第4章無線接入網(wǎng)4.1無線接入網(wǎng)概述

4.2無線接入基本技術(shù)

4.3無線接入系統(tǒng)

4.4小結(jié)

思考題與習(xí)題

4.1無線接入網(wǎng)概述

無線接入網(wǎng)，顧名思義，是部分或全部采用無線電波這一傳輸媒質(zhì)連接用戶與交換中心的網(wǎng)絡(luò)。按照這一定義，無線本地環(huán)路、蜂窩與無繩系統(tǒng)、連接用戶終端與交換中心的微波一點對多點系統(tǒng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)，都可納入無線接入網(wǎng)的范疇。

采用無線電波連接用戶與交換中心已有多年的歷史。最初，其主要的應(yīng)用有兩個方面：一方面用于用戶密度稀疏且有線鏈路難以到達的地區(qū)，如海島、山區(qū)和農(nóng)村等，對于農(nóng)村地區(qū)，微波一點對多點系統(tǒng)具有較大的靈活性和較好的經(jīng)濟性；另一方面，作為臨時性通信手段使用，例如，對于急需通信業(yè)務(wù)但固定有線接入網(wǎng)又未建成或容量不夠的新商業(yè)區(qū)以及用戶小區(qū)等，無線鏈路可以作為臨時性通信手段來使用，有線接入網(wǎng)建成或擴容后，無線鏈路可由有線鏈路取代，而替換下來的無線設(shè)備又可重新作為其它地方的臨時應(yīng)用。

但最近幾年，隨著蜂窩和無繩移動系統(tǒng)的發(fā)展，無線鏈路的使用已經(jīng)由用戶稀疏的農(nóng)村和市郊地區(qū)移向用戶密集的市區(qū)。同時，它也從臨時性鏈路變?yōu)橛谰眯枣溌?，從固定性接入變?yōu)橐苿有越尤?。與有線接入網(wǎng)相比，無線接入網(wǎng)具有以下幾方面的特點：

(1)建設(shè)周期短。因為在無線接入網(wǎng)的建設(shè)中，省去了有線接入網(wǎng)建設(shè)中不可少的挖坑埋纜或豎桿架線等線路施工過程，故大大縮短了工期。

(2)在通信距離較長時，采用無線接入鏈路具有較好的經(jīng)濟性。這不僅是因為節(jié)省了有線線路的建設(shè)投資，而且也節(jié)省了有線線路的維護費用。

(3)抗災(zāi)變能力強。有線線路對于地震、風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)等自然災(zāi)害無能為力，一旦線路被中斷，恢復(fù)時間較長。而無線線路一般不容易被自然災(zāi)害所中斷，即使由于自然災(zāi)害造成線路中斷，其恢復(fù)時間也較短。

(4)能同時向用戶提供固定接入和移動接入。無線接入網(wǎng)除了能向用戶提供有線接入網(wǎng)中的固定接入業(yè)務(wù)外，還能向用戶提供有線接入網(wǎng)不能提供的移動接入業(yè)務(wù)。能向用戶提供移動性業(yè)務(wù)是無線接入網(wǎng)區(qū)別于有線接入網(wǎng)的重要標(biāo)志。

(5)支持個人通信。個人通信的特點是用戶與終端的移動性。只有無線接入網(wǎng)才能支持個人通信的移動性，因此，無線接入網(wǎng)必然是未來個人通信網(wǎng)中不可缺少的重要組成部分。當(dāng)然，無線接入網(wǎng)的發(fā)展不是以取代有線接入網(wǎng)為目標(biāo)的。恰恰相反，無線接入網(wǎng)與有線接入網(wǎng)是相互補充的關(guān)系。在許多情況下，電信接入網(wǎng)是由銅線、光纖和無線共同組成的。這種混合接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將使整個電信接入網(wǎng)變得更為靈活、可靠和經(jīng)濟。這種靈活、可靠和經(jīng)濟的接入網(wǎng)，將從根本上解決電信網(wǎng)的“瓶頸”問題，因此必然成為未來信息高速公路的重要組成部分。無線接入網(wǎng)涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，它不僅包括有線接入網(wǎng)中涉及到的雙工技術(shù)、復(fù)用技術(shù)和多址技術(shù)，還包括有線接入網(wǎng)中未涉及到的無線傳輸技術(shù)。在無線接入網(wǎng)中，幾乎涉及到所有無線傳輸技術(shù)，如信源編碼、信道編碼、調(diào)制解調(diào)、無線發(fā)送與接收、無線頻譜分配、功率自動控制和抗衰落技術(shù)等。限于篇幅，這里不可能對這些技術(shù)一一進行詳細(xì)論述。后面在具體系統(tǒng)介紹中，會對某些關(guān)鍵技術(shù)進行簡要介紹。4.1.1無線本地環(huán)路的基本結(jié)構(gòu)

無線本地環(huán)路(WirelessLocalLoop,WLL)是采用無線傳輸技術(shù)連接固定用戶與交換局的一種本地環(huán)路。它只能提供固定無線接入業(yè)務(wù)，所以不包含復(fù)雜的移動性管理和越區(qū)切換功能。

圖4-1所示為本地環(huán)路的基本結(jié)構(gòu)。圖(a)、(b)、(c)、(d)分別為無線本地環(huán)路的四種不同結(jié)構(gòu)。圖4-1無線本地環(huán)路基本結(jié)構(gòu)圖4-1(a)是全無線化的本地環(huán)路，即從端局到用戶全部用無線傳輸技術(shù)取代有線傳輸技術(shù)。這種情況可以被稱為無線到家庭。圖4-1(b)、(c)、(d)是部分采用無線傳輸?shù)谋镜丨h(huán)路。其中圖(b)是用無線傳輸取代了有線本地環(huán)路中的配線網(wǎng)和用戶線；圖(c)是用無線傳輸技術(shù)取代了有線本地環(huán)路中的用戶線；而圖(d)則是用無線傳輸技術(shù)取代了有線本地環(huán)路中的饋配線網(wǎng)。下面對無線本地環(huán)路的四種基本結(jié)構(gòu)做進一步說明。

1.全無線本地環(huán)路

全無線本地環(huán)路的特點是，從用戶到交換局的有線傳輸全部用無線傳輸取代。它通常由位于交換局的一個無線基站和多個位于不同用戶住所的無線網(wǎng)絡(luò)單元(RNU)組成，如圖4-1(a)所示。由圖可知，這種環(huán)路實際上是一種點對多點的大區(qū)制固定無線系統(tǒng)。在本地交換局處，需要設(shè)立大功率發(fā)射機和較高的全向天線，用以覆蓋整個交換局的服務(wù)區(qū)。在用戶端則必須安裝一個無線網(wǎng)絡(luò)單元，用戶終端(電話機或數(shù)據(jù)終端)直接與無線網(wǎng)絡(luò)單元相連。由于這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)覆蓋范圍較大，因此在相同頻帶和多址技術(shù)下，容納的用戶數(shù)較少，不適于人口稠密的市區(qū)，而對于距交換機較遠(yuǎn)的人口稀疏的市郊、山區(qū)和農(nóng)村，卻具有較好的經(jīng)濟性和實用性。

