射频基础

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与移动通信相关的射频知识简介
电波传播 无线电干扰协调
1.与移动通信相关的射频知识简介
1.1无线电波长λ 根据 C（光速）=f（频率）×λ（波长） 得出波长与频率成 反比 频率越低，波长越长，天线越大
波长
1 / 2 波长
GSM900. λ=C/f
λ（波长） =(3X108)/(950XIO6)=0.31m
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与移动通信相关的射频知识简介
1.13. 第三代移动通信系统及其主要特点
第三代蜂窝移动通信系统以更高速的数据业务和更好的频谱利 用率为目标，采用宽带CDMA为主流技术，目前已形成三种空中 接口标准，即WCDMA 、 TD-SCDMA和CDMA2000。今后十年内将 逐步替代第二代系统而成为主流。 它的主要特点是：(数字话音+高、中、低速率数据业务) 新型的调制技术，包括高阶调制(8PSK.16QAM„)和可变速率 调制 (AMR)技术； 高效的信道编译码技术，除了沿用第二代的卷积码外，还 对高速数据采用了Turbo纠错编码技术； Rake接收多径分集技术以提高接收灵敏度和实现软切换； 软件无线电技术易于多模工作； 智能天线技术易于提高载干比； 多用户检测技术以消除和降低多址干扰； 可与固定网中的电路交换和分组交换网很好地相适应，满 足各类用户对话音及高、中、低速率数据业务的需求。
• 移动性使得网络管理复杂
• 用户数量庞大
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移动通信系统概述
=
移动通信的复杂性： • 发射信号传播方式的多样式 • 直射 • 反射 • 绕射 • 漫反射 • 移动产生的特殊效应(多普勒效应)
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移动通信系统概述
=
移动通信的复杂性： • 外来信号的多样式 • 干扰 • 噪声
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移动通信系统概述
=
移动通信的复杂性： • 对移动台的特殊要求 • 外界环境的影响 • 性能的稳定可靠 • 携带方便、小型、低功耗、耐高温、 耐低温 • 操作方便
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移动通信的分类
=
典型的移动通信系统： • 寻呼系统 • 无绳电话 • 集群调度 • 蜂窝移动 • 卫星通信
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移动通信的分类
=
蜂窝移动通信系统：
公共电话网 PSTN
BTS
MSC
MS
BTS
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蜂窝移动通信系统主要部件
=
移动通信系统主要功能部件 • 移动台（MS）
• 基站系统（BSS）
• 网络交换系统（NSS） • 操作维护系统（OMS）
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
无耗短路线的驻波特性
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与移动通信相关的射频知识简介
1.5. 射频终端开路线（全反射）
当射频传输线终端开路 时，信号为全反射。
电压反射系数 1
即电压驻波比 VSWR Vmax 1 （无穷大） Vmin 1
终端开路
Γ=+1
︱ U ︱
-X
全反射
终端匹配 Γ =0
-X
无反射
︱ U ︱
终端不完全匹配
-1〈|Γ|〈1
-X
局部反射
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与移动通信相关的射频知识简介
1.11. 无线电频段和波段命名
无线电频谱可划分为如下12 个频段（见表1.1）。频率的单位是赫兹或周／秒， 还可以使用千赫（ kHz）、兆赫（ MHz）、吉赫（ GHz）表示。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.4.1.
