DECT數字無繩電話系統.doc

DECT数字无绳电话系统DECT系统介绍DECT為Digital European Cordless Telecommunications的簡寫,為ETSI(European Telecommunications Standard Institute,歐洲電信標準协会)制定的歐洲無線電話系統的標準之一。其主要目的是要發展一種新的、低價位的、高容量的數位式無線電話系統。依據DECT的分時多工方式,DECT可在1平方公里的區域約10000個使用頻道。DECT的主要應用在三個方面,即家用無線電話系統,辦公區域系統和公众区本地环路内慢速移动通信，话音采取32kbit/s的ADPCM，无线接口技术基于TDMA/FDMA/TDD/MC(Multiple Carrier)，一个终端可在所有载频和时隙任意组合单元中进行无线寻址。到目前為止,DECT無線電話多半為一主機搭配一個、两個、三個、四個、五個甚至六個手機形成一個系統,可取代目前的家用類比式無線電話。除了一個主機想多個手機的功能之外,DECT的語音編碼方式可提供和傳統有線電話相同的通知品質,但是數位化的語音資料在空氣中傳送比較安全,和類比式無線電話比起來,有不容易被窺聽的優點。DECT還有獨特的連續動態頻道選擇(CDCS, Continuous Dynamic Channel Selection)功能,能确保每次通知都在系統中最好的頻道上進行,不會被相同系統中的其它話機所干擾,徹底從系統層面上解決了目前鄰居街坊間CT1無線電話相互干擾的問題。辦公區域的DECT系統則多為多主機多手機的無線電話系統結合交換机,適合各種規模的辦公環境使用。小一點的辦公室,只需要一個主机,加上幾個手機,便可使每個職員人手一支電話而不需要有佈設電話線和維護電話線的花費。大一點的厂區,則可以依需要發增設幾個主機便可達成全厂通信的目的,這是有線電話難以實現的夢想。DECT的每一個主機都有一定的服務範圍,手機若是離開其主機的服務範圍,進入另一個主機的範圍,其通話會自動移交(handover)到新的主机,使用者絲毫不會察覺移交的過程,這也是DECT系統的一大優點。最常被拿來和DECT系統比較的是CT2無線電話系統。DECT和CT2雖然都是由歐洲國家制定出來的無線電話系統,都有類似的功能,但還是有下列幾點不同。首先,DECT有TDMA的功能,在一定區域內能夠提供的通話頻道數較CT2多。再者,DECT系統提供手機於通話中在不同主機間移交功能,使用者的通話不會因為其走出主機的服務範圍需中斷。DECT系統又有預備送數據資料和ISDN的介面。最重要的一點是DECT是歐洲各國都采用的標準,雖然有些國家尚未啟用DECT系統,但都已空出頻帶給DECT系統。換句話,在歐洲CT2系統一直就不比DECT被看好。數位化的無線電話系統也常和數位式行動電話系統混淆。以DECT和GSM为例,DECT主机的服务范围只有100-200公尺而已,而一个GSM基地台的服务半径可达约35公里,两者系统化的规模不能相提并论。也因为如此,行动电话系统化通常要配合数位电信网路的建设,不是一般中小型公司承办得起来,而多是由各国电信管理者单位或大型的电信公司负责规划,兴建和营运.DECT系统就没有这样的顾虑,不需要多加有线网路的建设,所有通话会接上既有的公众电话网(PSTN，Public-Switched Telephone Network),所以安装架设容易,随时可以启用,价格也比GSM系统便宜。但是值得一提的是ETSI已著手制定DECT和DCS1800(GSM900 MHz的另一个标准)的介面,用户只要有一支手机,便可以结合行动电话和无线电话的优点,既经济又真正畅通无阻。一. DECT系统架构DECT的系统通常包括交换机(PABX),主机(FP, Fixed Part)和无线手机(PP, Portable Part),如图13-1。PABX和公众电话网路PSTN连接,和一般公司常用的交换机相同,可提供多路外线电话,FP（主机）为无线电话系统化的基地台,透过射频信号和无线电话系统的行动台PP（手机）通话,一般而言,FP都直接和PABX连接。一个PABX可以连接好多个FP,而一个FP可以处理两路外线电话和多对内线无线手机间的通话。主机和无线手机间的通信可以将类似OSI开放系统架构的分层结构分为四层,即实体层(Physical Layer)、介质撷取控制层(MAC Layer, Medium Access Control Layer)、资料连结控制层(DLC Link Control Layer)、和网路层(Network Layer)，如图13-2。