WCDMA无线网络规划基础00.ppt

《WCDMA无线网络规划基础00.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WCDMA无线网络规划基础00.ppt（105页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、WCDMA无线网络规划基础 吉林大学通信工程学院 魏迎春 13604302446,College of Communication Engineering,Jilin University,课程目标,熟悉无线电波传播原理，为后续的链路预算等做理论准备。 介绍天线有关知识，常用指标含义。 了解射频的基础知识，以及无线网络规划优化中经常使用的器件和仪器等 。 了解数字电子地图的相关知识。,学习完本课程，您将能够：,课程内容,第一章 无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,基本原理无线频谱,不同的频段内的频率具有不同的传播特性,基本原理电磁波的传播

2、,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。 如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波 如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波,基本原理传播途径,建筑物反射波 绕射波 直达波 地面反射波,基本原理传播路径,第一章 无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,无线传播环境,电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） 人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况 自然和

3、人为的电磁噪声状况,准平滑地形 表面起伏平缓，起伏高度小于 等于20米的地形 不规则地形 除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等,地形分类,信号衰落,信号分集,抗快衰落措施分集 时间分集 符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术 空间分集 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。 频率分集 GSM采用跳频 CDMA采用扩频技术,电波时延扩展,起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题 发射信号来自远

4、离接收天线的物体,电磁波在绕射点四处扩散 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向 扩散损耗最为严重 计算公式复杂，随不同绕射常数变化,绕射损耗,电磁波穿透墙体的反射和折射,室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大,穿透损耗（1）,物体阻挡/穿透损耗为： 隔墙阻挡：520dB 楼层阻挡：20dB， 室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层 家具和其它障碍物的阻挡： 215dB 厚玻璃： 610dB 火车车厢的穿透损耗为：1530dB 电梯的穿透损耗： 30dB左右 茂密树叶损耗：10dB,穿透损耗（2）,第一章

5、无线电波知识,第一节 无线电波基本原理 第二节 无线电波传播特性 第三节 无线电波传播模型,自由空间传播模型 平坦地形传播模型 Okumura(奥村)/Hata模型 COST231-Hata模型 COST231 Walfish-Ikegami模型 Keenan-Motley模型 计算机辅助计算模型,常用传播模型,自由空间传播模型,Lo=91.48+20lgd, for f=900MHz Lo=97.98+20lgd, for f=1900MHz Lo=99+20lgd, for f=2100MHz,自由空间传播模型适用于具有各向同性传播介质（如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并不存

6、在，但空气介质近似于各向同性介质。,Ploss = L0+10lgd -20lghb - 20lghm = 4 路径损耗斜率 hb：基站天线高度 hm：移动台高度 L0：与频率有关地参数 基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗,平坦地形传播模型,Okumura-Hata模型,适用范围： 频率范围 f: 1501500MHz 基站天线高度 Hb: 30200m 移动台高度 Hm: 110m 距离 d: 120km,宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用 频率超过1500MHz以上时不适用,Okumura-Hata模型,Lu=69.55 + 26.16logf - 13

7、.82loghb+(44.9 -65.5loghb)logd - a(Hm),市区（中、小城市）： a (Hm) = 1.1*log(f) - 0.7*Hm - 1.56*log(f) - 0.8 市区（大城市）： a (Hm) = 8.29*log(1.54*Hm)2 - 1.1（for f = 400 MHz） 郊区： Lsu (dB) = Lu-2*log(f/28)2-5.4 农村 (准开阔地)： Lrqo (dB) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33*log(f)-35.94 农村 (开阔地)： Lro (dB) = Lu-4.78*log(f)2+18.33*log

8、(f)-40.94,COST 231-Hata模型,适用范围： 频率范围 f: 15002000MHz 基站天线高度 Hb: 30200m 移动台高度 Hm: 110m 距离 d: 120km,宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用 频率超过2000MHz或低于1500MHz时不适用,COST 231-Hata模型,Lu(dB)= 46.3 + 33.9*log(f) 13.82*log(Hb) a(Hm) + 44.9 6.55*log(Hb)*log(d) + Cm,中等城市和郊区中心区： Cm = 0 dB 大城市： Cm = 3 dB 农村 (准开阔地)： Lrq

