无线接入技术的原理、应用及发展

  一、前言
  信息社会中,信息瞬息万变,信息量大得惊人,传统的信息方式和传统的通信设备,显得有些力不从心。在我国,以电话业务为基础的电话网经过几十年的高速发展,已经具有较大规模,网络设备的程控化、数字化比例已超过了一些发达国家。但是,城市建设中的地下线管问题影响了其发展,并且过去铺设的用户线(缆)不能提供和解决宽带业务的需求。所以,接入网的技术及其发展受到了各地较大的关注,特别是大城市接入网的建设已经在积极着手准备之中。
  
  接入网的实现方法分为两种——无线接入和有线接入。在有线通信不断发展的同时,无线通信技术以其灵活方便的功能特点,广泛应用于电信网的各个邻域。
  
  二、无线接入技术的原理
  无线接入技术(Wireless Access Technology)也称无线接续技术,或称无线本地环路(Wireless Local Loop),主要功能是以无线技术(大部分是移动通信技术)为传输媒介向用户提供固定的或移动的终端用户。无线用户环路的宗旨和目标是提供与有线接入网相同的业务种类和更广泛的服务范围,无线用户环路由于具有应用灵活,安装快捷等特点,目前已成为接入技术中最热门的话题,受到各国尤其是电信业务急需普及的发展中国家的重视。
  
  在无线网络的参考体系中,反向通道一般通过有线网的传输,或在LMDS情况下,通过无线网传输。内容提供者通过核心网向无线接入节点发送内容,为满足卫星及地面微波传输,在这个接入节点重组数据并对它进行调制。在反向通道里,用户使用与前向传输同样的网络或者接入网络。当用DBS或MMDS业务时,需要接入网络,它是一个单向网络。
  
  作为现今大力发展的无线接入技术,大体上可分为移动式接入和无线方式的固定接入两大类。
  
  1. 移动式接入技术:
  
  此类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。这类通信系统主要包括以下几种:
  
  集群移动无线电话系统:它是专用调度指挥无线电通信系统,它在我国得到了较为广泛的应用。集群系统是从一对一的对讲机发展而来的,从单一信道一呼百应的群呼系统,到后来具有选呼功能的系统,现在已是多信道基站多用户自动拨号系统,它们可以与市话网相连,并于该系统外的市话用户通话。
  
  蜂窝移动电话系统: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,该系统得到迅速的发展。其中第一代蜂窝移动电话系统:指陆上模拟蜂窝移动电话系统,主要特征是用无线信道传输模拟信号。第二代则指数字蜂窝移动电话系统,它以直接传输和处理数字信息为主要特征,因此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。
  
  卫星通信系统:采用低轨道卫星通信系统是实现个人通信的重要图途径之一,现在有美国Motorola公司的“铱星”计划,日本NTT计划,欧洲RACE计划,整个系统由三个部分构成:系统的主要部分是卫星及地面控制设备,关口站,终端。
  
  2. 固定式无线技术:
  
  其英文各为Fixed Wireless Access ,简称FWA ,它是指能把从有线方式传来的信息(语音、数据、图象)用无线方式传送到固定用户终端或是实现相反传输的一种通信系统,也有人用FRA,(Fixed Radio Access)一词,还有人习惯与有线本地环路相反应,采用无线本地环路(Wireless Local Loop——WLL)的各字。按上述定义,它应该包括了所有来自公共电话网的业务并用无线作传输方式送到固定用户终端的系统,与移动通信相比,固定无线接入系统的用户终端是固定的,或者是在极小范围内。
  
  由于FMA主要是解决用户环路部分,所以国内外各大公司的系统方案各不相同。从覆盖区看,其覆盖面积的半径从50M至50公里不等。从频率角度看,从几十赫到几千赫不等;从寻址方式看,有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA),也有码分多址(CDMA)等。
  
  虽然各种FWA系统的结构不完全一样,但如果按照服务对象和覆盖面积的不同,则可以归成三大类。
  
  第一种情况是中心局到用户端机之间全部用无线电传输取代有线连接的方式。这样做在某些场合从经济上是十分合算的,安装也是很方便;但由于这种系统覆盖区太大,所以在同一频率和同一多址复用技术下其用户数量太少。就是前面的宏区(Macro cell)。
  
  第二种情况是采用FWA系统多使用较低功率的系统,以解决中等范围的通信。这种情况下的用户容量可比第一种情况多20倍以上,但仍不到微微区容量的1/5。它相当于前面的微区(MC)。
  
