無線接入技術(shù)

無線接入技術(shù)第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

通過空間電磁波來傳輸信息的無線接入系統(tǒng)采用無線傳輸技術(shù)，這種無線傳輸所占用的信道即為無線信道?，F(xiàn)實通信中，時常由于發(fā)射機、接收機傳播路徑遭遇障礙物阻撓，無線電波信號在無線信道中傳播時將發(fā)生反射、衍射、散射。6.1無線接入信道的電波傳播第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.1.1反射、衍射和散射反射：電磁波在無線信道中傳播時，視線方向上的障礙物的尺寸大于波長，電磁波發(fā)生反射。衍射：如果障礙物斷面尖銳，即便收發(fā)天線之間沒有視覺路徑存在，電磁波信號依然能越過障礙物到達接收天線。散射：電磁波的介質(zhì)中，如果充滿了遠小于波長的障礙物，電磁波將發(fā)生散射。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.1.2衰落與多徑傳播1、衰落：對于移動臺（可簡單視為每一位手機用戶），它可以在極短時間內(nèi)跨越很短的距離，因此造成所接收的能量不均衡，呈隨機波動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為衰落。其中，能量波動變化快的稱為快衰落；能量波動變化快的稱為慢衰落。原因：（1）多徑傳播（2）移動臺的移動速度（3）信道中障礙物的移動速度（4）信號的帶寬第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五2、多徑傳播多徑傳播必然存在多徑衰落。為模擬多徑衰落信道，需要用以下參數(shù)進行描述：（1）時延擴展由于多徑反射、多徑長度的不同，信號到達接收機的時間也不同，因此信號輪廓不清或被擴展，即：時延擴展（2）多普勒（Doppler）擴展和相干時間多普勒擴展和相干時間是用以描述多普勒頻移的兩個參數(shù)第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（3）相干帶寬相干帶寬是頻率范圍內(nèi)的統(tǒng)計測量值。在該頻率范圍內(nèi)接收機接收到的各個信號受到的影響近乎相同。頻率范圍之外接收到的各個信號受到的影響大不一樣。它與時延擴展成反比。即：當(dāng)無線信道的帶寬小于信號的帶寬，那么接信號中各頻率分量的增益不同，信號波形失真，致使：頻率選擇性衰落。實際中，無線信道的帶寬通常大于信號的帶寬。此時，信號的頻譜保持不變，但信道的增益會隨時間而變化，即：平坦衰落。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.1.2路徑損耗模型路徑損耗模型是建立于無線環(huán)境基礎(chǔ)上來逐個分析。無線接入系統(tǒng)的工作環(huán)境包括市區(qū)、市郊、農(nóng)村、山區(qū)、沙漠等。通常歸結(jié)為三類：（1）車載無線環(huán)境。特征：宏小區(qū)和大的發(fā)射功率。車輛運動速度較快，接收信號的平均功率隨距離的增加成指數(shù)減小。（2）室外到室內(nèi)和步行者的無線環(huán)境特征：微小區(qū)和低的發(fā)射功率?；疚挥谖蓓斚旅?，室內(nèi)覆蓋也可以由室外基站提供。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（3）室內(nèi)辦公無線環(huán)境特征：在室內(nèi)辦公無線環(huán)境中，發(fā)射功率較小，基站和用戶均在室內(nèi)。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2無線接入的基本技術(shù)6.2.1信源編碼、信道編碼1、信源編碼

將來自模擬信源或離散信源的信號變換為適合于在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信號。主要有：波形編碼、參量編碼、混合編碼三大類。（1）波形編碼主要對模擬語音信號取樣，量化后直接編碼形成數(shù)字信號，在接收端通過解碼恢復(fù)語音信號的原始波形。第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（2）參量編碼將模擬語音信號經(jīng)過取樣、量化后提取出語音的特征參量，然后對這些特征參量進行編碼而形成數(shù)字信號。參量編碼智能確保語音的可懂度，無法確保語音的原始波形，抗干擾能力能量差。（3）混合編碼結(jié)合波形編碼和參量編碼兩種特點，不但對語音信號的特征參量進行編碼，并對原始信號的部分波形進行編碼。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)字語音編碼應(yīng)滿足以下條件：——