9、o (dB) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33*log(f)-35.94 农村 (开阔地)： Lro (dB) = Lu-4.78*log(f)2+18.33*log(f)-40.94 hb：基站天线高度；hm：移动台天线高度,COST 231 Walfish-Ikegami模型,适用范围： 频率范围 f: 8002000MHz 基站天线高度 Hbase: 450m 移动台高度 Hmobile: 13m 距离 d: 0.025km 建筑物高度 Hroof (m) 路面宽度 w (m) 建筑物间距 b (m) 相对直射波方向的街道走向 ( ),市区环境，宏蜂窝或微蜂窝 郊区环境

10、或乡村环境不适用,COST 231 Walfish-Ikegami模型,Lb = 42.6 + 26*log(d) + 20*log(f) for d = 0.020 km Or: Lb = Lo for d 0.02km 其中，Lo为自由空间传播损耗,基站与移动台之间有可视路径（LOS）,对于高楼林立的街道（Street Canyon）传播环境，基站天线通常低于周围建筑物的屋顶高度。受传播环境的影响，无线信号通常只能沿街道走向传播。,COST 231 Walfish-Ikegami模型,基站与移动台之间无可视路径（Non-LOS）,Lb = Lo for Lrts + Lmsd = 0 其中

11、，Lo为自由空间传播损耗,无线传播模型,Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff) +K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kclutter,Pathloss：路径损耗(dB) K1： 与频率相关的常数 K2： 距离衰减常数 K3、K4：移动台天线高度修正系数 K5、K6：基站天线高度修正系数 K7： 绕射修正系数 Kclutter： 地物衰减修正系数 d： 基站与移动台之间的距离(km) Hms、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m),通用ASSET规划软件模型（一）,思考题,移动通信系统使用的是无线电波的哪个频段？ 无线电波主要有哪几种传

12、播方式？ 无线传播环境中，信号衰落主要有哪两种形式？各自的特点及产生原因是什么？ 无线传播环境中，信号传播损耗主要有哪几种形式？ 常见的传播模型有哪些？各自的应用环境是什么？,本章小结,本章主要讲述了无线电波的相关知识，需要掌握的知识包括： 无线电波的传播途径 无线电波的损耗和色散特性，以及主要的补偿方案 常用的无线电波模型，掌握主要涉及的参数 掌握无线传播模型的校正方法。,课程内容,第二章 天线的原理及应用,第一节 天线的工作原理 第二节 天线的分类 第三节 天线的电气指标 第四节 天线的机械指标 第五节 天线新技术介绍,天线的位置和作用,GSM/CDMA 板状天线,基站天馈系统示意图,天线

13、的工作原理,当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关； 如果导线位置由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱； 如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强； 当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱； 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射； 通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子； 两臂长度均为1/4波长的振子叫做对称半波振子。,移动天线的工作原理,天线的分类（一）,按照辐射方向划分,图：定向方向,图：全向天

14、线,天线的分类（二）,按照外型划分,板状天线,帽形天线,鞭状天线,抛物面天线,天线的分类（三）,按照极化方式划分,天线的主要电气指标,天线方向图,对称半波振子方向图,顶视,侧视,定向天线方向图,全向天线方向图,天线的增益,dBi与dBd,天线的其他主要电气指标,波束宽度、前后抑制比、零点填充、上副瓣抑制,机械下倾与电下倾,机械下倾,电下倾,天线的主要电气指标,天线驻波比,天线的主要电气指标,无源互调的原因 存在磁性物质 连接处不紧密 不同材料的金属的接触 相同材料的接触表面不光滑,f1 f2 f3 f4 f2-f1 f3-f2 f4-f3 f3-f1 f4-f2 f4-f1,三阶互调判定方法,

