移动通信信号室内覆盖原理及工程设计 第1章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
天线的方向图是表征天线辐射特性（功率和场强）与空 间角度关系的图形。完整的方向图是一个三维的空间图形， 它是以天线相位中心为球心（坐标原点），在远场半径r足 够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。三维空间 方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面 和垂直面（即XY平面和XZ平面）的方向图。
PL(d)=32.45+20lgd+20lgf （1.6）
其中，d为收发天线间的距离，单位为km；f为工作频率，单 位为MHz 需要注意的是，Keenan-Motley室内传播模型中没有包含衰落 余量，在进行链路预算时，需另行增加。
3.自由空间附加衰减损耗模型 自由空间附加衰减损耗模型公式为
（1.7）
其中，PL（d0）是指参考距离为d0的自由空间的路径损耗，通 常参考距离取1m；β为距离损耗因子，由多种因素组成，一般 取值范围为0～2dB/m；d为移动台与发射机天线之间的距离， 单位为m；CL为穿墙穿透损耗，单位为dB。
同样地，自由空间附加衰减损耗模型中没有包含衰落余量，
由于室内传播非常复杂，预测出的场强和实际测量值存在 一定偏差，因此工程设计时需用实测值对传播模型进行修正。
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和 磁场在空间中是相互垂直的，同时也都垂直于传播方向。无 线电波和光波一样，它的传播速度与传播媒质有关。无线电 波在真空中的传播速度等于光速（c=3×108m/s)，在媒质中 的传播速Biblioteka Baidu为
(1.1)
其中，ε 无线电波的波长、频率和传播速度的关系为
(1.2)
通常，天线在空间各个方向的辐射并不是均匀的，也就 是说天线具有方向性。图1.4分别为一个半波振子天线和多 个半波振子叠加组成天线的辐射方向示意图。
图1.4 一个半波振子及多个半波阵子叠加后的辐射方向图
1.2.3 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的大部分能量
向所需的方向辐射出去，天线的这种方向特性可以用天线方
欧美各国、日本等一些西方国家常常把部分微波波段分 为L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或称子波段），具体 如表1.2所示。
国际电信联盟(ITU)以及各国无线电主管部门为移动业 务划分和分配了多个频段，考虑到无线电波传播的特点，移 动业务使用的频段主要在3GHz以下。确定移动通信工作频 段可从以下几方面来考虑：①电磁波的传播特性；②环境噪 声及干扰的影响；③服务区范围、地形和障碍物的影响以及 建筑物的穿透性能；④设备小型化；⑤与已经开发的频段的 干扰、协调和兼容性。
（1.3）
例1.1 对某一建筑物做信号室内覆盖，电磁波频率为 2100MHz，穿一面砖墙（穿透损耗取10dB），天线口信号 功率为0dBm（天线增益为2.5dB），距离损耗系数取30，阴 影衰落余量取8dB，分析距离天线10m 解 代入式（1.3），得
2.Keenan-Motley Keenan-Motley室内传播模型的公式为
1.2.2 半波振子天线 图1.3 半波对称阵子
线状天线，就是天线的辐射体的长度远大于其直径。线状天 线的基础单元是对称振子，对称振子就是在中点断开并馈以 高频电流的导线，馈电点两边的导线长度相等。对称振子可 以作为独立的天线或成为复杂天线的组成单元。每臂长度为 四分之一波长的对称振子称为半波对称振子，如图1.3所 示。
表1.1 无线电频带和波段命名
1.1.3 无线电磁波的基本传播方式有三种：直射、反射和绕射，
如图1.1所示。无线电波在室内传播时受到的影响因素很多， 如墙体、天花板、地面、人和室内物体等都会引起电磁波的 直射、反射、绕射及它们的组合，电磁场分布十分复杂。
图1.1 电磁波的三种基本传播方式
1.ITU-RP.1238室内传播模型 该模型把室内传播场景分为无线信号的非视线传输 （NLOS）和视线传输（LOS）。对于NLOS，模型所用的 公式为
