射频基础知识培训(1)

射频基础知识培训前言射频子系统位于整个基站的最前端，是整个NodeB系统正常运行的关键环节之一。本胶片主要讲述射频基本概念和知识，以便大家更加深入理解NodeB系统。课程目标熟悉和掌握射频基本概念和知识学习完本课程，您将能够：参考资料《无线通信技术》，深圳市华为技术有限公司课程内容Training.huawei.com第一章无线通信的基本概念第二章射频常用计算单位简介第三章射频常用概念辨析第四章天线传播基础知识简介第一章无线通信的基本概念第一节概述第二节无线通信使用的频率和波段第三节无线通信的电磁波传播概述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之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务。第一章无线通信的基本概念第一节概述第二节无线通信使用的频段和波段第三节无线通信的电磁波传播无线通信使用的频段和波段目前无线通信使用的频率从超长波波段到亚毫米波段（包括亚毫米波以下），以至光波。无线通信使用的频率范围和波段见下表1-1。无线通信使用的频段和波段表1-1无线通信使用的电磁波的频率范围和波段频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）3~30Hz极长波100~10Mm（108~107m）超低频（SLF）30~300Hz超长波10~1Mm（107~106m）特低频（ULF）300~3000Hz特长波1000~100km（106~105m）甚低频（VLF）3~30kHz甚长波100~10km（105~104m）低频（LF）30~300kHz长波10~1km（104~103m）中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m（103~102m）高频（HF）3~30MHz短波100~10m（102~10m）甚高频（VHF）30~300MHz超短波（米波）10~1m无线通信使用的频段和波段表1-1无线通信使用的电磁波的频率范围和波段（续）频段名称频率范围波段名称波长范围特高频（UHF）300~3000MHz分米波1~0.1m（1~10-1m）超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm（10-1~10-2m）极高频（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm（10-2~10-3m）至高频（THF）300~3000GHz微波亚毫米波1~0.1mm（10-3~10-4m）光波3×10-3~3×10-5mm（3×10-6~3×10-8m）由于种种原因，在一些欧、美、日等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。无线通信使用的频段和波段表1-2无线通信中所使用的部分微波波段的名称频率和波长波段代号频率范围波长范围L1~2GHz30~15cmS2~4GHz15~7.5cmC4~8GHz7.5~3.75cmX8~13GHz3.75~2.31cmKu13~18GHz2.31~1.67cmK18~28GHz1.67~1.07cmKa28~40GHz1.07~0.75cm第一章无线通信的基本概念第一节概述第二节无线通信使用的频段和波段第三节无线通信的电磁波传播无线通信的电磁波传输无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述如下：极长波（极低频ELF）传播极长波是指波长为1~10万公里（频率为3~30Hz）的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。无线通信的电磁波传输超长波（超低频SLF）传播超长波是指波长1千公里至1万公里（频率为30~300Hz）的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上。甚长波（甚低频VLF）传播甚长波是指波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频率为10~30kHz，该波段的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球。无线通信的电磁波传输长波（低频LF）传播长波是指波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）的电磁波。其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波（中频MF）传播中波是指波长100米~1000米（频率为300~3000kHz）的电磁波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关。无线通信的电磁波传输短波（高频HF）传播短波是指波长为10米~100米（频率为3~30MHz）的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）。超短波（甚高频VHF）传播超短波是指波长为1米~10米（频率为30~300MHz）的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的“视距”方式）传播。无线通信的电磁波传播微波传播微波是指波长小于1米（频率高于300MHz）的电磁波。目前又按其波长的不同，分为分米波（特高频UHF）、厘米波（超高频SHF）、毫米波（极高频EHF）和亚毫米波（至高频THF）。微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实现微波的超视距传播。WCDMA工作频段：上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段，其电磁波传播方式为微波传播。思考题何谓无线通信？WCDMA的工作频段？该频段属于哪一波段？简述WCDMA的电磁波传播方式及其特点。解答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之为无线电通信（WirelessCommunication），也称之为无线通信。WCDMA工作频段：上行1920～1980MHz，下行2110～2170MHz，属于微波波段。WCDMA电磁波传播方式为微波传播，微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。本章小结本章主要讲述了无线通信的概念、无线通信的频段和波动的划分以及无线通信的电磁波传播方式及其特点，最后简要说明了WCDMA的工作频段和电磁波传播方式。课程内容第一章无线通信的基本概念第二章射频常用计算单位简介第三章射频常用概念辨析第四章天线传播基础知识简介第二章射频常用计算单位简介第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位简介第三节其他功率单位简介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xW，利用dBm表示时其大小为：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。pdBm10logloglogX1000mW1mWpdBW10logloglogXW1W功率单位简介相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB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。第二章射频常用计算单位简介第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位简介第三节其他天线传播相关单位简介天线和天线增益天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。第二章射频常用计算单位简介第一节功率单位简介第二节天线传播相关单位简介第三节其他其他电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，Ω电压：电位或电位差，单位：伏特，V电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，A电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，H电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F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？相对功率的单位有哪几种常用的表达形式？其区别为？天线的增益单位有哪几种常用的表达形式?电压、电流、电阻、电感、电容的单位分别为？解答绝对功率可以用dBm和W两种形式表达，其换算关系为：相对功率可以用dB和dBc两种形式表示，两者的区别在于：dB是任意两个功率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比值的对数表示形式。pdBm10logloglogX1000mW1mW解答天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。电压单位为：伏特/V，电流单位为：安培/A，电阻单位为：欧姆/Ω，电感单位为：亨利/H，电容单位为：法拉/F。本章小结本章简单介绍了各种射频常用计算单位，是深入地理解射频概念的必备基础知识之一。课程内容第一章无线通信的基本概念第一章射频常用计算单位简介第三章射频常用概念辨析第四章天线传播基础知识简介第三章射频基本概念辨析第一节功率相关概念第二节噪声相关概念第三节线性相关概念第四节传输线相关概念第五节下行通道射频指标第六节上行通道射频指标功率相关概念信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为0.01%。功率相关概念SystemView00500.e-3500.e-3111.51.522-40-2002040AmplitudeTimeinSecondsSink1功率相关概念信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR解释：平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子。功率相关概念思考题峰均比的定义？解答峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为0.01%。平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子第三章射频基本概念辨析第一节功率相关概念第二节噪声相关概念第三节线性相关概念第四节传输线相关概念第五节下行通道射频指标第六节上行通道射频指标噪声相关概念噪声定义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（各类点频干扰不是算噪声）。常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物。噪声相关概念相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下面所示。一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声。相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。噪声相关概念例如晶体的相位噪声可以这样描述：噪声相关概念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：NFSiNiSoNo对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：NFPnoGPniPno表示输出噪声功率，Pni表示输入噪