1) 短线集中参数概念
低频短线集中参数电路
2 ）射频长线分布参数概念源自射频长线分布参数电路281
与移动通信相关的射频知识简介
1.5. 射频终端短路线（全反射）
当射频传输线终端短路时 信号为全反射。
电压反射系数 反射点的反射电压( ZH ZO ) 1 反射点的入射电压( ZH ZO )
1.7. 射频传输线终端不完全匹配
当射频传输线阻抗ZL不完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号有局部 反射，电压反射系数-1< Γ <1 。
电压驻波比VSWR Vmax 1 Vmin 1 V （工程时控制在 . 1.2 ~ 1.5之间）。
电压驻波比在工程上常用回波损 耗 RL 表示，对应关系如右表： V 1 相应公式R L 20lg （ . dB）。 V -1
开路线的特性
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与移动通信相关的射频知识简介
1.6. 射频传输线终端完全匹配
当射频传输线阻抗ZL完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号无反 射，电压反射系数Γ =0。
Vmax 1 即电压驻波比VSWR 1.为行波状态。 Vmin 1
Z0
ZH
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与移动通信相关的射频知识简介
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蜂窝移动通信的基本概念
=
蜂窝移动通信系统的不同应用：
宽带通信网
微微蜂窝 微蜂窝 1000 100m 32kbps2.4kbpsm 100Mbps 2Mbps
宏蜂窝 20km 2.4kbps384kbps
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蜂窝移动通信的基本概念
=
切换： • 在通话（业务处理）过程中发生。 • MS在移动运行过程中，将从一个小区的覆盖区域到达另外一个小区的 覆盖区域。小区之间就会出现切换(Handover/Handoff)。 • 切换过程对于MS用户应该是不易察觉的，也就是说用户不知道已经发 生了切换；即：切换过程对用户是透明的。
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蜂窝移动通信的基本概念
=
宏蜂窝（macrocell）： • 每小区的覆盖半径大多为1km～25km • 用于大面积覆盖 • 基站天线置于相对高的地方 • 基站的发射功率较强>10W • 存在热点和盲点问题
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蜂窝移动通信的基本概念
=
微蜂窝（microcell）： • 覆盖半径大约为30m～300m • 发射功率较小，一般在1～2W • 基站天线置于相对低的地方，离地5～10m • 用于解决热点/盲点问题
电流 / 电压沿线分布图 图（ a ）表示的是半波长的波形图， AB是线上的一小段，它比波长（λ） 小得 多。由图可见，线段AB上各点的电流或电压的幅度和相位几乎不变，此时 的线段 AB是一段“短线”。 如果频率很高，虽然线段AB的长度相同，但在某一瞬时线上各点电流或 电压的幅度和相位均有很大变化，如图（b）所示，此时的线段 AB即应视为 “长线” .我们把传输线的几何长度（L)与其上传输电信号的波长（λ ）之 比 L / λ ，称为传输线的相对长度或者叫电长度。
它的主要特点：是模拟话音直接调频。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.2. 第二代移动通信系统及其主要特点
第二代蜂窝移动通信系统以数字传输方式实现话音和低速数 据业务，以GSM为主, IS-95CDMA为辅。主要商用时间从90年 代中期开始到现在。 它的主要特点是：
低速率话音编码技术和数字调制( 数字话音)； 每载波多路、时分多址或码分多址接入。
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蜂窝移动通信的基本概念
=
微微蜂窝（picocell）： • 微蜂窝的一种 • 覆盖半径更小，一般只有几十米 • 基站发射功率更小 • 用于解决热点/盲点问题
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蜂窝移动通信的基本概念
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智能蜂窝： • 扩大系统覆盖区域 • 提高频谱利用率，增加系统容量 • 降低基站发射功率，减少信号间干扰 • 减少电磁环境污染 • 节省系统成本
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与移动通信相关的射频知识简介
为满足第三代（3G）蜂窝移动通信技术和业务发展的需求，中国于 2002年对3G系统使用的频谱作出了如下规划： ①第三代公众蜂窝移动通信系统的主要工作频段： 频分双工(FDD)方式：1920~1980 MHz / 2110~2170 MHz ； 时分双工(TDD)方式：1880~1920MHz(F:1880-1900MHZ)、 2010~2025(A:2010-2025MHZ) MHz。 ②第三代公众蜂窝移动通信系统的补充工作频段： 频分双工(FDD)方式：1755~1785 MHz / 1850~1880 MHz ； 时分双工(TDD)方式：2300~2400MHz(E:2320-2370MHZ只用室内)，与无 线电定位业务共用，均为主要业务。(LTE:2570-2620MHZ)