較低的編碼速率?！?/p>

給定編碼速率下，語音質(zhì)量盡可能的高?！?/p>

在強噪聲環(huán)境下，編碼算法應(yīng)具有較高的抗無碼性能。——

編碼、譯碼時延較小?！?/p>

編碼、譯碼算法易于大規(guī)模實現(xiàn)。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五2、信道編碼

在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，在信息碼元中再增加冗余碼元（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產(chǎn)生的誤碼。該信道編碼中常用的碼型有：分組碼、交織編碼、卷積碼、Turbo碼等。

第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

無線接入信道是隨機和突發(fā)干擾并存的變參信道。故，信道編碼中對整個通信系統(tǒng)進行以下差錯控制方式降低數(shù)字信號傳輸?shù)谋忍卣`碼率BER：（1）前向糾錯FEC

在發(fā)送端發(fā)送具有糾錯性能的碼，收端譯碼器能檢測并糾正誤碼。FEC是移動通信中最常使用的差錯控制方法。（2）自動反復(fù)重傳ARQ

發(fā)送端發(fā)出能檢錯的碼，收端譯碼器如發(fā)現(xiàn)接收有誤，則給出重發(fā)指令，通知發(fā)端重傳錯誤的消息。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（3）混合糾錯HEC

上述兩種方式的結(jié)合。發(fā)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夠糾錯的類型，則收端譯碼器自動糾錯，否則通過反饋重傳的方法加以糾正。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2.2多址接入技術(shù)目前無線接入系統(tǒng)中常用的多址方式有：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。1、頻分多址FDMA

把通信系統(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，相鄰頻道之間無明顯干擾，發(fā)送時每個用戶占用一個信道，在接收端通過濾波器從混合信號中提取出屬于每個用戶自己的信號。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五2、時分多址（TDMA）把無線頻譜按時隙劃分，若干個時隙組成一幀。各移動臺只能在每個幀規(guī)定的時隙中向基站發(fā)送信號，而基站接收時利用定時選通門來選出相應(yīng)的信號；同時基站發(fā)向多個移動臺的信號按順序在預(yù)定時隙中傳輸，各移動臺在指定的時隙中接受，從合路信號中提取相應(yīng)的信號。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五3、碼分多址CDMA

CDMA是使用擴展頻譜技術(shù)的一種多址技術(shù)。利用擴展頻譜的多址性在發(fā)送端各用戶的擴頻編碼，即用互不相同的、相互正交或準(zhǔn)正交的地址碼來調(diào)制所發(fā)送的信號；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。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五4、空分多址（SDMA）通過控制用戶的空間輻射能量來提供多址接入能力的，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。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2.3數(shù)字調(diào)制與擴頻技術(shù)1、數(shù)字調(diào)制無線接入系統(tǒng)在無線傳輸中一般多使用頻譜效率高且抗干擾能力強的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。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)。2、擴頻技術(shù)按照頻譜擴展方式，擴頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2.4抗衰落技術(shù)

克服無線信道多徑衰落的技術(shù)主要有：分集技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)