2.無線配線與引入線本地環(huán)路

無線配線與引入線本地環(huán)路將有線本地環(huán)路中的配線段與用戶引入線用無線鏈路替代，如圖4-1(b)所示。在這種環(huán)路中，無線基站設(shè)在交接箱的位置，一側(cè)通過主干有線(銅纜或光纜)鏈路與交換機相連，另一側(cè)則通過無線鏈路與用戶端的無線終端相連。這種環(huán)路的覆蓋范圍較全無線本地環(huán)路要小，常被稱為小區(qū)制固定蜂窩無線系統(tǒng)。在這種小區(qū)制系統(tǒng)中，可以在不同的小區(qū)之間采用頻率復(fù)用技術(shù)。這樣，在相同的頻帶和多址技術(shù)下，與大區(qū)制系統(tǒng)相比，它能容納的用戶數(shù)量大大增加，所以特別適用于人口稠密的市區(qū)。

3.無線用戶線本地環(huán)路

無線用戶線本地環(huán)路的特點是，只將有線接入網(wǎng)中的用戶引入線用無線鏈路替代，如圖4-1(c)所示。這種結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍更小，一般為數(shù)百米甚至數(shù)十米，通常被稱為微蜂窩區(qū)系統(tǒng)。這種環(huán)路通常采用點到多點的微蜂窩固定無繩系統(tǒng)來實現(xiàn)。因為這種系統(tǒng)的覆蓋范圍很小，所以基站的發(fā)信功率也很小。當(dāng)然，適當(dāng)加大基站的發(fā)信功率，也可擴大其覆蓋范圍。通常，這種環(huán)路采用按需分配帶寬和集中壓縮技術(shù)，用以支持寬帶業(yè)務(wù)。由于這種環(huán)路的頻率再用次數(shù)較小區(qū)制系統(tǒng)還要多，因而在相同的頻帶和多址技術(shù)下，其容納的用戶數(shù)更多，特別適用于市區(qū)人口稠密區(qū)。

4.無線饋配線本地環(huán)路

無線饋配線本地環(huán)路的特點是，將有線接入網(wǎng)中的饋線段和配線段用無線鏈路替代，如圖4-1(d)所示。無線線路終端(RLT)設(shè)在交換局，用戶通過銅雙絞線連接到無線遠(yuǎn)端(RRT)的復(fù)用器或集中器上。這種結(jié)構(gòu)適用于距交換局較遠(yuǎn)的單位用戶。它可以通過點到點(如果只有一個遠(yuǎn)端復(fù)用器)或點到多點(如果有多個遠(yuǎn)端復(fù)用器)的微波系統(tǒng)來實現(xiàn)。如果距離較遠(yuǎn)，無線鏈路還可以使用中繼器進行接力傳輸。4.1.2實現(xiàn)方案

對于不同的無線本地環(huán)路結(jié)構(gòu)有不同的實現(xiàn)方案。下面介紹幾種目前使用較多的實現(xiàn)方案。

1.微波點到點系統(tǒng)

微波點到點系統(tǒng)采用地面微波視距傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)接入網(wǎng)中點到點的信號傳送。它主要用于將遠(yuǎn)端集中器或用戶復(fù)用器與本地交換機連接起來。當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時，這是一種經(jīng)濟的連接手段。

2.微波點到多點系統(tǒng)

微波點到多點系統(tǒng)是以微波無線電作為連接用戶終端和交換機的傳輸媒質(zhì)的通信系統(tǒng)。例如，日本NEC公司研制的數(shù)字無線多址用戶系統(tǒng)(DRMASS)、加拿大SRT公司研制的SR500系統(tǒng)以及美國AT&T公司研制的多址無線電(MAR)都是這種系統(tǒng)的典型代表，它們都采用了TDMA技術(shù)的點到多點系統(tǒng)。

3.固定蜂窩系統(tǒng)

固定蜂窩系統(tǒng)可由移動蜂窩系統(tǒng)改造而成。它去掉了移動蜂窩系統(tǒng)中復(fù)雜的移動交換機，不需要昂貴的手機，從而降低了成本。為了適應(yīng)本地環(huán)路應(yīng)用，它保留了移動蜂窩系統(tǒng)中原有的基站設(shè)備，增加了固定用戶終端。由于用戶是固定的，因而可以使用定向天線減小不同用戶之間的干擾。同時，在同樣的頻帶內(nèi)，它受多徑衰落的影響較小。這樣，在傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相同的情況下，其容量可比移動蜂窩系統(tǒng)增加一倍。美國Motorola公司研制的WillCDMA無線環(huán)路系統(tǒng)就是這種系統(tǒng)的典型代表。需要指出的是，GSM和IS-54第二代蜂窩系統(tǒng)對于無線本地環(huán)路的應(yīng)用是不理想的，因為它們對語音進行了高度壓縮和信道編碼交織處理，從而引入了較大的時延，所以必須使用回波抵消器來消除或減少回波干擾。不過，在業(yè)務(wù)惡化量可以接受并要求快速提供業(yè)務(wù)的情況下，也會用到它們。

4.固定無繩系統(tǒng)

固定無繩系統(tǒng)是由移動無繩系統(tǒng)(如歐洲的DECT或日本的PHS)改造而成的。其改造方法很簡單，為了擴大覆蓋范圍，需要將全向天線改造為高增益天線。例如，DECT系統(tǒng)采用高增益天線后，其視距傳輸距離可超過5km，在普通市區(qū)環(huán)境下也能傳輸2km。當(dāng)然，若與有線饋線結(jié)合使用，也可不用高增益天線。無繩系統(tǒng)的高話務(wù)量特性使其非常適于在用戶密度較高的市中心區(qū)使用。由于無繩系統(tǒng)原來的設(shè)計目標(biāo)是用于室內(nèi)，如果用于室外，則需要考慮多徑衰落以及TDD所引入的同步與時延擴散帶來的問題。

5.專用本地?zé)o線環(huán)系統(tǒng)

專用本地?zé)o線環(huán)系統(tǒng)有兩大類：一類是分段集中系統(tǒng)；另一類是混合銅線與無線(HCR)系統(tǒng)。前者主要用于替代有線配線網(wǎng)；后者則主要用于取代用戶引入線部分。這類系統(tǒng)是專為本地環(huán)路應(yīng)用研制的，適用于開放ISDN等新業(yè)務(wù)，代表了無線本地環(huán)路系統(tǒng)的一種新的發(fā)展趨勢。

4.2無線接入基本技術(shù)

無線接入技術(shù)是指從業(yè)務(wù)節(jié)點接口到用戶終端全部和部分采用無線方式，即利用衛(wèi)星、微波等傳輸手段向用戶遠(yuǎn)距離提供各種業(yè)務(wù)的技術(shù)。無線接入技術(shù)主要包括以下幾個方面：

(1)多址調(diào)制技術(shù)，研究頻譜效率高、抗干擾能力強的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和多址接入方式。

(2)信源編碼和信道編碼技術(shù)，研究傳送效率高、糾錯能力強的編碼方法。

(3)信號接收技術(shù)，包括對抗無線衰落信道的分集接收和自適應(yīng)均衡技術(shù)。

(4)信息安全技術(shù)，包括無線接入用戶的合法性鑒別和通信信息的加密。

(5)無線空中接口，移動臺和基站收發(fā)器之間的開放接口。

下面各節(jié)我們將分別介紹這些技術(shù)。4.2.1多址技術(shù)

在蜂窩式移動通信中，一個基站需要同時和多個用戶進行通信，因而必須對不同的用戶和基站發(fā)出的信號加以區(qū)別，即信號必須在參數(shù)上有所不同，這樣基站就能從眾多用戶中區(qū)分出各用戶的信號，而各用戶又能從基站發(fā)出的眾多信號中識別出哪個信號是發(fā)給自己的。這時就要用到多址技術(shù)。

