù)今詈隙硕鹬蓖ǘ溯敵龉β蕼p小：耦合度(dB)-5-10-15-20-30耦合損耗(dB)1.6510.4580.140.0440.004隔離度：當(dāng)輸入端接匹配負(fù)載時(shí)，輸出口與耦合口之間的隔離。方向性：當(dāng)功率在指定方向上傳輸時(shí)，耦合端口的輸出功率與同樣功率在相反方向傳輸時(shí)同一耦合端口的輸出功率之差。 方向性隔離度耦合度例如:6dB的隔離度是38dB，耦合度實(shí)測(cè)是6.5dB，則方向性隔離度耦合度386.5=31.5dB.8. 3dB電橋d電橋是定向耦合器的一種，也叫同頻合路器，它能夠沿傳輸線路某一確定方向上對(duì)傳輸功率連續(xù)取樣，能將一個(gè)輸入信號(hào)分為兩個(gè)互為等幅且具有90°相位差的信號(hào).9. 濾波器濾波器是一種雙端口網(wǎng)絡(luò)，它最基本的應(yīng)用就是抑制不需要的頻率信號(hào)，讓需要的頻率信號(hào)通過在微波系統(tǒng)中起頻率選擇的作用。主要可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。.10. 頻段合