毕业设计论文天线在GSM无线网络优化中的作用

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1、 四川托普信息职业技术学院毕业论文题 目 天线在移动通信网络优化中的作用 姓 名所在学院 四川托普信息职业技术学院专业班级 电信网优 （1）班 学 号 指导教师日 期 2011 年 10 月31 日 目录摘 要3关键词3引 言4第1章 天线的主要性能指标41 .1、工作频段41.2、方向图41.3、方向性参数61.4、天线增益61.5、输入阻抗81.6、驻波比81.7、极化方式91.8、双极化天线隔离度91.9 、三阶互调101.10、 阻抗101.11、前后比111.12、隔离度11第2章 天线的选择原则112.1、城区内话务密集地区112.2、在郊区或乡镇地区122.3、在农村地区122.

2、4、在铁路或公路沿线122.5、在城区内的一些室内或地下13第3章 维护中可能会影响网络性能的几个因素13第4章 通过调整天线参数优化网络的案例分析144.1、根据不同的地理环境调整基站无线参数以改善基站覆盖效果144.2、调整天线覆盖范围以改善话务量、解决切换和乒乓效应现象174.3、调整天线以减少周围干扰提高通话率18参 考 文 献19致 谢19摘 要主要介绍了天线的主要性能指标，以及根据不同的环境要求，选择不同类型的天线不同性能的天线适应于不同环境，满足不同的用户需求。移动通信网络的覆盖和服务质量；不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工

3、作中有很大的作用。关键词GSM 天线 移动通信 辐射 无线电波 网络优化 案例分析引 言无线技术是移动通信技术基础，基站天线是移动通信网络与用户手机终端空中无线联结的设备。天线是能量置换设备，是无源器件，其主要作用是辐射或接收无线电波，辐射时将高频电流转换为电磁波，将电能转换电磁能；接收时将电磁波转换为高频电流，将磁能转换为电能。天线的性能质量直接影响移动通信网络的覆盖和服务质量；不同的地理环境，不同服务要求需要选用不同类型，不同规格的天线。天线调整在移动通信网络优化工作中有很大的作用。第1章 天线的主要性能指标表示天线性能的主要参数有方向图，工作频段,增益，输入阻抗，驻波比，极化，双极化天线

4、的隔离度，及三阶交调等。1 .1、工作频段 天线的各项基本参数都是相对于某个频段来说的，这个频段就是该天线所能正常工作的工作频段，一般在900MHz的天线其工作频段的典型值为 880MHz960MHz ，1800MHz 频段的天线为 17101880MHz 。 1.2、方向图天线辐射电磁波是有方向性的，方向性表示天线向特定方向辐射（或接收） 电磁波功率的能力，它可以用电场强度、功率密度或者辐射强度等来描述。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图.同时用半功率点(3dB)之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂

5、直波束宽度。例如某种定向天线的方向图为： （水平波瓣宽度 65 ，垂直波瓣宽度 7 ，内置俯仰角 6） 从垂直方向的天线方向图可以看出，在天线主波瓣的上方和下方都存在一些功率较强的旁瓣和一些几乎没有发射功率的零点存在。这会导致天线下方接收电平剧烈起伏，严影响服务质量。为解决此问题现在出现了具有上旁瓣抑制与零点填充功能的天线，它的使用可以避免上述问题的发生。 无零点填充的天线 使用了零点填充功能的天线 1.3、方向性参数不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性，在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线

6、作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。1.4、天线增益增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等，天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。天线的增益可以有以下两种定义(以电偶极子作为参照)：a: 在天线的最大辐射方向上

7、某一固定接收点接收到相同的场强所需要在理想天线发射的功率与该天线发射功率的比值，即 b: 在相同的发射功率下，在该天线的最大辐射方向上某一固定接收点的功率密度平均值 S av ( ,r ()与理想天线在同一点的功率密度平均值S av (r) 之比，即另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。dBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。天线的选用并不是增益越大越好，天线的增益越大 方向图中主波束越窄， 副瓣尾瓣越小，可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。下图给出了 ALLG

8、ON 公司制造的工作于 900M 和 1800M 频段的两组四个天线的部分参数。从图中可以看到每组中的两个天线在其它指标基本相同的情况下，当增益从15.5dBi增大到18dBi后，它的垂直方向3dB波束宽度就从13减小到 6.5。所以我们在选择天线时在能满足要求的情况下尽量选择增益较小的天线，这样可以使天线近处的覆盖效果更佳。 几种不同增益天线的比较 1.5、输入阻抗输抗是指天线在工作频段的高频阻抗，即馈电点的高频电压与高频电流的比值，可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为0。一般移动通信天线的输入阻抗为50。1.6、驻波比由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部分的信号反