多址技術(shù)就是實現(xiàn)在射頻信道上多個用戶能相互通信的技術(shù)?，F(xiàn)在常用的多址方式有四種，即FDMA、TDMA、CDMA和SDMA。

1.頻分多址(FDMA)

頻分多址是以頻率來區(qū)分信道的，將通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(或稱信道)，分配給不同的用戶使用，這些頻道互不重疊。發(fā)送時每個用戶占用一個信道，在接收端通過頻率選擇(即濾波)，從混合信號中選出相應(yīng)的信號，濾除來自鄰近信道的干擾。

FDMA是在第一代模擬移動通信系統(tǒng)中被廣泛采用的形式。例如在英國的TACS系統(tǒng)中頻道間隔為25kHz，每個頻道傳輸一路語音和信令。

2.時分多址(TDMA)

時分多址是將一個無線頻道按時間分為若干個時隙，每個用戶占用一個時隙，在規(guī)定的時隙內(nèi)收發(fā)信號，接收時利用定時選通門來選出相應(yīng)的信號，限制鄰近信道的干擾。

TDMA具有以下幾方面的特點：

(1)對給定的頻譜利用率高，傳輸帶寬是FDMA的好幾倍，所以抗干擾性能和抗多徑衰落性能較好；

(2)TDMA傳輸需要時域防護帶和移動臺同步，所以所需的傳輸開銷大于FDMA；

(3)TDMA每個載頻可以復(fù)用多個用戶的信息(2～30路用戶)，使系統(tǒng)所需設(shè)備減少，成本降低；

(4)移動臺的發(fā)射和接收占用不同的時隙，TDMA在一個單頻信道上用不同的時隙進行發(fā)射和接收，稱為時分雙工(TDD)，而在FDMA中，需要上行和下行兩個載頻，不需要頻率切換，所以在TDMA中不需要FDMA中的收發(fā)共用裝置。

TDMA被廣泛用于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，例如歐洲的GSM系統(tǒng)，載波間隔為200kHz，每個載波分成8個時隙，供8個用戶使用。GSM的系統(tǒng)容量約是模擬TACS的2倍。

3.碼分多址(CDMA)

碼分多址在發(fā)送端用互不相同的、相互正交或準(zhǔn)正交的地址碼來調(diào)制發(fā)送信號，在接收端利用地址碼的正交性或準(zhǔn)正交性，通過相關(guān)檢測從混合信號中選出相應(yīng)的信號。在CDMA方式中，有兩種常用的方式：直接(DS)擴頻和跳頻(FH)擴頻。這兩種方式都屬于擴頻通信，所以CDMA也稱擴頻多址(SSMA)。

CDMA的主要特點如下：

(1)CDMA比FDMA和TDMA有更大的容量，可與其它模擬系統(tǒng)共存；

(2)由于CDMA的功率分布在很寬的頻譜上，因此對其它窄帶模擬系統(tǒng)的干擾很?。?/p>

(3)擴頻后系統(tǒng)的帶寬擴展很大，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.空分多址(SDMA)

空分多址通過分割空間信道分離同一時隙和同一頻道上的多個用戶信號。例如，將定向天線的波束在空間上覆蓋不同的區(qū)域，自適應(yīng)天線陣列將利用自適應(yīng)波束形成技術(shù)形成自動跟蹤移動臺的波束，每個用戶對應(yīng)一個波束。各種蜂窩系統(tǒng)都采用SDMA，在不同的小區(qū)內(nèi)實現(xiàn)了頻率再用。

SDMA通常與前三種多址方式結(jié)合運用。與FDMA結(jié)合可使多用戶享用同一頻率信道；與TDMA結(jié)合可使多用戶享用同一時隙信道；與CDMA結(jié)合可通過空間信道的分割來抑制多址干擾。4.2.2語音編碼技術(shù)

在無線接入系統(tǒng)中，信道的傳播條件差，用戶對語音質(zhì)量有一定的要求，所以數(shù)字語音編碼應(yīng)滿足以下條件：

(1)編碼速率較低。目前使用的語音編碼速率一般為8～12kb/s。

(2)在給定的編碼速率下，語音質(zhì)量應(yīng)盡可能高。

(3)在強噪聲環(huán)境下，編碼算法應(yīng)具有較高的抗誤碼性能。

(4)編碼、譯碼時延較小，控制在幾十毫秒之內(nèi)。

(5)編譯碼算法易于大規(guī)模實現(xiàn)。語音編碼技術(shù)可分為三類：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。

波形編碼將時域的模擬語音信號經(jīng)過取樣、量化后直接對信號波形編碼形成數(shù)字信號。其編碼速率為16～64kb/s，不能直接用于頻率資源受限的無線通信。例如，脈沖編碼調(diào)制(PCM)的編碼速率是64kb/s,增量調(diào)制(ΔM)的編碼速率是32kb/s(單路語音)。

參數(shù)編碼將時域的模擬語音信號經(jīng)過取樣、量化后，提取出語音的特征參數(shù)，然后對這些特征參數(shù)進行編碼而形成數(shù)字信號。其編碼速率可以很低，可壓縮到2.4kb/s以下。例如，線性預(yù)測編碼(LPC)的編碼速率為2.4～4.8kb/s。但這樣損失了語音的自然度，抗噪聲和抗干擾能力差。混合編碼兼顧了以上兩種編碼方法，不但對語音信號的特征參數(shù)進行編碼，而且對原信號的部分波形進行編碼，適用于數(shù)字蜂窩移動通信?；旌暇幋a方案有兩種：多脈沖激勵線性預(yù)測編碼(MPLPC)和碼激勵線性預(yù)測編碼(CELPC)。

多脈沖激勵線性預(yù)測編碼(MPLPC)將從N個激勵脈沖樣本的序列中選留其中的M個樣本激勵，使其與原始語音誤差最小，然后將樣本的參數(shù)(位置和幅度)編碼為傳輸數(shù)字信號。例如，GSM系統(tǒng)中采用的語音編碼方案——規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測(RPE-LTP)即是這種編碼方案。碼激勵線性預(yù)測編碼(CELPC)將激勵脈沖設(shè)置為N個樣值，構(gòu)成一個N維矢量的碼字，K個碼字構(gòu)成一個碼書。選擇與原語音誤差最小的激勵碼字，并將其在碼書中的位置編碼送至接收機。由于不需要傳送N個激勵樣值本身，因此可以有效地壓縮傳輸信號的速率。例如，北美CDMA(IS-95)系統(tǒng)中采用的語音編碼方案——Qualcomm碼激勵線性預(yù)測(QCELP)即是這種編碼方案。4.2.3信道編碼技術(shù)

信道編碼是在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，在信息碼元中再增加冗余(即監(jiān)督碼元)，用來供接收端糾正或檢出信息在信道傳輸中的誤碼。

在數(shù)字移動通信中，由于無線接入信道是隨機和突發(fā)并存的變參信道，因此數(shù)字信號在傳輸中會發(fā)生兩種類型的差錯：隨機錯誤和突發(fā)錯誤。要保證數(shù)字信令和信號的可靠傳輸，就要使用信道編碼對整個通信系統(tǒng)進行差錯控制來降低數(shù)字信號傳輸?shù)恼`比特率(BER)。

