3G基站系统设计与施工 ——天线选择与维护 毕业设计及论文.doc
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1、 毕业设计(论文) 设计(论文)题目3G基站系统设计与施工 天线选择与维护 学 院 教 学 系 班 级 姓 名 指导教师 年月3G基站系统设计与施工天线选择与维护摘要随着移动通信技术的飞速发展,人们对移动通信服务质量的要求越来越高。由于移动终端天线受到重量、成本、体积等诸多因素的制约,提高系统的通信质量主要靠基站天线来完成。3G基站天线不同于传统定向基站天线,系统不仅要求其工作带宽达到460MHz,而且要求其达到双极化,高增益、高隔离度等指标。同时,3G基站天线作为移动通信系统中的关键部件,其性能的好坏直接影响着移动通信指标的优劣。因此,对3G基站天线的研究具有极其重要的意义。目前,应用于移动
2、通信系统中的基站天线主要有全向、定向和各种扇区天线。但由于地域的不同、无线传播环境的千变万化、基站服务区的大小和形状区别、业务量要求参差不齐,这需要基站天线的设计能够满足山区、平原、密集城区、郊区、商务会议中心和地铁等不同环境的具体要求。关键词:3G 基站 覆盖 天线目录1绪论11.1基站天线馈线系统介绍11.1.1什么是天馈系统11.1.2天线的功能和作用21.1.3馈线的功能和作用31.1.4避雷器的功能和作用31.1.5防雷接地装置的安装42整体方案52.1无线电传播理论和微蜂窝基站的性能52.1.1无线电传播理论52.1.2微蜂窝基站的性能52.2 3G通信系统的原理62.3天线类型选
3、择和基站类型设置72.3.1天线选择类型72.3.2基站天线设置92.3.3智能天线的应用102.4天馈系统的施工步骤和施工操作方法112.4.1 施工前的准备工作112.4.2材料检验112.4.3射频传输相关部件的数量112.4.4 基站天馈系统部分安装过程112.4.5 基站天线的安装程序112.4.6跳线安装的程序122.4.7主馈缆安装程序122.4.8美化天线介绍132.4.9基站天线系统的维护方法173结论19谢辞20参考资料211绪论天线是实现电磁波传播的必备器件:信号发射端利用天线实现电磁波辐射,信号接收端利用天线实现电磁波感应。因此,不论何种通信系统,只要它采用无线传输方式
4、,就必须使用天线,而不论该系统采用的工作频率是多少,属于何种频段,也不论采用什么多址技术或者什么调制技术。天馈系统是移动通信系统的重要组成部分,其性能优劣对整体移动通信质量的影响至关重要。根据移动通信网运行质量统计结果分析,造成移动通信质量指标下降的主要原因来自天馈系统,大约占到一半以上,而天馈系统中最为重要的指标就是匹配。因此,我们在无线网络建设和日常维护中,必须高度重视对天馈系统的检查,减小天馈系统器件间的不匹配对系统的影响,最大限度的发挥天馈系统的性能。天馈系统是基站设备的射频延伸,不能完全将二者独立。在移动通信网络建设中,站点规划和解决方案的选择会直接影响覆盖效果、网络质量、投资效益和
5、工程难度。无线网络性能场景特征和用户业务特性的不同会呈现较明显的区别,因此在规划和建设中必须因地制宜采用合理的解决方案。1.1基站天线馈线系统介绍1.1.1什么是天馈系统天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定:电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况:垂直极化和水平极化。天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图,在水平面上,辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线,有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线
6、由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。 图1.1.11.1.2天线的功能和作用1 定义无线电发射或接收系统中辐射或接收无线电波的部分。2 功能天线(antenna)是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可
7、逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。图1.1.21.1.3馈线的功能和作用1.定义在无线电发射机放大器输出端和发射天线输入端之间传送射频(RF)能量的线路。2.功能馈线是早期电视机与室外天线连接的信号线,其线扁平一般为双线,两线之间有较宽的距离目的是减小线间分布电容对电视微弱信号的衰减,线体为绝缘塑料外部没有屏蔽层,抗干扰能力极差,室外使用其性能还会受阴雨天气的影响。 现在由于有线电视的普及电视信号线完全由同轴电缆取代。3.作用它的主要作用是有效地传输信号能量,因此,它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端,