15、天线的主要机械指标,天线输入接口 天线尺寸 天线重量 风载荷 工作温度 湿度要求 雷电防护 三防能力,同轴式分布式天线系统,光纤馈电式分布式天线系统,应用于一些覆盖范围较大，传输距离较远的情况,动态多波束天线系统,概述,动态多波束天线系统,主要特点: 多波束形成 波束方向可控 波瓣宽度可控 波束距离可控,智能天线系统,智能天线,功能和优势,减少功率,智能天线,两种算法,切换多波束,自适应波束,二维联合处理,智能天线-空时信号处理,思考题,天线按信号辐射方向划分，可以分为哪几类？按外形划分，又可分为哪几类？ 天线的主要电气指标有哪些？ 天线的主要机械指标有哪些？ 分布式系统主要有哪几种？ 智能天

16、线与动态多波束天线的主要区别有哪些？,本章总结,天线的工作原理 天线的分类 天线的主要电气指标 天线的主要机械指标 天线新技术,课程内容,功率单位简介,绝对功率的dB表示 射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：,例如：1W等于30dBm，等于0dBW。,相对功率的dB表示 是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。,功率相关概念,信号的峰值功率、平均功率和峰均比（PAR),功率相关概念,噪声相关概念,噪声 噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（

17、各类点频干扰不是算噪声）。,噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图：,线性系统,噪声相关概念,级联网络的噪声系数公式：,数字调制,各种调制技术的应用,杂散辐射,杂散辐射 杂散辐射是指发信机在频谱发射模板规定的频率范围之外的频段内发射的、信号之外的其他信号，它包括谐波分量、寄生辐射、交调产物、发射机互调产物等。这些杂散辐射都会对其他的无线通信系统造成干扰，对该指标的规定是为了提高系统的电磁兼容性能，以便与其他系统（如GSM）共存，当然这也保证了系统自身的正常运行。,下行通道射频指标,邻道泄漏（ACLR） 邻道泄漏指标是用来衡量发射

18、机的带外辐射特性，定义：邻道功率与主信道功率之比，通常用dBc表示，如下图：,接收灵敏度,接收灵敏度 用功率表示Smin=10log（KTB）+ Ft +（S/N），单位：dBm K是波尔兹曼常数，单位：J/K(焦耳/K) T表示绝对温度，单位：K B表示信号带宽，单位：Hz Ft表示系统的噪声系数，单位：dB （S/N）表示解调所需信噪比，单位：dB 当B1Hz时，10log（KTB）-174dBm/Hz,阻塞 阻塞指标也是来考核接收机抗干扰能力，它描述的是接收机在接收的频道外存在单音或调制信号干扰，但干扰信号不在相邻频道或杂散响应频点上的情况，具体指标要求根据不同系统而定。阻塞指标一般要求

19、接收机前端要有较高的三阶截止点（即大的线性动态），同时要求中频滤波器有较好的选择性。,接收机阻塞指标,滤波器,几种常用的射频器件,功分器,偶合器,干放,合路器,功率放大器,衰减器,几种常用的射频仪器,频率计,测试手机,综合测试仪,场强仪,驻波比测量仪,便携频谱仪,信号源,功率计,频谱仪,思考题,绝对功率的单位有哪几种常用的表达形式？他们之间的换算关系为？ 峰均比的定义？ 噪声系数的定义？写出级连噪声系数公式？ 什么杂散？什么是邻道泄漏？ 给出灵敏度的表达公式？ 列举几种调制方式？WCDMA用的是那一种？,本章小结,本章主要介绍射频常用的基本概念，分为:功率相关概念，噪声相关概念，调制的概念和种

20、类，杂散、邻道泄漏等发散信道指标，接收信道的灵敏度指标等。最后介绍了几种常用的射频器件和射频仪器。,课程内容,数字地图简介,什么是数字地图 椭球参考模型简介 坐标和投影系统 地图比例尺简介 数字地形模型（DTM） 数字地图组成要素 数字地图精度 数字地图的数据格式 数字地图在移动通信中的应用,什么是数字地图,地图实际上就是在平坦的表面上描述地球或者地球的一部分，它把地球这个曲面的物体展示在一个平坦的表面上。数字地图是以数字形式记录和存贮的地图。数字地图便于存贮、传输和更新，经计算机处理可转换成纸质地图，或经可视化处理在计算机屏幕上显示。,从实际的地表到水平表面,椭球参考模型简介,选用一个同大地