差錯控制方式主要有三種：前向糾錯(FEC)、反饋重傳(ARQ)和混合糾錯(HEC)。前向糾錯(FEC)：發(fā)送端發(fā)送具有糾錯性能的碼，如果傳輸中發(fā)生的錯誤屬于該糾錯碼能糾正的類型，則接收端譯碼器不僅能檢錯，而且能糾錯。

反饋重傳(ARQ)：接收端譯碼器如發(fā)現(xiàn)接收有錯誤，則通知發(fā)送端重發(fā)有錯誤的消息，直至接收端接收到正確消息為止。

混合糾錯(HEC)：發(fā)送端發(fā)送的碼不僅能檢錯，而且具有一定的糾錯能力。如果傳輸中發(fā)生的錯誤屬于該糾錯碼能糾正的類型，則接收端譯碼器能自動糾錯，否則通過反饋重傳的方法加以糾正。在移動通信中，幾乎都采用前向糾錯(FEC)的差錯控制方式。

按對信源序列處理方式的不同，信道編碼可分為分組碼與卷積碼兩大類。

4.2.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)

數(shù)字調(diào)制的基本方式包括幅度鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。數(shù)字調(diào)制最簡單的情況是二進制調(diào)制，即調(diào)制信號是二進制數(shù)字信號。在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種變化狀態(tài)。在無線接入系統(tǒng)中使用的數(shù)字調(diào)制方案可分為線性調(diào)制技術(shù)和恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)兩大類。線性調(diào)制方案有PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、π/4-QPSK、MPSK、MQAM等。例如，美國IS-95窄帶CDMA系統(tǒng)使用的調(diào)制技術(shù)是QPSK和OQPSK；美國的個人接入通信系統(tǒng)(PACS)和日本的個人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)使用的調(diào)制技術(shù)是π/4-QPSK。

恒包絡(luò)調(diào)制方案有2FSK、MSK、GMSK、TFM、GTFM等。例如，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)(GSM)使用的調(diào)制技術(shù)是GMSK。使用多電平調(diào)制可以獲得頻譜效率的提高。QAM是振幅和相位聯(lián)合的調(diào)制技術(shù)，近年來，人們對多電平QAM應(yīng)用于移動環(huán)境進行了研究。例如，根據(jù)移動信道特性的好壞可自適應(yīng)地改變QAM的電平數(shù)，即改變信道的傳輸速率，從而形成變速率QAM(VR-QAM)。

多載波調(diào)制(MCM)已成為移動通信應(yīng)用研究的熱點，即將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流劃分成速率較低的若干個子數(shù)據(jù)流，并將這些子數(shù)據(jù)流用若干個子載波分別調(diào)制。例如16QAM的多載波調(diào)制技術(shù)已在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中使用。

在未來的移動通信系統(tǒng)中，正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)和多載波碼分多址(MC-CDMA)等調(diào)制技術(shù)將受到人們的廣泛關(guān)注。4.2.5擴頻技術(shù)

擴頻通信是指系統(tǒng)占用的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)脑夹盘枎挘遗c原始信號帶寬無關(guān)。在發(fā)送端，頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制(擴頻)的方法來實現(xiàn)的，在接收端則用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)(解擴)來恢復(fù)信息數(shù)據(jù)。

1.擴頻技術(shù)的基本理論

擴展頻譜通信的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)(Shannon)公式：式中：C為信道容量，單位為b/s；W為帶寬；S為信號功率；N為噪聲功率。

這個公式說明，對于給定的信息容量C，帶寬W和信噪比存在著互換的關(guān)系，即若減小帶寬，則必須發(fā)送較大的信號功率，若有較大的傳輸帶寬，則在同樣信道容量的情況下能夠用較小的信號功率來傳送，這表明寬帶系統(tǒng)具有較好的抗干擾性。

處理增益是擴頻通信系統(tǒng)的一個重要的性能指標(biāo)。處理增益Gp定義為擴頻信號帶寬W與所傳信息帶寬B的比值，即 。它表示擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。在擴頻系統(tǒng)中，衡量系統(tǒng)抗干擾能力的常用參數(shù)為干擾容限。干擾容限是指在保證系統(tǒng)輸出端達到門限信噪比的情況下，接收機輸入端能承受的干擾信號比有用信號高出的分貝(dB)數(shù)，其數(shù)學(xué)表達式為

式中：Mj為干擾容限；Gp為處理增益；Ls為系統(tǒng)損耗；為接收機的輸出信噪比。

2.擴頻通信系統(tǒng)的種類

在擴頻通信系統(tǒng)中，除需對所傳送的信息進行第一次調(diào)制處理外，還需對其調(diào)制頻譜進行第二次調(diào)制，以達到擴展頻譜的目的。按照頻譜擴展方式的不同，擴頻通信系統(tǒng)可分為以下四種基本形式：直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻和線性調(diào)頻擴頻。

1)直接序列擴頻(DS-SS)

直接序列擴頻是指在發(fā)信端直接用擴頻序列去擴展信號的頻譜，在收信端用相同的擴頻碼序列進行解擴，將展寬的頻譜擴展信號還原成原始信息。其原理如圖4-2所示。圖4-2直接擴頻通信系統(tǒng)

2)跳頻擴頻(FH-SS)

跳頻擴頻是指在一組指定的頻率范圍內(nèi)，載波的頻率在一偽隨機序列的控制下不斷改變。其原理如圖4-3所示。只要收、發(fā)信雙方保證時域和頻域上的跳頻順序一致，就能確保雙方的通信可靠。在每一個跳頻時間的瞬時，用戶所占用的信道帶寬是窄帶頻譜，隨著時間的變換，一系列的瞬時窄帶頻譜在一個很寬的頻帶內(nèi)跳變，形成一個很寬的跳頻帶寬。跳頻帶寬等于載頻數(shù)目與信道帶寬之積。圖4-3跳頻擴頻通信系統(tǒng)用于跳頻控制的偽隨機碼又稱為跳頻碼。常用的跳頻碼有M序列和R-S序列等。

3)跳時擴頻(TH-SS)

跳時擴頻是指將時間軸按幀分成若干個時隙，由擴頻碼序列去控制幀內(nèi)各個時隙的信號發(fā)射。由于用窄得多的時隙去發(fā)送信號，因而展寬了信號的頻譜。

4)線性調(diào)頻擴頻(Chirp-SS)

線性調(diào)頻擴頻是指在給定的脈沖持續(xù)間隔內(nèi)，系統(tǒng)的載頻線性地掃過一個很寬的頻帶。因為頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，所以信號的帶寬被展寬。在擴頻系統(tǒng)中，DS和FH是兩種最重要的形式，其中DS最為簡單。在頻譜擴展時，由于充分利用各種碼型不同、具有優(yōu)良自相關(guān)和互相關(guān)特性的擴頻碼，因此在接收端可利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，而且在分配不同碼型給不同用戶時，可以區(qū)分出不同用戶的信號，提取出有用信號。這樣在一個寬頻帶上，許多用戶可同時通信而不會相互干擾。這種利用不同碼型進行分割的多址接入方式就是碼分多址(CDMA)。

在CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中應(yīng)用的擴頻技術(shù)是直接序列擴頻，這樣的系統(tǒng)叫做直接序列擴頻通信系統(tǒng)，通常簡稱為直擴(DS)系統(tǒng)。直擴系統(tǒng)主要有兩種形式。第一種系統(tǒng)的構(gòu)成形式如圖4-4(a)所示。