分集技術(shù)（1）空間分集發(fā)端使用一副發(fā)射天線，接收端使用多副接收天線，并且接收端天線的間隔足夠大（d≥/2），從而保證各接收天線輸入信號的衰落特性相互獨立。第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五（2）時間分集將給定的信號在時間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸多次，只要時間間隔大于相干時間，就可以得到多條獨立的分集支路。（3）頻率分集將要傳輸?shù)男畔⒎謩e以不同的載頻發(fā)射出去，只要載頻的間隔大于相干帶寬，那么在接收端就可以得到衰落特性不相關(guān)的信號。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五自適應(yīng)均衡技術(shù)定義：碼間干擾是在移動無線信道中傳輸高速率數(shù)據(jù)的主要障礙，是由無線信道的時變多徑傳播引起的，采用自適應(yīng)均衡技術(shù)可以克服碼間干擾。目的：根據(jù)信道特性，按照某種最佳算法來設(shè)計均衡器的特性，使得經(jīng)過信道傳輸后的收端信號與發(fā)端信號之間達到匹配。工作模式：訓(xùn)練模式、跟蹤模式。第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2.5網(wǎng)絡(luò)安全信息加密：是指基站和移動臺之間交換的用戶信息和用戶參數(shù)不被截獲或監(jiān)聽，用戶信息是否需要加密可在呼叫建立時由信令指明。第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.2.6無線空中接口無線空中接口是移動終端與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，是確保不同廠家的移動臺和系統(tǒng)設(shè)備之間建立通信的接口。自上而下可以分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、管理層。

物理層：完成編碼、調(diào)制及各物理信道的擴頻。在CDMA方式中，物理信道用不同的地址碼區(qū)分。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)鏈路層：在移動臺和基站之間建立可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，完成建立、維持及釋放一個邏輯鏈路連接所必須的功能，包括流量控制、爭先判決、序列控制，選擇確認(rèn)或不確認(rèn)操作之類的通信方式，將通信數(shù)據(jù)插入發(fā)信數(shù)據(jù)幀或從收信幀中取出等。管理層：可進一步分為三個子層：無線資源管理子層、移動管理子層、和連接管理子層。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五6.33.5GHz固定無線接入

固定無線接入是指業(yè)務(wù)節(jié)點到固定用戶終端部分或全部采用了無線方式。固定無線接入系統(tǒng)的終端含有或不含有有限的移動性。以下所示為一個3.5GHz固定無線接入?yún)⒖寄Ｐ?，系統(tǒng)包括中心站（CS）、終端站（TS）、接力站（RS）、網(wǎng)管系統(tǒng)四大部分。（教材P191，圖6-16）第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五中心站CS：從邏輯上可分為中心射頻站和中心控制站。中心射頻站是射頻收發(fā)設(shè)備，一般使用扇區(qū)天線，每個射頻天線對應(yīng)一個扇區(qū)，為扇區(qū)內(nèi)的終端提供服務(wù)；中心控制站是業(yè)務(wù)匯聚部分，并提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接口。將來自各個扇區(qū)不同用戶的上行業(yè)務(wù)量進行匯聚復(fù)用；

終端站TS：置于用戶駐地，為一個或多個用戶設(shè)備提供電話、傳真、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器等終端的標(biāo)準(zhǔn)接口，并向用戶終端透明地傳送交換機所能提供的業(yè)務(wù)和功能。終端站的上行方向上將來自用戶端或者用戶駐地網(wǎng)的業(yè)務(wù)通過無線鏈路傳送到基站；下行方向上提取本站業(yè)務(wù)分配給終端用戶。第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五接力站RS：

作為系統(tǒng)實現(xiàn)的可選項，用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和終端站之間的信號，以延長中心站和終端站之間的距離。網(wǎng)管系統(tǒng)：用以完成設(shè)備基本的配置、故障管理、性能管理、安全管理以及計費信息的采集，實現(xiàn)集中維護管理。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期五

3.5GHz固定無線接入的功能一、業(yè)務(wù)支持能力（1）面向連接業(yè)務(wù)

該業(yè)務(wù)主要針對傳統(tǒng)電路方式的業(yè)務(wù)。主要有普通電話業(yè)務(wù)、ISDN2B＋D或30B＋D業(yè)務(wù)、低于

2048kbit/s的電路承載業(yè)務(wù)以及對應(yīng)于目前DDN業(yè)務(wù)所提供