21、相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球。它是测量与制图的基础。凡与局部地区（一个或几个国家）的大地水准面符合得最好的旋转椭球，称之为“参考椭球”，如下图所示：,椭球参考模型简介,椭球参考模型相关参数,椭球参考模型简介,常用椭球参考模型及相关参数,坐标和投影系统,经纬度坐标 用经度，纬度所表示的地面点位置的球面坐标。本地子午面与本初子午面之间的夹角为该点的经度，由本初子午面向东为东经，向西为西经，东、西各180。地面点在参考椭球的法线与地球赤道平面的交角为该点的纬度。赤道面向北为北纬，向南为南纬，南、北各90。 地图投影系统 地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面运用特定

22、的数学方法展示到平面上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。将地球椭球面投影到平面上，必然会产生变形。,地图投影分类,按变形性质分类 等角投影 等面积投影 任意投影（其中一特例是等距离投影） 按正常位置投影的经纬网图形分类 方位投影 圆锥投影 圆柱投影 按投影获取的方法分类 几何投影 解析投影,高斯-克吕格投影,高斯-克吕格投影是一种横轴等角(切)椭圆柱投影，它是将一椭圆柱横切于地球体上，该椭圆柱面与椭球体表面的切线为一经线，投影中将其称为中央经线，然后根据一定的约束条件(投影条件)，将中央经线两侧规定范围内的点投影到椭圆柱面上从而得到点的高斯投影(如图)，从投影方法的分类来看，它属

23、于解析投影。,高斯-克吕格投影,高斯-克吕格投影示意图,UTM 投影,UTM投影（通用横轴墨卡托投影：Universal Transverse Mercator Projection的简写）是目前在美国、日本和加拿大等国家和一些地区采用的作为地图投影的数学基础。UTM 投影属于横轴等角割圆柱投影。UTM投影将全球划分为60个投影带，每带经差为6，编号自1号到60号。经度自180W和174W之间为起始带连续向东计算。该投影改善了高斯-克吕格投影低纬度地区的变形。,UTM 投影,UTM 投影示意图,UTM 投影,UTM 带号,比例尺的定义,图上一段直线的长度与地面上相应线段的实际水平长度之比，称为

24、图的比例尺。比例尺的表示方法分为数字比例尺和图形比例尺。,1:25,000 4cm = 1 km,比例尺分类,数字比例尺，如下图： “1:25,000”， 此比例尺表示的意思地图上1CM 表示实际距离为25,000CM即 250M 图形坐标尺，如下图： 图形坐标尺一般都出现在地图的中下部,数字地形模型(Digital Terrain Model),DTM 就是通过采用数字化方式，把地球表面物体的相关信息以数据的形式保存下来，得到数字地图。 通过对地图轮廓线处理得到DTM 通过SPOT 卫星拍摄并处理得到DTM 航摄资料,在以上两种方法制作DTM 数据的方法中，DTM仅仅能够记录海拔高度，而不能

25、记录相对高度,说明：,数字地形模型(Digital Terrain Model),通过对地图轮廓线处理得到DTM,地图和地图轮廓线,数字地形模型(Digital Terrain Model),通过SPOT 卫星拍摄并处理得到DTM,数字地图组成其他元素,数字高程模型（DEM数据） 按规定分辨率等间隔表示的地面高程数据，采用栅格数据结构； 地面覆盖模型（DOM数据） 按规定分辨率等间隔表示的地面覆盖类型，采用栅格数据结构； 线状地物模型（LDM数据） 以弧段坐标表示的线状地物平面位置，采用矢量数据结构； 建筑群空间分布模型（BDM数据） 描述建筑物的平面位置和高度数据，采用栅格数据结构或矢量数据