  第三种情况是只用FWA系统。这种情况下使用低功率系统,覆盖区为微微区,用户区只在一个很小的范围内。这种系统采用的是CT2,CT2+,PACS,DECT,PJS等技术,因此研制费用低,而用户容量是三种情况中最大的。
  
  根据有关调查结果看,我国的城市,农村,山区,沙漠,沿海地区和岛屿等十分需要FWA系统,价格便宜,质量可靠。1995年我国安装程控交换机达1800万门,有关专家们预计新世纪的门数将突破亿门以上,在程控交换发展初期,其实施难度较大,故要求接入技术较高。作为发展中国家的中国,现已高度重视研发有关接入技术的应用技术,全面促进我国的网络接入建设,必定推动我国经济的稳定发展!
  
  三、无线接入技术的应用和发展
  已经趋于成熟的无线接入技术,在当今的社会发挥着巨大的作用,使得人们感到科技的关怀。无线接入技术主要应用于电话网,移动通信网,无绳通信系统,卫星移动通信系统,个人通信网等。
  
  1、 无线本地环系统(WLL)
  
  又称为固定无线接入(FRA)系统,是一种提供基本电话业务或数字无线接入系统,其网络侧有标准有线接入的2线模拟接口或2Mbit/s数字接口,可直接与公司电话网的本地交换机相连,用户侧与普通机相连,可直接进行电话业务。目前,无线本地环系统尚无专用的国际标准使用频段,因而其频段可能占用任何现有无线设备的频段,从450MHz一直到4GHz。对于1GHz以下的频段已十分拥挤,且多为蜂窝移动通信所占用,包括(无线在内),因而留下的频段十分有限。对于1~4GHz的频段,特别是1.8GHz至4GHz频段尚不算很拥挤,因而无线本地环路系统有较大的发展余地。总的来看,可用频带没有保证可能是限制本地无线环系统发展的主要障碍。从另一方面看,由于无线本地环系统没有漫游问题,各系统不必相互兼容,因而可以充分利用各个频段的空闲频段,见缝插针地发展,这也是其顽强生命力的表现。
  
  2.蜂窝移动通信系统
  
  移动通信区由一个一个的小区组成,每一个蜂窝区由一个蜂窝基站和一群用户移动台组成,移动台是收发合一的。每个用户移动台与基站通信,基站负责射频资源管理并经电话线或微波通道与移动电话交换中心(MSC)相连。MSC控制呼叫信号和处理、协调不同蜂窝区间的越区切换。移动电话交换局再与被叫用户相连。
  
  3. 无线通信系统
  
  所谓无线通信系统也属于移动通信的一种,但与蜂窝移动通信不同。无绳通信系统就是一种无线接入技术,而不涉及网络。最早应用至今仍然在发展的第一代无绳通信系统实际是家用无绳电话(称为CT),之后一种基于数字技术,面向公司网应用的第二代无绳通信系统(CT2)开始出现并形成了公共空中接口标准(CAI)。随后又出现了一些改进系统。如CT2P和CT3等,均因性价比不够理想,未能获得普及。一种新的欧洲数字无绳通信(DECT)于1992年诞生,着重规定了射频和协议要求,因而可以应用于各种不同业务和场合。最后DECT作为GSM网的无绳接入手段应用,从而提供了一种低成本“蜂窝”系统。这种DECT系统的出现标志着无绳通信进入了一个崭新的时代,即PCN的初级阶段。
  
  4. 卫星移动通信系统
  
  经过传统卫星移动的发展,出现了一种慨念。低轨道卫星(LEO)方案,即在地球上方500~2000km处设置一系列卫星(20~70颗),其高度低于辐射带,但远高于大气层。目前已有很多卫星移动通信方案,最著名的是美国Motorola公司的全球数字移动个人通信卫星系统和美国Loral Qual-Comm卫星业务公司的全球星系统。
  
  5. 个人通信和个人通信网
  
  一种无论任何人(whoever)在任何时候(whenever)和任何地方(whereever)都能与世界上任何其它人进行无约束自由通信的理想服务,而提供这种服务的通信手段即为个人通信网(PCN),或称个人通信系统(PCS)。作为个人通信的技术关键:网络技术和智能网技术,多址接入技术,蜂窝结构,传播特性等需要突破,进而才能进一步的发展个人通信。
  
  当今世界通信技术已成为发展最活跃的科技领域之一。特别是今年来接入技术的迅猛发展,使邮电通信、信息交换、接口技术等相关技术也快速发展,给社会带来全新的数字无线接入理念。