OSI为电脑通信所定义的七层系统结构,原与无线通信毫无瓜葛,但若将DECT的四层与OSI的七层结构比较,其中网路层的功能可对应OSI的第三层网路层,但其它三层则无法和OSI的最低两层直接对应。OSI的第七层应用层为使用者介面,相对于DECT系统则是话机的麦克风,喇叭,按键和显示萤幕等。DECT系统化的实体层定义了系统中的主机和手机间传输的特性,负责将数据资料变成射频信号并从射频信号中解调出数据资料。DECT占用1880MHz到1900MHz间200MHz频带,分为10个射频频道。每个频道的频宽为1.728MHz。射频频道的中心载波频率Fc为:Fc=F0-CH*1728kHz其中CH为频率频道数,F0为第一个频率频道的中心频率,CH=0,1,2，3，4，5，6，7，8，9F0=1897.344 MHz而DECT系统的实际频带则是从Fc-1728/2kHz到Fc+1728kHz.每一个射频频道以10ms为一个框架(frame),分为24个时槽（隙）(timeslot),12个为发射时槽,另外12个为接收时槽,可供12对主手机时分多工(TDMA, Time Division Multiple Access),使用同一个射频频道。又因为收、发信号在同一个射频频道,分时进行,所以DECT系统化也是一个时分双工(TDD, Time Division Duplex)的系统。DECT主机和无线手机的发射功率都是一样固定为0.25W或24dBm。对于无线手机而言,由于手机发射信号的时间,一般仅占24个时槽中的一个,所以其平均发射功率仅有0.25W的24分之一而已,所以耗电量较小,若使用相同的电池,DECT系统中电池的使用寿命会比其它系统说明长。DECT系统的射频调变方式为0.5GFSK,其中有的G指的是高斯滤波器用来限数据资料直接转换成基频信号的频宽。0.5则为高斯滤波器的参数,用来指定滤波器频率响应的频宽。DECT系统中最后进入调变器的资料速率为1.152Mbits/s,0.5高斯滤波器的频宽为1.152*(1+0.5)=1.782MHz。DECT的FSK调变,通常将最大频率偏移量定在288kHz,即资料为1时,射频信号为载波信号偏移+288kHz,而当资料为0时射频信号为载波信号偏移-288kHz.288kHz为1.152MHz的四分之一,即这样的FSK调变也可视为MSK调变。虽然如此,DECT的规格对偏移量的要求却比较松,只要在202kHz到403kHz之间都算合格。DECT系统所采用的语音编码技术为32kbps的ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，自适应音频脉冲编码）,这项技术的音质十分良好,已成为无线电话的共同标准。32kbps的纯语音资料加上控制资料和24个时傮的多工,最后送进调变器的资料量已变成1.152Mbps。以上所提到的系统特性如下。DECT系统基本特性工作頻段: 1880MHZ-1900MHZ 載波頻寬:1.728MHZ載波數: 10 传輸速率:1.152Mbit/s信道占用原理: TDMA/TDD 調制原理:GFSK BT=0.5語音編碼速率: 32Kbit/s 編碼方法:ADPCM(自适應差分脈碼調制)信令速率: 4.8Kbit/s 語音信道速率:41.6Kbit/s多址方式: TDMA(时分多址) 雙工方式:TDD(时分双工)幀長: 10ms 每幀信道數:12信道分配方法: 動態信道分配(DAC) 每時隙比特:420(話音/數据+嵌入信令)時隙寬: 417us(含引導時間) 調制方法:GFSK(高斯頻移鍵控)發射功率: 座机250mW，手机10mW 接收靈敏度: BER0.1%频率偏差：Fc50KHz 频率漂移:50KHz/ms时钟精度：5ppm 比特抖动： 1.0us数据包延迟：2.0us 发射功率：2125dBm语音及数据信号区域：259403KHz 同步信号区域：202403KHz功率曲线：入框 灵敏度（BER=0.001）：-86dBmMAC层主要负责处理资料到实体层之间的所有工作,包括在所有可利用到的频道中找出最好的小道给FP或PP进行通话,侦测由实体层传来收到的资料中的误码和将资料适当的安排,在正确的时间将资料送给实体层传送。DLC层主要处理DECT系统中的信令(signaling)部分,使主、手机间的通话或主机对所有手机的广播能很顺利进行,没有差错。DLC层也处理用户资料,将用户介面传来的信号转换成资料传送,或将MAC层传来的资料转成适当的形式送到用户介面上。网路层则控制通话的进行,提供各种连线讯息及服务,并处理DECT手机因越区而造成的交递工作等。