該系統(tǒng)采用一組正交碼作為地址碼，使用一個偽隨機碼加擴和解擴。這種系統(tǒng)由于采用了完全正交的地址碼組，因此各用戶之間的相互影響可以完全除掉，但系統(tǒng)比較復(fù)雜，特別是同步系統(tǒng)。

第二種系統(tǒng)的構(gòu)成形式如圖4-4(b)所示。該系統(tǒng)采用了一組正交性良好的偽隨機碼，其互相關(guān)值接近于0。該組偽隨機碼既用做用戶的地址碼，又用于加擴和解擴。這種系統(tǒng)沒有單獨的地址碼組，而用不同的偽隨機碼來代替，使整個系統(tǒng)相對簡單一些。但是，由于偽隨機碼組是準(zhǔn)正交的，即碼組內(nèi)任意兩個偽隨機碼的互相關(guān)值不為0，因此各用戶之間的相互影響不可能完全除掉，整個系統(tǒng)的性能將受到一定的影響。圖4-4直接序列擴頻通信系統(tǒng)

3.直接序列擴頻實現(xiàn)CDMA通信的原理

用直接序列擴頻實現(xiàn)CDMA通信的原理如圖4-5所示。假設(shè)通信線路數(shù)為N。

(1)載波s(t)，s(t)=Acoswct(N路均相同)。

(2)信息mi(t)，(i=1，2，…，N)。

(3)調(diào)制信號si(t)，si=Ai(t)cos［wct+ji(t)］(i=1,2,…，N)。

若是振幅調(diào)制，則

si=Ai(t)coswct

若是相位調(diào)制，則

si=Ai(t)cos［wct+ji(t)］圖4-5直接序列擴頻通信的原理圖

(4)擴頻函數(shù)gi(t)。理想的gi(t)應(yīng)具有正交性，即

由于偽隨機序列具有準(zhǔn)正交性，因此可用做擴頻函數(shù)。

(5)擴頻信號Gi(t)，

Gi(t)=gi(t)si(t)=gi(t)mi(t)s(t)

(i=1，2，…，N)

因為gi(t)頻帶很寬，所以Gi(t)為一寬帶信號。

(6)收端信號y(t)。N路擴頻信號在信道上進行合成，因此，收端信號為

(7)解擴后的輸出信號為Yi(t)。當(dāng)接收端擴頻函數(shù)為gi(t)時，解擴后的信號利用擴頻函數(shù)的正交性

可得

Y1(t)=m1(t)s(t)

y1(t)是一窄帶調(diào)制信號，通過解調(diào)容易得到m1(t)的信息。同理，當(dāng)接收端采用不同的擴頻函數(shù)時，就可得到其它各路的信息。4.2.6網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

由于無線接口是開放的，通信信息容易被截獲、竊聽，因此無線接入系統(tǒng)都提供完備的網(wǎng)絡(luò)安全功能，一般應(yīng)包括以下防范措施：

(1)對于接入網(wǎng)絡(luò)的呼叫請求進行鑒權(quán)，認(rèn)證用戶身份的合法性。

(2)對移動臺的用戶識別碼進行保護，即用經(jīng)常變更的臨時移動臺識別碼代替用戶識別碼。

(3)對無線信道上的用戶數(shù)據(jù)和信令信息進行加密。

在CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的用戶鑒權(quán)和信息加密功能更加完善，以保障注冊用戶的權(quán)利和信息的安全性。下面以CDMA系統(tǒng)為例簡要介紹用戶鑒權(quán)和信息加密。

1.用戶鑒權(quán)

移動臺在CDMA模式或AMPS模式下工作時都應(yīng)鑒權(quán)。通常在進行以下操作前應(yīng)該進行鑒權(quán)：

(1)移動臺作為主叫；

(2)移動臺作為被叫；

(3)移動臺位置登記、位置更新；

(4)基站要求鑒權(quán)。

SSD(共用加密數(shù)據(jù))是存儲于移動臺半永久性存儲器中由系統(tǒng)程序生成的128bit數(shù)據(jù)。其中SSD-A用于鑒權(quán)，SSD-B用于信息加密。鑒權(quán)分為SSD共享和非SSD共享兩種。若AC(鑒權(quán)中心)將鑒權(quán)算法和對移動臺的鑒權(quán)數(shù)據(jù)都傳給VLR，則鑒權(quán)可在MSC/VLR(移動交換中心/拜訪位置寄存器)中進行，這種方式稱為SSD共享；若每次鑒權(quán)都必須由AC完成，則稱為非SSD共享。

為了防止無線接口泄密，不能在無線接口中傳輸移動臺的ESN(設(shè)備電子序列號)、SSD等保密密碼。

當(dāng)AC認(rèn)為當(dāng)前的SSD不可靠時，啟動SSD更新過程。無論使用哪種鑒權(quán)方式，SSD更新只能由AC完成。

2.信息加密

信息加密是為了加強鑒權(quán)過程，并保護用戶的敏感信息，它包括對信令信息和語音信息的加密。

系統(tǒng)通過對信道指配消息中的字段ENCRYPT_MODE的設(shè)定來決定對所選業(yè)務(wù)信道中信令消息的某些字段進行加密。例如ENCRYPT_MODE為00時，表示不加密；ENCRYPT_MODE為01時，表示對信息加密。

語音信息加密是通過對其掩碼的長碼直接擴頻(或擾碼)來實現(xiàn)的。在CDMA系統(tǒng)中，擾碼器將交織器輸出的碼流和與用戶相對應(yīng)的偽隨機序列進行模2加。這種偽隨機序列是周期為242－1的長碼，長碼經(jīng)分頻后，成為64個子碼，所以送入模2加法器進行數(shù)據(jù)擾亂的是每64個子碼的第一個子碼。收發(fā)雙方使用同一偽隨機序列(密鑰)，在接收方進行同樣的模2加運算，即可恢復(fù)原始信息。

4.2.7無線空中接口

在移動通信中，移動臺(MS)和基站(BS)之間的接口稱為無線接口，常記做“Um”，不同的移動通信系統(tǒng)有不同的無線接口標(biāo)準(zhǔn)。

下面以GSM系統(tǒng)為例介紹無線接口Um。

GSM的900MHz頻段包括兩個25MHz帶寬的子頻段，即890～915MHz和935～960MHz；GSM的1800MHz頻段包括兩個75MHz帶寬的子頻段，即1710～1785MHz和1805～1880MHz。

GSM采用頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)混合技術(shù)，有較高的頻譜利用率。CSM將900MHz和1800MHz頻段按FDMA方式劃分為許多載頻頻道，每個載頻使用TDMA時分多址方式，每個TDMA幀包括8個時隙(TS)，幀長為4.615ms。TDMA幀無限重復(fù)構(gòu)成數(shù)字基帶信號，經(jīng)GMSK調(diào)制后所占的頻道寬度為200kHz。26個或51個TDMA幀組成一個復(fù)幀。超幀由51×26個TDMA組成。2048個超幀構(gòu)成超高幀。

1.物理信道

一個載頻上的TDMA幀的一個時隙稱為一個物理信道，GSM的每個載頻有8個物理信道0～7(時隙0～7)。在一個時隙內(nèi)發(fā)出的信息稱為一個突發(fā)脈沖序列(BP)。

