现代通信系统论文.doc

精品文档3 无线接入技术及其应用 无线接入技术分为固定无线接入技术和移动无线接入技术两种。其中，后者就是我们所熟悉的蜂窝移动电话系统和卫星通信系统所采用的技术，移动无线接入技术服务的对象是移动终端，即实现移动终端与固定终端或移动终端之间的信息交换。3.1 移动无线接入技术移动无线接入技术主要指用户终端在较大范围内移动的通信系统的接入技术。它主要为移动用户提供服务，其用户终端包括手持式、便携式、车载式电话等。主要的移动无线接入技术系统包括： （1）无绳电话系统: 它可以视为固定电话终端的无线延伸。无绳电话系统的突出特点是灵活方便。固定的无线终端可以同时带有多个无线子机，子机除和母机通话外，子机之间还可以通信。主要代表系统是DECT、PHS和CT2。（2）移动卫星系统: 通过同步卫星实现移动通信联网，可以真正实现任何时间、任何地点、与任何人的通信。它的最大特点是利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务，是陆地移动通信系统的扩展和延伸，在边远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只、远航飞机等通信方面更具有独特的优越性。整个系统由三个部分构成：空间部分（卫星）、地面控制设备（关口站）和终端。（3）集群系统：专用调度指挥无线电通信系统，应用广泛。集群系统是从一对一的对讲机发展而来的，现在已经发展成为数字化多信道基站多用户拨号系统，它们可以与市话网互连互通。（4）无线局域网: 无线局域网（Wireless LAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它不受电缆束缚，可移动，能解决因有线网布线困难等带来的问题，并且组网灵活，扩容方便，与多种网络标准兼容，应用广泛等优点。过去WLAN曾一度增长缓慢，主要原因在于传输速率低、成本高、产品系列有限，而且很多产品不能相互兼容。随着高速无线局域网标准IEEE802.11的制定以及基于该标准的10Mbps乃至更高速率产品的出现，WLAN已经在金融、教育、医疗、民航、企业等不同的领域内得到了广泛的应用。通过移动和无线通信系统接入Internet的方式分为两大类，一是基於蜂窝的接入技术，如GPRS，3G等。二是基於局域网的技术，如IEEE802.11 WLAN，Bluetooth，HomeRF等。 通过移动和无线通信系统接入Internet後提供的应用分为两类：一类是通过标准的终端如笔记本计算机等提供标准的Internet应用；另一类是通过WAP为具有有限处理能力和显示屏的终端如手机等提供有限Internet服务，如E-mail，电子银行，天气预报，旅游交通信息等。（5）蜂窝移动通信系统：70年代初由美国贝尔实验室提出的，在给出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关理论之后，该系统在70年代末得到迅速的发展。第一代蜂窝移动通信系统即陆上模拟蜂窝移动通信系统，用无线信道传输模拟信号；第二代蜂窝移动通信系统，采用数字化技术，具有一切数字系统所具有的优点，代表性的是泛欧蜂窝移动通信系统GSM和北美的IS-95 CDMA；目前二代半系统如GPRS、CDMA2000-1X已经大规模商用，为广大用户提供可靠、中速的数据业务服务以及传统的电话业务；第三代蜂窝移动通信系统(3G: 中国电信的CDMA2000 中国联通的WCDMA 和中国移动的TD-SCDMA和WiMax)也已经走出实验室，开始在部分国家和地区开始正式商业运营。3.2 固定无线接入技术 根据系统可以提供的带宽和数据接入速率，固定无线接入系统可以分为窄带系统和宽带系统。窄带固定无线接入系统是无线接入技术的早期形式，因为与传统的有线环路相比其建设周期短、维护容易，而且可以克服某些复杂的地理环境限制，所以是有线方式很好的补充，在电信设施薄弱、又急需提供电信业务的发展中国家得到迅速发展和推广。 对于地广人稀、地理环境复杂的广大农村地区窄带固定无线接入是较适合的通信手段，这其中比较典型的系统为450MHz FDMA固定无线接入，其中包括华为的ETS450、大唐的TSAWF-1、中兴的ZXWLL 450M模拟无线接入通信系统。