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移动通信的分类
=
移动通信的分类：
• 按工作方式分类---单工/双工/半双工 • 按多址方式分类---FDMA/TDMA/CDMA • 按信号形式分类---模拟网/数字网 • 按覆盖范围分类---城域网/局域网/个域网 • 按业务类型分类---电话网/数据网/综合业务网/多媒体 • 按服务特性分类---专用网/公用网 • 按使用环境分类---陆地通信/海上通信/空中通信 • 按使用对象分类---民用系统/军用系统
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1. 与移动通信相关的射频知识简介
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1.2 天线是什么？ 电信号从有线转为无线电波形式向空中发射出去. 将收集的无线电波转为电信号。
Blah blah blah blah
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与移动通信相关的射频知识简介
1.3 何谓射频
射频是指该频率的载波功率能很容易通过天线发射出
去（反之亦然），以交变的电磁场形式在自由空间以光速 传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁 波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。在金属线 传输时具有趋肤效应现象。该频率在各种无源和有源电路
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移动通信系统概述
• 移动通信的分类
• 蜂窝移动 /集群调度/无绳电话/寻呼系统 /卫星系统
• 蜂窝移动通信系统主要功能模块
• 移动台 /基站系统/交换系统
• 蜂窝移动通信的基本概念
• 蜂窝概念 • 宏蜂窝 /微蜂窝 /微微蜂窝/智能蜂窝 • 切换 /漫游
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移动通信系统概述
=
移动通信的主要特点： • 必须利用无线电波进行信息传输 • 工作于复杂的干扰环境 • 可利用的频谱资源有限
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电压驻波比 VSWR(K) 回波损耗RL（dB）
1.2
21
1.25
19
1.3
17.6
1.35
16.6
1.4
15.6
1.5
14
2.0
9.5
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与移动通信相关的射频知识简介
1.8. 在不同反射系数Γ下传输线的电压驻波分布
︱ U ︱
入/2 入/2 负载
终端短路
Γ=-1 全反射
︱ U ︱
入/2
入/2
-X
表 1.1 无线电频段和波段命名
段号 1 频段 名 称 极低频（ELF）
频率 范 围 （含上限、不含下限）
3~30赫 （Hz）
波段 名 称 极长波
波长 范 围 （含下限、不含上限）
100~10兆米 (Mm)
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与移动通信相关的射频知识简介
③ IMT-2000的卫星移动通信系统工作频段：1980~2010 MHz / 2170~2200 MHz。 ④目前已规划给公众蜂窝移动通信系统的825~835 MHz / 870~880 MHz、885~915 MHz / 930~960 MHz 和1710~1755 MHz / 1805~1850 MHz频段等，同时规划作为第三代公众移动通信系统的演进扩展频段。 此外，为满足铁路系统调度通信等业务发展需要，拟将885~889MHz （上行）和930~934MHz（下行）作为GSM-R（EGSM）系统使用的频段； 为满足射频电子标签业务发展的需要，将840~845MHz和920~925MHz 规划作为RFID使用的频段（试用）。
射频基础知识
京信通信系统（中国）有限公司
2012年 2月 8日
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与移动通信相关的射频知识简介
1.1 第一代移动通信系统及其主要特点
近代的陆地移动通信系统，也称为蜂窝移动通信系统；自 80 年代起，已历经三代。第一代的主要特点是利用模拟传输方 式实现话音业务，以AMPS（美国、南美洲）、TACS（英国、中 国）和NMT（北欧）为代表。主要商用时间从80年代初开始到90 年代前期。
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蜂窝移动通信的基本概念
=
蜂窝概念的引入： • 大区制移动通信系统 • 信号传输损耗通信距离有限 • 大区制系统覆盖范围30～50km、 发射功率50～200W 、天线很高 (>30m) • 具有网络结构简单、频道数目少、没有无线交换机、直接与PSTN 相连 • 大区系统的局限性 • 覆盖范围有限 • 服务的用户容量有限 • 服务性能较差 • 频谱利用率低 • 1974 Bell实验室提出蜂窝概念
中 R 、 L 、C各参数反映出是分布参数。
波长在 VHF甚高频 (米波)和 UHF特高频 (分米波)波段内 1000MHZ以下 ,通常被我们叫它做射频,1000MHZ以上叫它做 微波 。
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与移动通信相关的射频知识简介
1.4 长线和短线的概念
A B (a)
（ a ）短线情况
B A (b )
（ b ）长线情况