2.邏輯信道

邏輯信道是根據(jù)傳遞信息的種類來劃分的，可分為兩類，即業(yè)務(wù)信道和控制信道。

業(yè)務(wù)信道(TCH)傳輸編碼及加密后的語音或數(shù)據(jù)。

控制信道(CCH)用于傳輸信令或同步數(shù)據(jù)，分為廣播信道(BCH)、公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)三大類。對于不同容量的蜂窩網(wǎng)，控制信息速率不同，因而控制信道和業(yè)務(wù)信道的安排也不盡相同。

GSM采用有效的語音編碼方案——規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測(RPE-LTP)，將語音的實際速率限制在13kb/s之內(nèi)，將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)限制在12kb/s、6kb/s或3.6kb/s之內(nèi)。全速業(yè)務(wù)信道(TCH/F)用于傳輸13kb/s語音或12kb/s、6kb/s、3.6kb/s的數(shù)據(jù)；半速業(yè)務(wù)信道(TCH/H)用于傳輸7kb/s語音或6kb/s、3.6kb/s的數(shù)據(jù)。

GSM為信令傳送提供了三種方法：

(1)讓每個TCH與一個用于傳輸信令的信道(慢速隨路控制信道(SACCH))成對出現(xiàn)。這個雙向SACCH信道每秒在一個方向上可傳送2個控制信息，多用于傳送不重要的控制信息。

(2)將TCH用于信令傳輸。這樣的TCH定義為快速隨路控制信道(FACCH)，主要用于傳送重要的信令。

(3)GSM還定義了獨立專用控制信道(SDCCH)，用于低速傳送信令和短消息。其速率等于TCH的1/8，記為TCH/8。另外，GSM在無線接口上采用慢跳頻技術(shù)，慢跳頻每秒217跳，每跳約1200bit。跳頻算法是在呼叫建立和切換時發(fā)送給MS的。跳頻主要有兩個作用：一是頻率分集，多徑衰落的谷點因頻率不同而發(fā)生在不同的地點，若通話期間載波頻率在幾個頻點上變化，可認(rèn)為跳頻傳輸?shù)男畔⒅皇艿缴倭克ヂ涔赛c的影響，達到頻率分集的效果；二是不相關(guān)的跳頻可有效減少網(wǎng)內(nèi)用戶同頻道或鄰頻道工作的概率，降低遠(yuǎn)近效應(yīng)的干擾。所以慢跳頻技術(shù)通過規(guī)則地改變MS到BTS的傳輸載頻，來提高抗多徑衰減和抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的能力，從而改善傳輸質(zhì)量和頻譜效率。

4.3無線接入系統(tǒng)

無線接入網(wǎng)從用戶終端角度可分為固定無線接入網(wǎng)和移動無線接入網(wǎng)。用戶終端固定或者做有限移動時的接入叫做固定接入，用戶終端移動時的接入叫做移動接入。固定無線接入不需要移動控制和越區(qū)切換的功能，從而節(jié)省投資。有些系統(tǒng)同時提供固定無線接入和移動無線接入。4.3.1

DECT無線接入系統(tǒng)

DECT經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的家用無繩電話向個人通信方向發(fā)展的歷程。從家用、商用無繩系統(tǒng)到公共無繩電話、無線本地環(huán)路的應(yīng)用，從實現(xiàn)與GSM、DCS1800互通到提供全面的個人通信服務(wù)(PCS)，從手機的通用接入規(guī)范(GAP)到各種無線網(wǎng)絡(luò)間的漫游切換，DECT都提供了良好的解決方案。

1.DECT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

DECT是一個基于TDMA/TDD空中接口技術(shù)的無繩電話系統(tǒng)，可應(yīng)用于無線本地環(huán)路。DECT系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。圖4-6

DECT系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

DECT系統(tǒng)由以下五部分組成：

(1)便攜式手機(PH)和無繩終端適配器(CTA)。PH為移動的手持機或終端，CTA用于提供傳真或視頻業(yè)務(wù)。

(2)無線固定部分(REP)。REP就是連接移動終端的基站。每個REP覆蓋微蜂窩系統(tǒng)的一個小區(qū)。REP與PH的無線傳輸采用多載波TDMA，雙工方式為TDD。

(3)無繩控制器(CC)。CC用于處理REP空中接口媒質(zhì)接入層(MAC)、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層，從而構(gòu)成DECT設(shè)備的中央控制單元。CC還完成32kb/sADPCM語音編碼。

(4)網(wǎng)絡(luò)接口單元(NIU)。網(wǎng)絡(luò)接口單元為多個移動終端環(huán)境提供呼叫路由選擇，與外部公眾網(wǎng)連接，完成呼叫傳遞。

(5)網(wǎng)絡(luò)管理(NM)。提供集中鑒權(quán)和計費功能。

2.DECT的技術(shù)性能

DECT的技術(shù)性能主要有以下幾點：

(1)動態(tài)信道分配，即系統(tǒng)自動選擇空閑信道。當(dāng)所使用的信道質(zhì)量低于要求時，自動切換到更好的空閑信道上，這樣不必通過中央交換機就可優(yōu)化語音信道的使用，從而提高頻譜利用率和增加容量。

(2)小區(qū)與信道間可無縫切換，通話中采用連續(xù)動態(tài)信道分配。切換時將新的話路并到現(xiàn)用的話路上，且隨后將舊的語音信道關(guān)閉。這樣可不中斷正在進行的通話，使用戶感覺不到切換。

(3)DECT定義了鑒權(quán)和信道加密算法，為每個用戶分配一個唯一的身份識別碼。當(dāng)用戶試圖接入系統(tǒng)時，系統(tǒng)對用戶進行身份識別和鑒權(quán)，確認(rèn)合法后，方允許其進行正常呼叫。在通話過程中，可通過專門的密鑰對語音甚至信令進行加密，從而保證通話的保密性。

(4)DECT采用32kb/sADPCM語音編碼方式，提供實時雙向語音傳輸，與PCM編碼有相近的語音質(zhì)量。

(5)DECT具有與GSM、ISDN等的完善的接口，有廣泛的應(yīng)用場合。4.3.2

PHS無線接入系統(tǒng)

1.PHS(PersonalHandyPhoneSystem)的起源

PHS是由日本發(fā)展的一種移動通信系統(tǒng)。在20世紀(jì)90年代初，全球移動通信有了迅速的發(fā)展，日本政府也開始了對個人移動通信的研究。日本郵政省的“電信通信技術(shù)審定會”就同日本無線通信標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)RCR開始進行個人便攜電話系統(tǒng)(PersonalHandyPhoneSystem，PHS)標(biāo)準(zhǔn)的研究。經(jīng)過三年多的時間，1993年10月，日本郵政省宣布將RCR-STD28作為PHS的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。作為一種低成本蜂窩電話的代用品，PHS低廉的價格使其在日本很快就擁有了七百萬用戶，曾在日本流行了一段時間。但是不久之后，PHS就開始衰退，原因是標(biāo)準(zhǔn)蜂窩電話的運營商運營規(guī)模不斷擴大，使得標(biāo)準(zhǔn)蜂窩移動電話的成本降低，從而使其價格也開始下降，這就使得PHS原有的價格優(yōu)勢逐漸消失。

