本书主要阐述移动通信信号室内覆盖的原理和工程设计。 全书共10章,内容包括无线电技术基础、移动通信网络基础、信号室内覆盖的基本原理、室内覆盖系统工程勘察与设计、多系统共存设计、MIMO技术及其室内实现、中继技术、5G网络信号室内覆盖、工程安装设计和典型场景的覆盖解决方案。本书内容贴近工程实践,内容完整全面,实用性强,有助于应用型人才的能力培养;每章都配有思考题,既有助于学生巩固学习内容,也有助于教师开展教学工作。
本书可作为高校电子及通信工程与相关专业高年级学生的教材,也可作为从事移动通信信号室内覆盖工程建设相关工作的技术人员的参考书。
随着移动互联网的快速发展,室内场景的业务占比越来越高,4G网络70%以上的业务发生在室内。随着5G时代的来临,室内业务应用将更加丰富,主要包括:智能家居、AR/VR、远程医疗、工业自动化、游戏云应用、超高清视频等。这些业务应用对覆盖、带宽、时延和可靠性等网络性能要求较高。5G网络的工作频段更高,无线电波的传播损耗和穿透损耗更大;为了进一步提高数据传输速率,必须更多地采用多通道并行通信技术;为了保证网络可靠性,需要实现对室内分布系统的可监控和易维护。因此室内5G网络的建设更具挑战性。
本书在第一版的基础上,结合当前移动运营商2G/3G网络精简、网络工作频段重耕、5G网络协同建设以及移动通信信号室内分布系统最新的技术发展,新增了5G网络的基本原理、基站射频特性、5G网络室内覆盖解决方案和MIMO实现新技术等内容。
本版依然保持上一版的特色:侧重工程实践,内容全面,深入浅出,适合从事室内分布系统工程建设相关工作的专业技术人员和大专院校通信工程相关专业的学生阅读使用。
全书共10章。第1章介绍移动通信室内分布系统工程建设常用的无线电技术基础知识。第2章介绍当前室内信号分布系统建设中常见的移动通信网络技术及其基站关键射频性能指标。第3章介绍信号室内覆盖的基本原理,主要包括室内信号分布系统的组成及各种信号源、信号分布方式和常用器件的特点。第4章全面介绍室内覆盖系统的工程勘察与设计,主要包括工程选点、现场勘测、网络设计指标、室内覆盖系统设计(容量预测、切换设计、天线布放、功率分配)等相关问题,以及系统原理图及其标识方法等。第5章介绍多系统共存设计,主要包括多系统共分布系统的建设方式、干扰隔离要求和隔离措施。第6章介绍4G网络MIMO技术及其室内实现。第7章介绍中继技术,主要分析了2G/3G网络使用的各种直放站技术及其引起的干扰问题;同时重点介绍了中继技术已成为LTEA网络的关键技术之一,讲述了该技术的应用模式并讨论了由此引起的干扰和资源复用问题。第8章介绍5G网络室内覆盖面临的挑战和解决方案,特别介绍了错层、变频、环形耦合、双向耦合等MIMO新技术。第9章介绍工程安装设计,主要包含主机、天线、无源器件、各种线缆等布放的技术要求和注意事项,以及密封和标识的技术要求。第10章介绍典型场景的覆盖解决方案。
书稿的撰写得到了金陵科技学院的经费资助和相关同事、领导的大力支持,在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,加之技术发展日新月异,书中难免有不足之处,敬请广大读者批评指正。
编著者
2022年8月
第1章 无线电技术基础 1
1.1 电磁波基础 1
1.1.1 无线电波的基本概念 1
1.1.2 移动通信电磁波的工作频段 1
1.1.3 室内电磁波传播模型 3
1.2 天线技术基础 5
1.2.1 天线的作用 5
1.2.2 半波振子天线 6
1.2.3 天线方向图 6
1.2.4 天线增益 8
1.2.5 天线阻抗匹配 9
1.2.6 极化方式 9
1.2.7 工作频带和功率容限 11
1.3 传输线基础 11
1.3.1 传输线的特性 11
1.3.2 传输线阻抗匹配 12
1.3.3 射频同轴电缆 12
1.3.4 泄漏同轴电缆 13
1.4 射频常用术语 14
1.5 接收机射频指标 18
1.6 发射机射频指标 20
1.7 电磁安全 23
1.7.1 电磁安全防护国家标准 23
1.7.2 电磁辐射的计算方法 24
思考题 25
第2章 移动通信网络基础 26
2.1 GSM网络的基本原理 26
2.1.1 GSM网络概述 26
2.1.2 DCS1800技术 28
2.1.3 GSM基站关键射频性能指标 28
2.1.4 GPRS技术 31
2.1.5 EDGE技术 33
2.2 CDMA网络的基本原理 34
2.2.1 CDMA网络概述 34
2.2.2 CDMA基站关键射频性能指标 36
2.2.3 EVDO技术 39
2.3 WCDMA网络的基本原理 40
2.3.1 WCDMA网络概述 40
2.3.2 WCDMA基站关键射频性能指标 42
2.3.3 HSPA技术 46
2.3.4 HSPA+技术 47