9、射，反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻的电压最大值与最小值的比即为电压驻波比VSWR。假定天线的输入功率P1，反射功率P2，天线的驻波比VSWR=（+）/（-）。一般地说，移动通信天线的电压驻波比应小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。VSWR 通过以下方法计算： 假设馈线阻抗为Z0，天线阻抗为Zl，入射波为,当Z0Zl时,馈线上就一定会产生一个相应的反射波,这时线路上某一点的电压反射系数为：由于存在反射波，所以从信号源来的有效功率没有全部送到负载，有一部分被反射，这种损耗称之为“回波损耗”，用dB定义为： 驻波比定义为沿着传输线上的电压最大值(波腹电压)与最小值(波节电压)的

10、比值，即：1.7、极化方式根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量的取向，天线极化方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂直极化和45极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地，移动通信中多采用垂直极化或45极化方式。1.8、双极化天线隔离度双极化天线有两个信号输入端口，从一个端口输入功率信号P1dBm，从另一端口接收到同一信号的功率P2dBm之差称为隔离度，即隔离度=P1-P2。移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于28dB。45o双极化天线利用极化正交原理，将两副天线集成在一起，再通过其他的一些特殊措施，使天隔离度大于30dB。1.9 、三阶互调 互调干

11、扰是由传输信道中的非线性电路产生的，当两个或者多个不同频率的信号同时输入到非线性的电路中时，由于非线性器件的作用，会产生许多谐波和组合频率分量，其中与有用信号频率相近而落入接收机通带内的这些频率就会顺利进入接收机而形成干扰，这就是互调干扰，也成为交调干扰。假如我们输入频率为A和B的两个信号，根据理论可以计算出会产生以下的干扰频率： 2 阶： (A+B),(A-B) 3 阶： (2A B,)( 2B A) 4 阶： (3A B),( 3B A),( 2A 2B) 5 阶： (4A B)( 4B A)( 3A 2B)( 3B 2A) 一般我们的工作频率都出于某一特定频带内，也就是A与B的频率相差不

12、会很远，根据上边的结论可以看到三阶、五阶、七阶的干扰频率中会有一些频率落在我们的工作频带内造成干扰。从数学公式看出越高阶的系数越小，也就是强度越弱， 一般七阶级以上的干扰都可以忽略不计，五阶的影响也远小于三阶干扰，所以一般只考虑三阶互调干扰。互调一般都是由于天线的铁磁质材料不纯、接触问题或设备损坏造成。但是还存在一种发射机互调干扰，这是由于基站使用多部不同频率的发射机 (FDMA) 所造成，当多部发射机处于同一地点或者距离很近时，无论它们是各自使用天线还是公用天线，它们的信号都有可能通过电磁耦合或其它途径进入其它发射机中，从而产生互调干扰，由于末端功放通常工作于非线性状态，所以这种干扰通常产生

13、于发射机末端的功率放大器中，并且会随着发射出去。1.10、 阻抗 由于目前在GSM移动通信系统中所使用的馈线阻抗一般都是50欧姆，为了保证良好的匹配，减少电压反射系数，所使用的天线阻抗都是50欧姆。1.11、前后比 前后比是天线辐射出来主瓣的功率最大值与后半的功率最大值的比值： F/B=10log(P ( 前向 ) /P ( 后向 ) ) 现代天线的前后比一般都大于25dB或大于30dB。前后比大的天线，从天线后方发射出来的信号功率越小，这就能更好的减小网内干扰1.12、隔离度 隔离度一般是指对于双极化天线或者双频天线各个天馈线接口之间的隔离度， 现代天线的隔离度一般都大于30dB。除了这些典

14、型参数之外，简单介绍一下通信方程式，根据该方程可以粗略估算位于基站的覆盖范围内某一点的接收电平： 第2章 天线的选择原则2.1、城区内话务密集地区在话务量高度密集的市区，基站间的距离一般在500-1000米，为合理覆盖基站周围500米左右的范围，天线高度根据周围环境不宜太高，选择一般增益的天线，同时可采用天线下倾的方式。天线下倾的倾角计算公式为：=arctg(h/(r/2),为波束倾角，h为天线高度，r为站间距离。选择内置电下倾的双极化定向天线，配合机械下倾，可以保证方向图水平半功率宽度在主瓣下倾的角度内变化小。（1）对话务量高密集市区，基站间距离300-500米，可计算出天线倾角大约在10-

15、19之间，原天线单纯使用机械下倾的方式，下倾角一般在10以上，水平方向图半功率波瓣宽度将变宽，造成站间干扰；后来我们采用西安海天的内置电下倾9的双极化天线HTDBS096515(9)，这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达15，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的10-19内无变化，同时结合适当调底基站发射功率，完全可以满足对话务量高密集市区覆盖且不干扰的要求。 （2）对话务量较密集市区，基站间距离大于500米，可计算出天线倾角大约在6-15之间，我们采用西安海天的内置电下倾6的45双极化天线HTDBS096515（6），这样电下倾加上机械下倾可变倾角将达10，可保证水平方向图半功率波瓣宽度在主瓣下倾的6-16内无变化，可以满足对话务量较密集市区覆盖且不干扰的要求。（3）话务量底密集市区，基站间距离可能更大，天线倾角大约在3-12之间，可采用内置电