就本質(zhì)而言，PHS也是一種無繩電話系統(tǒng)，在主要技術(shù)和功能上，它與DECT系統(tǒng)有許多相似之處。PHS也具有雙向呼叫、越區(qū)切換和漫游功能，并支持ISDN業(yè)務(wù)。PHS系統(tǒng)也采用TDMA/TDD技術(shù)，但手機最大發(fā)射功率比DECT系統(tǒng)低(為80mW)，因此其基站的服務(wù)半徑比DECT系統(tǒng)的小。通常10mW的PHS基站覆蓋范圍在50～150m，20mW的基站覆蓋范圍在100～300m，300mW的基站覆蓋范圍在300～1000m，500mW的基站覆蓋范圍在500～1500m。小功率系統(tǒng)帶來的好處是基站設(shè)備和手機更小、手機電池壽命更長、頻率再用率更高等。只要建設(shè)足夠多的基站，PHS就可以像蜂窩系統(tǒng)那樣，提供移動速度高達30～40km/h的移動通信業(yè)務(wù)，這比DECT系統(tǒng)以步行者為主要服務(wù)對象更勝一籌。另外，PHS也為無線本地環(huán)路(WirelessLocalLoop,WLL)提供了很好的解決方案。由于PHS的手機價格低于蜂窩系統(tǒng)中的任何手機，而且使用費較低，因此，在有些地區(qū)還是會吸引較多的用戶。

PHS系統(tǒng)與DECT系統(tǒng)相比，后者提供了與GSM的良好兼容性，前者卻與數(shù)字蜂窩不兼容。但前者能提供類似蜂窩的中高速移動通信能力，且費用低廉。因此，有人說DECT是對GSM的無繩體現(xiàn)，PHS是對數(shù)字PSTN的無繩體現(xiàn)。兩種系統(tǒng)都具有動態(tài)分配信道的能力和許多智能功能。

2.我國的無線市話(PAS)

目前我們國內(nèi)所使用的無線市話是一種將固定電話傳輸交換與無線接入技術(shù)有機結(jié)合在一起，充分利用已有的固定電話網(wǎng)絡(luò)交換、傳輸資源，以無線方式提供的在一定范圍內(nèi)具備移動漫游功能的個人通信終端，它是固定電話網(wǎng)的補充和延伸。無線市話是無線接入網(wǎng)系統(tǒng)，屬于固定電話網(wǎng)的業(yè)務(wù)范疇，所以目前國內(nèi)的無線市話運營商為固定電話運營商——中國電信集團公司(簡稱“中國電信”)和中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司(簡稱“中國聯(lián)通”)。而在無線市話領(lǐng)域又能夠經(jīng)常聽到“小靈通”這一名詞，“小靈通”已經(jīng)成為中國無線市話業(yè)務(wù)的一種統(tǒng)稱。UT斯達康公司是國內(nèi)第一家生產(chǎn)“小靈通”的廠家，其生產(chǎn)的無線市話系統(tǒng)產(chǎn)品為PAS(PersonalAccessSystem)。PAS是UT斯達康公司的注冊商標(biāo)，但目前已演變?yōu)轭愃朴凇叭蛲ā边@樣的服務(wù)名稱，成為人們對無線市話特定的稱呼。

目前我國的無線市話有兩種：一種是基于日本PHS技術(shù)的產(chǎn)品，主要系統(tǒng)供應(yīng)商有UT斯達康公司、中興通訊和青島朗訊；另一種無線市話是基于北美的CDMA技術(shù)的產(chǎn)品，目前已在廣州等地建設(shè)。

3.我國的無線市話與日本PHS系統(tǒng)的比較

利用PHS無線接入技術(shù)的無線市話系統(tǒng)與日本的PHS系統(tǒng)有一定的區(qū)別。無線市話是現(xiàn)有固定電話網(wǎng)絡(luò)的延伸和補充，沒有專門為之建立的交換和傳輸資源，在中國由固定電話運營商經(jīng)營。而在日本，PHS系統(tǒng)屬于移動通信網(wǎng)范疇，所以日本的PHS運營商為移動運營商，需要建立專門的交換傳輸、計費、運行維護系統(tǒng)，或者向固定運營商租用傳輸線路，所以日本的PHS系統(tǒng)相對我國的無線市話來說成本要高一些。也正是這一點區(qū)別，使得PHS技術(shù)在日本與中國遭遇了不同的命運。

4.基于PHS無線接入系統(tǒng)的無線市話的特點

基于PHS無線接入系統(tǒng)的無線市話具有以下優(yōu)點：

(1)通話費低，與固定電話一致。

(2)耗電量小，手機待機時間長。

(3)發(fā)射功率小(手機小于等于10mW)，電磁輻射低，對人體傷害小。

(4)通話音質(zhì)好(32kb/s的ADPCM編碼)，與市話(64kb/s)差別不大。而這一點明顯優(yōu)于GSM手機(約13kb/s)。

(5)可以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸、無線上網(wǎng)。不僅可以直接通過與PHS手機相連上網(wǎng)，而且可以利用提供標(biāo)準(zhǔn)接口的集成PHS射頻模塊來實現(xiàn)上網(wǎng)功能。此外，基于PHS無線接入系統(tǒng)的無線市話還有以下幾方面的缺點：

(1)越區(qū)切換技術(shù)不夠成熟，所以在切換時容易出現(xiàn)掉線的現(xiàn)象。

(2)PAS采用1.9GHz微波頻段，所以它的穿透能力比較差，加之基站功率(20mW)比較小，所以其室內(nèi)信號覆蓋比較差，并且增加了切換的次數(shù)，斷線的概率大了一些。但是隨著200mW以及500mW大基站的推出，這一情況得到了很大的改善。

(3)移動性較差，高速移動中(大于80km/h)通信質(zhì)量明顯下降。

(4)目前國內(nèi)尚未開發(fā)遠(yuǎn)距離漫游功能，只局限于較小范圍內(nèi)的移動通信。

總之，無線市話作為一種低成本的在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)移動通信的通信方式，目前以其獨有的價格優(yōu)勢已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。它能夠充分利用現(xiàn)有固定電話網(wǎng)絡(luò)的閑置資源，實現(xiàn)通信資源的再次利用和國有資產(chǎn)的保值增值，在為電信運營商帶來新的業(yè)務(wù)增長點的同時，在一定程度上也促進了國家信息化水平的提高。

5.PHS的空中接口特性

PHS系統(tǒng)射頻工作標(biāo)準(zhǔn)采用RCR-STD28協(xié)議作為空中無線接口標(biāo)準(zhǔn)。PHS基站(CS)以5ms的時間為一幀(frame)，每一幀中包含8個時隙(slot)，每個時隙為625μs。前四個時隙基站發(fā)出信號，后四個時隙基站接收信號，一發(fā)一收的一對時隙組成一個信道，占用一個頻點(間隔300kHz)。

RCR-STD28協(xié)議的主要參數(shù)見表4-1。表4-1

PHS空中接口參數(shù)表

1)載波頻率

表4-2是PHS空中接口頻率分配表，這些頻點的使用分成控制載頻和通信載頻兩類。控制載頻承載信令，通信載頻承載業(yè)務(wù)。值得注意的是，RCR-STD28只規(guī)定了私用系統(tǒng)的控制載頻，而沒有規(guī)定公用系統(tǒng)的控制載頻，公用系統(tǒng)的控制載頻可以由運營商自行確定。

日本PHS系統(tǒng)分配了71、73、75和77號頻點作為公用系統(tǒng)的控制載頻，而國內(nèi)小靈通系統(tǒng)以26、28號頻點作為公用系統(tǒng)的控制載頻。控制載頻周圍的頻點留作保護之用。表4-2