2.4 TDSCDMA网络的基本原理 48
2.4.1 TDSCDMA网络概述 48
2.4.2 TD基站关键射频性能指标 50
2.4.3 TDHSPA技术 53
2.5 LTE网络的基本原理 54
2.5.1 LTE的性能目标与网络架构 54
2.5.2 LTE物理层技术与空中接口 55
2.5.3 TDLTE基站关键射频性能指标 58
2.6 WLAN网络的基本原理 62
2.6.1 802.11协议簇 62
2.6.2 WLAN网络架构 64
2.6.3 WLAN的频率划分 65
2.6.4 AP关键射频性能指标 66
2.7 LTEA网络的基本原理 71
2.8 5G网络的基本原理 72
2.8.1 5G网络概述 72
2.8.2 5G空中接口 73
2.8.3 5G基站关键射频性能指标 78
思考题 91
第3章 信号室内覆盖的基本原理 92
3.1 信号室内覆盖技术简介 92
3.2 室内信号分布系统的组成 93
3.3 信号源 93
3.4 信号分布方式 95
3.5 信号室内覆盖常用器件 98
3.5.1 功分器 98
3.5.2 耦合器 99
3.5.3 天线 101
3.5.4 馈线及其接头 104
3.5.5 干线放大器 109
3.5.6 其他器件 110
思考题 112
第4章 室内覆盖系统工程勘察与设计 113
4.1 工程选点 113
4.2 现场勘测 113
4.2.1 勘测前的准备 113
4.2.2 勘测内容 114
4.2.3 模拟测试 115
4.3 网络设计指标 118
4.4 室内覆盖系统设计 122
4.4.1 容量预测 122
4.4.2 覆盖设计 125
4.4.3 信源和分布系统选取 127
4.4.4 切换设计 128
4.4.5 关键设备安装位置的确定 130
4.4.6 电梯覆盖方案的确定 131
4.4.7 天线布放和走线 132
4.4.8 功率分配设计 135
4.4.9 功率分配设计举例 137
4.4.10 优化修正 146
4.5 系统原理图及其标识 146
4.6 影响室内覆盖效果的因素 148
4.7 设计输出文件 149
思考题 150
第5章 多系统共存设计 151
5.1 多系统共站独立分布系统 151
5.2 多系统共分布系统 151
5.2.1 合路器方式 152
5.2.2 POI方式 153
5.2.3 混合方式 154
5.3 多系统共存干扰隔离要求 155
5.3.1 杂散干扰隔离度 156
5.3.2 互调干扰隔离度 158
5.3.3 阻塞干扰隔离度 159
5.4 系统间隔离措施 161
5.4.1 空间隔离的计算 161
5.4.2 室内分布系统间的隔离度计算 161
思考题 162
第6章 MIMO技术及其室内实现 163
6.1 MIMO技术概述 163
6.2 MIMO技术原理 163
6.3 MIMO信道容量 164
6.3.1 信道容量比较 164
6.3.2 MIMO应用模式 167
6.4 多天线技术 168
6.4.1 MIMO多天线与传统天线的比较 169
6.4.2 基站MIMO多天线设置的基本方法 169
6.4.3 室内2×2MIMO技术的实现 170
思考题 171
第7章 中继技术 172
7.1 2G引入中继技术 172
7.2 2G直放站的种类 172
7.2.1 无线宽频直放站 172
7.2.2 无线选频直放站 173
7.2.3 光纤直放站 174
7.3 直放站噪声引入分析 174
7.3.1 基站底噪抬升分析 175
7.3.2 上行串联噪声分析 175
7.3.3 下行噪声分析 176
7.4 3G系统的中继技术 177
7.5 LTEA的中继技术 177
思考题 184
第8章 5G网络信号室内覆盖 185
8.1 5G网络室内覆盖面临的挑战 185
8.1.1 5G新业务对室内网络的需求 185
8.1.2 传统DAS面临的挑战 185
8.2 5G网络室内覆盖解决方案 186
8.2.1 5G网络室内信号源 186
8.2.2 传统DAS的改造 189
8.2.3 MIMO实现新技术 190
8.2.4 新器件 195
思考题 198
第9章 工程安装设计 199
9.1 主机的安装要求 199
9.2 天线安装 201
9.3 无源器件的安装要求 202
9.4 馈线的布放要求 202
9.5 GPS天线的安装要求 204
9.6 电源与接地 205
9.7 网线的布放要求 206
9.8 密封 207
9.9 标识 207
思考题 209
第10章 典型场景的覆盖解决方案 210
10.1 居民小区场景 210
10.2 商业办公场景 211
10.3 校园场景 214
10.4 封闭道路场景 216
10.5 巨型场馆 221
思考题 223
附录 缩略语 224
参考文献 228