8、或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端,同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号,这样,就要求传输线必须屏蔽。当馈线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时,传输线又叫做长线。图1.1.31.1.4避雷器的功能和作用1 定义一种能释放过电压能量、限制过电压幅值的设备。当过电压出现时,避雷器两端子间的电压不超过规定值,使电气设备免受过电压损坏;过电压作用后,又能使系统迅速恢复正常状态。2 功能能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量,保护电工设备免受瞬时过电压危害,又能截断续流,不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间,与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压
9、时,避雷器立即动作,流过电荷,限制过电压幅值,保护设备绝缘;电压值正常后,避雷器又迅速恢复原状,以保证系统正常供电。3 作用防雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一种电器。防雷器的类型主要有保护间隙、阀型防雷器和氧化锌防雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压,一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。1.1.5防雷接地装置的安装1 铁塔的两道防雷地线(40mm4mm以上的镀锌扁铁),应直接由避雷针从铁塔两对角接至防雷地网。2主馈线必须有至少两道以上防雷接地线。3当馈线长度小于30米时, 在塔上平台馈线垂直拐弯后约1m处做第一道防雷接地线
10、,在馈线进线窗外(防水弯之前)或水平拐弯前约1m处做第二道防雷接地线。4当馈线长度大于30米时,除第一、第二道防雷接地线外,在铁塔馈线中间位置做第三道防雷接地线。5 室外水平走向馈线大于5米时(小于15米),须在增加一道防雷接地线,超过15米时,在水平走向馈线中间在增加一道防雷接地线。6 制作主馈线防雷接地线必须顺着雷电泻流的方向单独直接接地,防雷接地线禁止回弯、打死折。7 主馈线地线制作好以后必须用胶泥、胶带的缠绕密封。8 密封包长度应超过密封处两端约5CM左右。在密封包的两端应用扎带扎紧,防止开胶渗水。9 防雷接地点应该接触可靠、接地良好,并涂覆防绣油(漆)。10 室内馈线避雷器接地线必须
11、接至室外防雷接地排(室外防雷地排的安装位置必须低于避雷器的位置或高度)。11 馈线(铁塔)的防雷地阻必须小于标准10(国标)。2整体方案2.1无线电传播理论和微蜂窝基站的性能2.1.1无线电传播理论调幅制无线电广播分为长波、中波和短波三个大波段,分别由相应波段的无线电波传送信号。我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段大致为550kHz-1600kHz,主要靠地波传播,也伴有部分天波;短波广播使用的频段约为2MHz-24MHz,主要靠天波传播,近距离内伴有地波。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号,使用频率约为88MHz-108MHz,主要靠空间波传送信号。
12、2.1.2微蜂窝基站的性能微蜂窝型基站(Femtocel)是利用微蜂窝技术实现微蜂窝小区覆盖的移动通信系统,它可以达到小范围即微蜂窝小区内提供高密度话务量的目的。微蜂窝型基站系统应用的目的是解决一些信号难以覆盖的盲点区和阴影区,比如隧道、地下车库、地下通道、地下商场、高层建筑物低层和顶层等区域;其次还可以解决商业中心、交通要道、娱乐中心、会议中心的话务热点区域的信号覆盖,可以降低这些区域的通信阻塞率和改善通信质量;最后,微蜂窝型室内分布系统也常部署于高层建筑的中间层,可以有效避免手机的频繁切换甚至掉话。图2.1.22.2 3G通信系统的原理3G是第三代移动通信技术的支持简称是指高速数据传输的蜂
13、窝移动通讯技术。在移动通信系统中,由于许多移动台要同时通过一个基站和其它移动台进行通信,因此必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征,以使基站能从众多的移动台信号中分辨出是哪个移动台发出的信号,同时各个移动台也能识别出基站发出的多个信号中哪一个是属于自己的,解决该问题的办法称为多址方式。多址方式的基础是信号特征上的差异。有了差异才能进行识别,能识别了才能进行选择。一般情况下,信号的这种差异可以体现在某些参数上,如信号的工作频率、信号的出现时间以及信号所具有的特定波形等。因此就产生了以下几种多址方式: FDMA(频分多址)不同用户分配在时隙(出现时间)相同、工作频率不同的信道上; TDM