但是这类窄带固定无线接入技术的应用却没有像人们所预期的那样广泛，主要是由于该类系统采用模拟技术，频带利用率低、系统容量小，而且产品稳定性不够，提供新业务的能力有限，尤其不能满足数据通信的要求。所以，目前窄带固定无线接入系统已经逐渐退出了主要市场的竞争。 当前宽带无线接入有以下几大技术：LMDS（LocalMultipointDistributeSystem本地多点分配系统）、MMDS（MultipointMultichannelDistributionSystem多点多信道分配系统）、无线局域网、蓝牙及其他（如红外等）。 1.LMDS，（高频宽带、2426GHz38GHz）频谱资源比较多，可以传输较高的速率，但是由于工作于毫米波，受气候影响大，抗雨衰性能差，降低了在经济发达的东南沿海地区的可用度。目前通常所说的LMDS为第二代数字系统，主要使用无线ATM传送协议，具有标准化的网络侧接口和网管协议。LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点，可以提供多种宽带交互式数据业务及话音和图像业务，因此人们逐渐将眼光投入带宽达到1GHz，几乎可以提供任何种类的业务。我国已完成频率规划，频段为24507GHz25515GHz和25757GHz26765GHz，但尚未分配。 2.MMDS，（中频中宽带、2GHz5GHz）该频段传输性能好、覆盖范围广、技术成熟、良好的抗雨衰性能、扩容性强、组网灵活且成本具有竞争力，是较为理想的无线接入手段。由于该频段资源比较紧张，能分给MMDS的频段窄，信道数少，需用新技术来提高频谱利用率。中国（34GHz343GHz和35GHz353GHz）已经分配试用。因为频段相对紧张，所以格外激发高效利用频率的新技术大量涌现。 3.无线局域网的主要技术有IEEE80211b、IEEE80211a、IEEE80211g、HiperLAN等。当前最具代表性的当数IEEE80211b。1999年9月通过的IEEE80211b工作在24GHz2483GHz频段。80211b数据速率可以为11Mbits、55Mbits、2Mbits、1Mbits或更低，根据噪音状况自动调整。目前80211b已经成为WLAN市场上的主流技术。随着技术的成熟和产品的降价，无线局域网开始大显身手（如世界杯、大运会）在机场、写字楼中广泛使用。甚至有人断言，随着3G的延迟，无线局域网趁势推广与普及，高端移动数据用户被不断分流，未来无线局域网与3G存在一定的互补与竞争关系，爱立信等移动通信设备厂家已将无线局域网作为未来3G的一部分。 4.蓝牙也是一种使用24GHz2483GHz的无线频带（ISM频带）的通用无线接口技术，提供不同设备间的双向短程通信。蓝牙的目标是最高数据传输速率1Mbits（有效传输速率为721kbits）、最大传输距离为10cm10m（增加发射功率可达100m）。蓝牙的优势是设备成本低、体积小。而且，搭配“蓝牙”构造一个整体网路的成本要比铺设线缆低。相对80211x系列和HiperLAN家族，蓝牙的作用不是为了竞争而是相互补充。3.3 宽带无线接入技术的发展趋势 通过对当今最著名的无线设备厂商的产品进行深入的研究和对比之后，可以看出宽带无线接入技术的一些最新技术亮点：宽带OFDM技术、35GHz频段的24扇区天线技术、软件定义的无线电技术的应用、调制阶数和覆盖面大小可变的自适应技术、高效率频谱成型技术、自适应动态时隙分配技术、自适应信道估值与码间干扰对抗技术、自适应带宽分配及流量分级管理技术、中频与射频集成组装的紧凑型的户外单元技术和高级编码调制与收信检测技术等。 从以上技术亮点中我们可以总结出宽带无线接入技术发展的七大趋势：OFDM技术开始兴起、多址方式不断充实、调制方式向多状态化发展、双工方式都可选择、同时支持电路交换与分组交换、带宽动态分配、业务接口日趋丰富。 1.OFDM技术开始兴起 OFDM（正交频分复用）的新型信号调制复用方法在宽带无线接入领域的应用正在逐渐成为一个发展趋势，它是从以前的欧洲数字音频广播DAVIC标准中和ADSL中引入的一种技术。由于OFDM具有抗多径传播能力较强、频谱利用率较高的优点，同时随着该技术的不断普及，其设备复杂、信号处理时间较长、发射功率较大、对非线性极其敏感等缺点将逐渐被克服，目前已有厂家宣称在2000年已使OFDM芯片产品化。