二. DECT的通话的程序一般而言,所有由外线拔接到DECT电话系统的电话都必须经由公众电话网路(PSTN)先接到DECT系统中交换机上,再由交换机送到主机FP上呼叫叫无线手机PP而进行通话,如图2-3。基本上交换机并不知道无线手机目前所在的正确位置,所以交换机必须告诉所有的主机,广播呼叫无线手机,这样无线手机才能回应呼叫而不会漏失任何通话。和其它无线电话系统的基地台的一样,DECT系统中的主机必须送出适当的控制信号,使DECT无线手机在开机时能顺利发现这个信号,并依据这个信号中的资料找到主机,并和主机的时钟同步。这个控制信号在DECT系统中称为Dummy Bearer(无语载具),占据一个频率频道和一个时槽。相对于Dummy Bearer,通话时主机和手机所发射的信号则称为Traffic Bearer(通话载具)。一个主机只会发射一个Dummy Bearer,其频率频道和时槽没有特别限制,但是一经指定后,就不会更改。所以无线话机在开机时有可能必须先掃描所有频率频道和时槽。才能确定Dummy Bearer的位置,一但确定了Dummy Bearer的位置,无线手机不需要再扫描Dummy Bearer。直到手机离开主机的服务范围,进入另一主机的服务范围时,才有必要再作一次描Dummy Bearer的工作,在建立通话之后,主机和手机就依时分多工的方式在同一个频率频道上轮流发射信号和接收信号,而和其它手机间也依时分多工的方式轮流发射信号,如图13-4.由于整个系统的分工方式只容许12对通话在同一个频率频道上进行，而若要同时处理不同频道上的通话,主机必须要有两套以上的射频模组和更強的基频信号处理能力,再加上射频模组切换频道的时间延迟,所以到目前为止,一个主机最多只能配备6个手机,而一主机配12手机的产品至少要到五六年才会有商品出现。DECT系统的一个数据包信号中的资料封包(packet)可分为三个橍位(Field),即32个位元的同步橍位(Synchronization Field),388个位元的资料橍位(Data Field)和4个位元的误码更正橍位Error Correction Field),并以S,D和Z分别代表这三个橍位的缩写,如图13-5.若加上两个相邻数据包信号间的56个位元的保护时间,一个数据包信号的长度共有480个位元.S橍位的前16个位元为固定的前序(preamble)字元.主机和手机的前序字元不同,但互为补数.主机的前序字元为1010101010101010,而手机的前序字元为0101010101010101.S橍位的后16个位元为同步(Synch)字元,主机和手机的同步字元也是各不同,且互为补数.主机的同步字元为0001011001110101,手机的同步字元为110100110001010.利用S橍位的32个位元,手机可以调整自已的时序而和主机同步。所以手机不一定要从Dummy Bearer中取得同步资讯,而且在必要时Dummy Bearer有可能被取消,空下来的时槽则可用来当成通话频道。D橍位的资料可以再细分为两个橍位,即A橍位和B橍位.A橍位中存放DECT系统的信令资料,共有64个位元。B橍位才是DECT系统中通话双方所要传送的资料,共有324个位元。B橍位也可以不传资料,而用来传送信令资料。另外,B橍位的长度也可以改变,DECT数据包信号的长度则会随着B橍位的改变而改变。B橍位最后4位元为X橍位,作为前面320个位元资料的误码更正使用。Z橍位的4个位元和X橍位完全相同,可供接收端用来判断DECT系统的同步是否有误。这三个橍位的资料,经过0.5GSFK的低通滤波器和调变器之后,再经过适当的功率放大器,即可以变成射频信号输出。将通话频率建立之后,主机和手机会在指定的频率频道和时槽上进行通话,这时候手机就不需要再理会主机的Dummy Bearer了,因为所有维持通话必要的资讯都不得会在通话频道上传递。0手机和主机的同步工作可以靠主机发射的每一个通话资料封包中的S橍位持续进行,而其它控制信令则可以在D橍位里的A橍位资料传送,包括换频道,换时槽甚至和主机进行交递工作的信令等.当通话结束后,手机便停止在指定的频道上发送和接收通话载具,因此手机便要再扫描频率频道,锁定Dummy Bearer,等待下一次的通话进行。三. DECT的测试程序DECT的测试方法及规格主要都是依据ETSI所制订的标准，具体的标准为CTR-06，以下是具体的测试内容发射测试1. 中心频率准确度测试2. 频率偏移量测试3. 频率漂移量测试4. 时槽间距抖动测试5. 功率时间曲线测试6. 载波功率测试接收测试1. 误码率测试2