其中，PL（d0）为参考距离为d0的自由空间的路径损耗，通常 参考距离取1m；nSF为室内路径损耗衰减因子，取值在2~5之间， 室内覆盖一般取3左右；d为移动台离发射天线的距离，单位为 m；F(k)为楼层穿透损耗参考值，k为楼层数目；W(q)为墙壁穿 透损耗参考值，q为墙壁数目。
所谓自由空间，是指相对介电常数和相对磁导率均恒为 1的均匀介质所存在的空间，电磁波自由空间传播只有扩散 损耗的直线传播，而没有反射、折射、绕射、色散等现象， 其传播速度等于光速。自由空间的路径损耗公式为
无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆） 输送到天线，由天线以电磁波的形式辐射出去。电磁波到达 接收地点后，由天线接收，并通过馈线送到无线电接收机。
发射天线是一种将高频已调电流的能量变换为电磁波的 能量，并将电磁波辐射到预定方向的装置。接收天线将无线 电磁波的能量变换为高频电流能量，输入到接收机。接收天 线和发射天线的作用是可逆的。
第1章 无线电技术基础
1.1 电磁波基础 1.2 天线技术基础 1.3 传输线基础 1.4 射频常用术语 1.5 接收机射频指标 1.6 发射机射频指标 1.7 电磁安全
1.1 电磁波基础
1.1.1 利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方
式称为无线电通信（radiocommunication），也称为无线通信 （wirelesscommunication
其中，v为速度，单位为m/s(米/秒)；f为频率，单位为Hz(赫 兹)；λ为波长，单位为m
由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同 的媒质中传播时速度是不同的，因此波长也不一样。
1.1.2 无线电频谱可分为14个频带（见表1.1），无线电频率
以Hz（赫兹）为单位，其表达方式为：3000kHz以下（包括 3000kHz），以kHz表示；3MHz以上至3000MHz（包括 3000MHz），以MHz（兆赫兹）表示；3GHz以上至 3000GHz（包括3000GHz），以GHz
1.2 天线技术基础
1.2.1 在无线电通信系统中，有效地辐射和接收无线电波的装
置称为天线。导线上有交变电流流动时，可发生电磁波的辐 射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。若导线间距离很 近，电场被束缚在两导线之间，则辐射很微弱；将两导线张 开，电场即散播在周围空间，则辐射增强，见图1.2。
图1.2 天线的电磁能量辐射
PL(d)=32.45+20lgd+20lgf （1.6）
其中，d为收发天线间的距离，单位为km；f为工作频率，单 位为MHz 需要注意的是，Keenan-Motley室内传播模型中没有包含衰落 余量，在进行链路预算时，需另行增加。
3.自由空间附加衰减损耗模型 自由空间附加衰减损耗模型公式为
（1.7）
其中，PL（d0）是指参考距离为d0的自由空间的路径损耗，通 常参考距离取1m；β为距离损耗因子，由多种因素组成，一般 取值范围为0～2dB/m；d为移动台与发射机天线之间的距离， 单位为m；CL为穿墙穿透损耗，单位为dB。
同样地，自由空间附加衰减损耗模型中没有包含衰落余量，
由于室内传播非常复杂，预测出的场强和实际测量值存在 一定偏差，因此工程设计时需用实测值对传播模型进行修正。
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和 磁场在空间中是相互垂直的，同时也都垂直于传播方向。无 线电波和光波一样，它的传播速度与传播媒质有关。无线电 波在真空中的传播速度等于光速（c=3×108m/s)，在媒质中 的传播速Biblioteka Baidu为
(1.1)
其中，ε 无线电波的波长、频率和传播速度的关系为
(1.2)
通常，天线在空间各个方向的辐射并不是均匀的，也就 是说天线具有方向性。图1.4分别为一个半波振子天线和多 个半波振子叠加组成天线的辐射方向示意图。
图1.4 一个半波振子及多个半波阵子叠加后的辐射方向图
1.2.3 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的大部分能量
向所需的方向辐射出去，天线的这种方向特性可以用天线方
欧美各国、日本等一些西方国家常常把部分微波波段分 为L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或称子波段），具体 如表1.2所示。