26、结构。,数字地图精度,数据精度是数字地图的重要指标，决定着其生产成本与应用范围。按基本标准提供的数字地图，应满足以下精度要求：,数字地图的数据格式,数字地图的数据文件夹一般分为Heights（高度），vector（矢量），clutter（地物），building （建筑）。各文件夹都包含有配置信息文件。其中：索引文件（index）包含区域坐标的信息；投影参数文件（projection）：包含地图投影方式、椭球体、投影带带号、中央子午线、数字地图精度等。,数字地图的数据格式,数字地形高度数据：heights文件夹，包括以下文件 数字地形高度数据（demo.b） 数字地形高度数据 以二进制格式存储

27、的栅格数据格式，象元数据为高程值。 index.txt 文件 Index.txt 的ASCII 码文本文件包含了每个二进制高度文件的位置信息。这个文件必须和高度数据存储在同一个目录中。 Projection.txt 文件 Projection为投影参数文件，以某数字地图的内容为例，内容如下： WGS-84.椭球名 50 .投影带号（不一定包含） UTM.投影方式 0.0 117.0 500000.0 0.0.坐标转换参数,数字地图的数据格式,数字地物数据：clutter文件夹，包含以下文件 数字地物文件domo.b 地物数据以domo.b以二进制格式存储的栅格数据格式，象元数据为地面覆盖类型码

28、. Index.txt 文件 index.txt的ASCII码文本文件包含了每个二进制地物文件的位置信息。这个文件必须和地物数据存储在同一个目录中。 menu.txt 文件 它包含了与存储在二进制地物文件中的代码有关的表格，地物文件含有对地物类的文本描述。每条线路都包含了一个代码，跟着一个描述，中间以空格隔开。这个文件必须和地物数据存储在同一个目录中。,数字地图的数据格式,矢量数据：vector文件夹，包含以下文件 *.txt 或者*.vec 文件 矢量数据包含诸如公路、铁路、海岸线等这样一些地形特性，它可以以ASCII文本格式存储，也可以二进制专有格式存储。但是，每一个特性可以有一个以上的对

29、应文件。 index.txt文件 它包含了每个矢量文件的位置信息。这个文件必须和矢量数据存储在同一个目录中。 建筑矢量数据：building文件夹，包含以下文件 建筑矢量数据是通常矢量数据的专门版本，它详细描述了建筑的外形和高度。建筑矢量数据以ASCII格式存储，由矢量数据文件、特性文件和一个索引文件三种输入文件组成。,数字地图在移动通信中的应用,移动通信对电子地图的不同要求 如何在规划软件中使用电子地图（以Asset 为例）,Mapinfo 介绍,Mapinfo 中的基本概念,Mapinfo表格 Mapinfo 表格在物理上由以下五个文件组成： 文件名.tab 描述表数据结构的文件 文件名.

30、map 可以为图形对象与数据关联的文件,也可以为纯数据文件 文件名.id 地图包含图象对象时ID文件时图象对象文件的索引，用以连接数据和对象 文件名.ind 表中含有图形对象时,ID文件是图形对象文件的索引,连接数据和图形对象 文件名.dat/xls/dbf Mapinfo表格数据来源的数据库文件,可以为EXCEL,FOXBASE文件,思考题,电子地图在移动通信中的作用？ 说出两种主要的投影方式？ UTM投影中把地球分为几个带，每个带是几度？ 电子地图分为几种模型，各是什么？ 存放电子地图的文件一般主要分为哪几个目录？各主要放的是什么文件？,本章小结,电子地图的椭球参考模型简介 电子地图的坐标

31、和投影系统 地图比例尺简介 数字地形模型（DTM） 数字地图组成要素 数字地图精度 数字地图的数据格式 数字地图在移动通信中的应用,课程总结,通过本课程，应该掌握以下方面的知识。 电波的传播原理，电波的传播环境和特性，无线的主要电波传播模型以及传播模型校正等。 天线的位置和作用，天线的主要电气特性和机械特性，天线的选型原则，以及了解几种新的天线技术等。 掌握射频的一些基本概念，并了解常用的射频器件和仪器。 了解电子地图的坐标和投影方式，比例尺的概念，选用电子地图精度的原则，电子地图在规划软件中的应用。,Thank you!,College of Communication Engineering,Jilin University,