除了在无线局域网标准中（IEEE80211a、HiperLAN2等）的应用外，有一些厂家在此基础上发展出一些专利技术如Cisco在无线路由器中采用的VOFDM，以及瑞澜公司35GHz无线接入中的WOFDM等。而且现在已经明确OFDM将会成为未来数据移动系统中的关键技术之一，因此它越来越成为人们关注的焦点。 2.多址方式不断充实 多址方式可以被认为是一个滤波问题，许多用户同时使用同一频谱，然后采用不同的滤波器和处理技术使不同用户的信号互不干扰并分别被接收。现在在宽带无线接入领域中三种主要的多址方式FDMA、TDMA、CDMA都有成功的应用，目前以TDMAFDMA方式为主流。以LMDS为例，大部分厂商如北电、阿尔卡特等基本都是采用FDMATDMA方式。在35GHz接入设备中，已有部分厂家开始采用CDMA方式，由于CDMA技术具有更高的频谱效率、更强的抗干扰和保密性等优点，随着CDMA技术的不断成熟及成本的降低，相信它将会成为宽带无线接入多址方式的重要组成部分。 3.调制方式向多状态化发展 与微波设备中常用的调制解调方式相似，各种宽带无线接入设备中主要选择的几种调制方法是QPSK、16QAM以及64QAM，分别适应不同带宽及覆盖范围的需求。目前在LMDS系统中，包括PCom、北电、阿尔卡特等在内的各厂家的设备都能同时提供对这三种调制方式的支持。在35GHz接入以及无线局域网等低频段领域，目前能支持64QAM的还不多，但正在逐渐成为一种发展趋势。如欧洲的HiperLAN2标准中便提出包括64QAM在内的多种调制方案，大唐电信推出的35GHzAIRsun设备是目前市场上为数不多的支持这种高效率调制方式的设备。 4.双工方式都可选择 FDD这种双工方式在无线通信领域中长期占据统治地位，但是随着频率资源的日渐宝贵，这种给频谱划分造成很大困难的双工方式正受到TDD方式的挑战，TDSCDMA成为3G的标准之一便是一个有力的佐证。除了具有频谱利用率高、功率控制要求低、设备简单等优点之外，TDD方式的一个很大优势还在于可以方便地实现上下行带宽间的动态分配。当然目前无线电管理局规划的包括35GHz、26GHz等在内的大部分宽带无线接入系统中均采用FDD的双工方式，而允许采用TDD工作方式的只有19GHz上采用PHS或DECT等少数窄带微蜂窝系统，但不排除TDD将来会成为一种发展趋势。 5.同时支持电路与分组交换 现代通信发展的大趋势之一无疑是网络应用的分组化，这场深刻的变革已经开始影响通信的每个角落，从核心交换到传输再到宽带无线接入，目前所有宽带无线接入系统都选择了可以对分组业务的支持，几乎所有的LMDS设备都是以ATM平台为基础的，而其他的一些较低端的设备如BreezeCom（现已被奥维通收购）的35GHz接入、无线局域网设备等选择了以IP为基础的接入平台。需要指出的是，在未来1015年内，电信公司的主要任务仍是同时支持电路交换和分组交换两种网络，特别是在接入网这一层，市场对基于电路交换方式的接入设备仍有大量需求。这也是为什么一些基于电路交换方式的35GHz宽带无线接入设备推出后能受到市场欢迎。当然以IP为基础的QoS改进正积极进行，无线接入朝分组交换方向演进的大趋势是不容置疑的。 6.动态带宽分配 目前所有生产宽带无线接入设备的厂家都宣称能提供对带宽动态分配的支持，以大唐电信推出的35GHzAIRsun固定无线接入设备为例，采用一些独特的专利技术，任一单独的用户都可以使用灵活的基带带宽，而且和目前很多流行的系统一样，可以支持不对称方案分配。当然由于大部分系统是以FDD方式工作的，只能在上行或下行一个方向的总带宽中对各个用户进行动态分配，是无法实现上下行带宽间分配的。目前航天科技推出的一种工作在5GHz频段的称为CBAccess系统采用TDD方式工作，可以实现在上、下行信道间的动态带宽分配。 7.业务接口日趋丰富 在接入网这一侧，随着国家政策的放开，谁经营的业务种类越丰富，谁经营的业务类型越先进，谁就能在这场接入网的竞争中占据优势。因此各个运营商都对业务接口提出了非常高的要求，而设备供应商提供的产品业务接口越丰富，也就越受运营商的青睐。显然，业务接口的不断丰富成为厂家日益追求的目标。 4. 接入网发展趋势 从技术发展的角度看，虽然光纤接入是宽带接入网最终的发展方向，但在目