国际电信联盟(ITU)以及各国无线电主管部门为移动业 务划分和分配了多个频段，考虑到无线电波传播的特点，移 动业务使用的频段主要在3GHz以下。确定移动通信工作频 段可从以下几方面来考虑：①电磁波的传播特性；②环境噪 声及干扰的影响；③服务区范围、地形和障碍物的影响以及 建筑物的穿透性能；④设备小型化；⑤与已经开发的频段的 干扰、协调和兼容性。
（1.3）
例1.1 对某一建筑物做信号室内覆盖，电磁波频率为 2100MHz，穿一面砖墙（穿透损耗取10dB），天线口信号 功率为0dBm（天线增益为2.5dB），距离损耗系数取30，阴 影衰落余量取8dB，分析距离天线10m 解 代入式（1.3），得
2.Keenan-Motley Keenan-Motley室内传播模型的公式为
1.2.2 半波振子天线 图1.3 半波对称阵子
线状天线，就是天线的辐射体的长度远大于其直径。线状天 线的基础单元是对称振子，对称振子就是在中点断开并馈以 高频电流的导线，馈电点两边的导线长度相等。对称振子可 以作为独立的天线或成为复杂天线的组成单元。每臂长度为 四分之一波长的对称振子称为半波对称振子，如图1.3所 示。
表1.1 无线电频带和波段命名
1.1.3 无线电磁波的基本传播方式有三种：直射、反射和绕射，
如图1.1所示。无线电波在室内传播时受到的影响因素很多， 如墙体、天花板、地面、人和室内物体等都会引起电磁波的 直射、反射、绕射及它们的组合，电磁场分布十分复杂。
图1.1 电磁波的三种基本传播方式
1.ITU-RP.1238室内传播模型 该模型把室内传播场景分为无线信号的非视线传输 （NLOS）和视线传输（LOS）。对于NLOS，模型所用的 公式为
其中，PL（d0）为参考距离为d0的自由空间的路径损耗，通常 参考距离取1m；nSF为室内路径损耗衰减因子，取值在2~5之间， 室内覆盖一般取3左右；d为移动台离发射天线的距离，单位为 m；F(k)为楼层穿透损耗参考值，k为楼层数目；W(q)为墙壁穿 透损耗参考值，q为墙壁数目。
所谓自由空间，是指相对介电常数和相对磁导率均恒为 1的均匀介质所存在的空间，电磁波自由空间传播只有扩散 损耗的直线传播，而没有反射、折射、绕射、色散等现象， 其传播速度等于光速。自由空间的路径损耗公式为
无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆） 输送到天线，由天线以电磁波的形式辐射出去。电磁波到达 接收地点后，由天线接收，并通过馈线送到无线电接收机。
发射天线是一种将高频已调电流的能量变换为电磁波的 能量，并将电磁波辐射到预定方向的装置。接收天线将无线 电磁波的能量变换为高频电流能量，输入到接收机。接收天 线和发射天线的作用是可逆的。
第1章 无线电技术基础
1.1 电磁波基础 1.2 天线技术基础 1.3 传输线基础 1.4 射频常用术语 1.5 接收机射频指标 1.6 发射机射频指标 1.7 电磁安全
1.1 电磁波基础
1.1.1 利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方
式称为无线电通信（radiocommunication），也称为无线通信 （wirelesscommunication
其中，v为速度，单位为m/s(米/秒)；f为频率，单位为Hz(赫 兹)；λ为波长，单位为m
由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同 的媒质中传播时速度是不同的，因此波长也不一样。
1.1.2 无线电频谱可分为14个频带（见表1.1），无线电频率
以Hz（赫兹）为单位，其表达方式为：3000kHz以下（包括 3000kHz），以kHz表示；3MHz以上至3000MHz（包括 3000MHz），以MHz（兆赫兹）表示；3GHz以上至 3000GHz（包括3000GHz），以GHz
1.2 天线技术基础
1.2.1 在无线电通信系统中，有效地辐射和接收无线电波的装
置称为天线。导线上有交变电流流动时，可发生电磁波的辐 射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。若导线间距离很 近，电场被束缚在两导线之间，则辐射很微弱；将两导线张 开，电场即散播在周围空间，则辐射增强，见图1.2。
图1.2 天线的电磁能量辐射