V3版PHS系統(tǒng)頻率分配表

2)發(fā)射功率

RCR-STD28規(guī)定了基站和終端的最大射頻發(fā)射功率，見表4-3。最大射頻發(fā)射功率允許有+20%和－50%的誤差。表4-3

PHS的發(fā)射功率表

3)靈敏度

指標(biāo)：低于16dBμV，相當(dāng)于－91dBm。

方法：在TCH(業(yè)務(wù)信道)中至少傳輸2556位數(shù)據(jù)，比特誤碼率(BER)小于0.001時的接收電平即為接收靈敏度。

4)手機顯示場強精度

范圍：16～60dBμV。

精度：±6dB。

5)誤碼率門限

指標(biāo)：低于25dBμV。

方法：在TCH中傳輸511位的偽隨機噪聲，保證比特誤碼率(BER)<1×10－5時的接收電平。4.3.3

LMDS系統(tǒng)

LMDS(LocalMultipointDistributionService)屬于寬帶固定無線接入技術(shù)，其中文名稱為本地多點分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)。LMDS這幾個字母的含義如下：

·L(本地)：指在一個小區(qū)的覆蓋區(qū)域內(nèi)、在其頻率范圍限度內(nèi)信號的傳播性。目前在城市進行的網(wǎng)絡(luò)試驗顯示，LMDS基站發(fā)射機的范圍最大達5km。

·M(多點)：由基站到用戶的信號是以點對多點或廣播方式發(fā)送的，而由用戶到基站的信號回傳則是以點對點的方式傳送的。

·D(分配)：指信號的分配方式，它可同時包括語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)服務(wù)和視像業(yè)務(wù)，將不同的信號分配到不同的用戶站(接收設(shè)備)。

·S(業(yè)務(wù))：指網(wǎng)絡(luò)運營商與用戶之間在業(yè)務(wù)上是提供與使用的關(guān)系，即用戶從LMDS網(wǎng)絡(luò)所能得到的業(yè)務(wù)服務(wù)完全取決于網(wǎng)絡(luò)運營商對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的選擇。第一代LMDS設(shè)備為模擬系統(tǒng)，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前常說的LMDS為第二代數(shù)字系統(tǒng)，主要使用ATM(異步傳輸模式)傳送協(xié)議，具有標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口和網(wǎng)管協(xié)議。從理論上講，LMDS在上行和下行鏈路上的傳輸容量可以有多種設(shè)計方案，因此能方便地提供各種寬帶的交互式應(yīng)用，如電視會議、VOD(視頻點播)、住宅用戶互聯(lián)網(wǎng)高速接入等。這意味著LMDS具有提供全業(yè)務(wù)網(wǎng)的潛在能力。例如，某個商用LMDS系統(tǒng)所提供的下行鏈路是51.84～155.52Mb/s(SONETOC-1～OC-3)，上行鏈路為1.544Mb/s(T1)。LMDS可以支持幾乎所有的語音和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如ATM、MPEG-2等標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，LMDS被稱為微波視像分配系統(tǒng)(MVDS)，在加拿大被稱為本地多點通信系統(tǒng)(LMCS)。

LMDS系統(tǒng)實際的業(yè)務(wù)傳送能力取決于分配給它的無線頻譜資源、它采用的多址方式以及站點的扇區(qū)數(shù)目等因素。假定在LMDS系統(tǒng)中有250MHz帶寬可供使用，使用5MHz寬度的TDMA信道。每個TDMA信道能同時提供80個DS-0連接(DS-0：數(shù)字信號等級0，速率為64k/s，可傳一路電話)，則該系統(tǒng)每一扇區(qū)可同時容納的DS-0用戶為80×(250/5)=4000個。一個站點同時容納的DS-0用戶的總個數(shù)依賴于扇區(qū)的數(shù)目。如果扇區(qū)和站點的比值是5∶1(一般最少為4，最多可達24)，則該TDMA系統(tǒng)每一站點允許的DS-0連接數(shù)目為20000。

LMDS工作在毫米波段，是視距傳輸，其通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大。LMDS系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的大小受降雨衰減效應(yīng)(rainfade)的限制。降雨衰減(簡稱雨衰)指的是由于雨滴對微波的散射和吸收所造成的信號失真。此外，墻壁、山丘乃至枝葉茂盛的樹木也會阻擋和反射信號并使信號失真，從而對單臺發(fā)射機形成相當(dāng)大的陰影區(qū)。這些因素被認(rèn)為是限制其使用的最大的技術(shù)障礙。但最近的產(chǎn)品發(fā)展顯示，設(shè)備制造商已采用了多種補償辦法來降低這些問題所帶來的影響。

1.LMDS的基本特點

LMDS由一系列蜂窩狀的無線發(fā)射樞紐組成，每個蜂窩由點對多點的基站和用戶站構(gòu)成。LMDS主要有以下幾方面的特點：

(1)單個基站所能覆蓋的范圍有限。根據(jù)所采用頻率的高低，LMDS的覆蓋半徑一般為3～7km。天氣晴朗的條件下，覆蓋范圍較大；陰雨天氣覆蓋范圍受雨衰因素影響，頻率越高，影響越大。因此該技術(shù)主要應(yīng)用于本地接入，是解決“最后一公里”接入問題的方案之一。

(2)從基站到用戶的下行信號采用點到多點方式，這也是“多點分配”的含義所在。用戶到基站的上行傳送可以采用FDMA(頻分多址)方式，也可以采用TDMA(時分多址)方式，相對比較靈活。

(3)提供的業(yè)務(wù)范圍廣泛。LMDS可以提供包括窄帶語音到寬帶數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)。用戶能夠從LMDS網(wǎng)絡(luò)得到的業(yè)務(wù)，完全取決于運營商對業(yè)務(wù)的選擇。

2.系統(tǒng)組成

從本質(zhì)上講，LMDS提供了一個從用戶終端到核心網(wǎng)絡(luò)的接入平臺。根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，運營商可以采用靈活的組網(wǎng)方案。一個典型的LMDS系統(tǒng)通常由基站設(shè)備、用戶側(cè)設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)組成，如圖4-7所示。圖4-7

LMDS系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)基站設(shè)備主要提供LMDS系統(tǒng)至核心網(wǎng)絡(luò)的接口，完成信號在核心網(wǎng)絡(luò)至無線傳輸之間的轉(zhuǎn)換，并負(fù)責(zé)無線資源的管理?；驹O(shè)備包括與核心網(wǎng)絡(luò)相連的接口模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊及通常置于樓頂?shù)奈⒉ㄊ瞻l(fā)模塊。目前大多數(shù)廠家支持到核心網(wǎng)絡(luò)STM-1的ATM接口(電接口或光接口)，有的廠家還提供N×E1(E1=2.048Mb/s)的接口，這對支持POTS(普通老式電話系統(tǒng))、ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))、數(shù)字租用線或幀中繼業(yè)務(wù)比較方便。基站可以采用全向天線覆蓋，也可以扇區(qū)化，從而增加系統(tǒng)容量。目前大多數(shù)廠家能夠?qū)崿F(xiàn)4個90°扇區(qū)，有些廠家還聲稱可以實現(xiàn)24個15°扇區(qū)。用戶側(cè)設(shè)備的配置差異較大，不同廠家的設(shè)備有不同的應(yīng)用需求，選擇也不一樣。一般說來，用戶側(cè)設(shè)備由室外單元(含定向天線和微波收發(fā)設(shè)備)和室內(nèi)單元(含調(diào)制解調(diào)設(shè)備和至用戶設(shè)備的接口模塊)組成。通?？趶綖?0cm的室