14、A(时分多址)不同用户分配在时隙不同、频率相同的信道上; CDMA(码分多址)各个用户分配在时隙和频率均相同的信道上,以伪随机正交码(PN 码)序列来区分各用户。对于移动通信网络而言,由于用户数和通信业务量激增,一个突出的问题是在频率资源有限的条件下,如何提高通信系统的容量。由于多址方式直接影响到移动通信系统的容量,所以采用何种多址方式,更有利于提高这种通信。系统的容量,一直是人们非常关心的问题,也是当前研究和开发移动通信的热门课题。经过多年的理论和实践证明,三种多址方式中:FDMA 方式用户容量最小,TDMA 方式次之,而 CDMA 方式容量最大。图2.2.32.3天线类型选择和基站类型设置
15、2.3.1天线选择类型在移动通信网工程设计中,应该根据网络的覆盖要求、话务量分布、抗干扰要求和网络服务质量等实际情况来合理的选择基站天线。由于天线类型的选择与地形、地物,以及话务量分布紧密相关,可以将天线使用环境大致分为五种类型:城区、密集城区、郊区、农村地区、交通干线等。 图2.3.1基站天线1城区基站天线 城区基站密度较高,单站预期覆盖范围较小,选择基站天线时应考虑以下几方面:(1)为减少干扰,应选用水平半功率角接近于60度的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构,与现网适配性较好,有助于控制越区切换。如下图所示。(2)城区基站一般不要求大范围覆盖,而更注重覆盖的深
16、度。由于中等增益天线的有效垂直波束相比于高增益天线较宽,覆盖半径内有效的深度覆盖范围较大,可以改善室内覆盖效果,所以选用中等增益天线较好。(3)由于城区基站天线安装空间往往有限,所以选用双极化天线比较切合实际。综上所述,城区基站宜选用水平半功率角为60度左右的中等增益的双极化天线。例如水平半功率角为65度的15dBi双极化天线。2、密集城区基站天线 密集城区基站天线的选择与一般城区基站类似。但由于密集城区基站站距往往只有400米到600米,在使用水平半功率角为65度的15dBi双极化天线,且天线有效挂高35米的情况下,天线下倾角可能设置在14.0度到11.5度之间。此时如果单纯采用机械下倾的方
17、式,倾角过大将引起水平波束变宽,干扰增大,同时上副瓣也会引入较大干扰;而采用电子式倾角天线,则可以较好的解决波形畸变的问题,产生的干扰相对较小。所以密集城区基站选用电子式倾角的水平半功率角为60度左右的中等增益双极化天线较为合适。3、农村地区基站天线 在农村地区,鉴于话务量较小,预期覆盖面积较大的特点,选择基站天线时应考虑以下几方面:(1)对于CDMA网络而言,为提高定向基站两扇区天线服务交叠区间的通信质量(交叠区内有宏观分集的效果),增大交叠区面积,宜选用水平半功率角较大的天线。例如水平半功率角为90度的天线。(2)对于GSM网络而言,为提高覆盖质量,在平原地区使用水平半功率角较大的天线效果
18、较好,但同时会产生切换区域增大的问题;而在山区和丘陵地带使用水平半功率角较小的天线易于控制覆盖方向和范围,效果较好。(3)为保证覆盖半径,应选择高增益天线。(4)由于极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布,对于地物分布相对较稀疏的农村地区,极化分集效果不如空间分集。因此在安装条件具备的情况下,应尽可能使用单极化天线。(5)如果基站周围各方向上都没有明显阻挡,话务需求较小,预期覆盖范围也较小,可以选用全向天线。综上所述,CDMA网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角较大的高增益单极化天线,例如水平半功率角为90度的17dBi单极化天线;GSM网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角适配的高增
19、益单极化天线,例如水平半功率角为90度或65度的17dBi单极化天线。全向基站则可以选用11dBi的全向天线。 4、郊区基站天线 郊区的情况介于城区和农村之间。对于站距较大的基站,可以参照农村基站天线的选用原则;反之则参照城区基站天线的选用原则。 5、交通干线基站天线 如果覆盖目标仅为高速公路或铁路等交通干线,可以考虑使用8字形天线。8字形天线有如下特点:(1)8字形天线的辐射方位图与交通干线需覆盖区域的形状匹配较好;(2)8字形天线实际上是全向天线的变形,因此无需采用功分器;(3)使用一根天线代替两扇区天线,成本较低。 如果覆盖目标为交通干线及其一侧的村镇,则可采用方向角为210度的天线。这
20、种天线的辐射方位特性使得天线波瓣能够同时顾及到交通干线和村镇,它具有与8字形天线类似的特点。2.3.2基站天线设置 1.下倾角设置 合理设置天线下倾角不但可以降低同频干扰的影响,有效控制基站的覆盖范围和整网的软切换比例(对CDMA网络而言),而且可以加强本基站覆盖区内的信号强度。通常天线下倾角的设定有两方面侧重,即侧重于干扰抑制和侧重于加强覆盖。这两方面侧重分别对应不同的下倾角算法。一般而言,对基站分布密集的地区应侧重于考虑干扰抑制,而基站分布较稀疏的地区则侧重于考虑加强覆盖。 2. 考虑干扰抑制时的下倾角 在基站天线半功率角范围内,天线增益下降缓慢,超过半功率角后,天线增益(尤其是上波瓣)衰
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