無(wú)線接入技術(shù)

無(wú)線接入技術(shù)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

通過(guò)空間電磁波來(lái)傳輸信息的無(wú)線接入系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸技術(shù)，這種無(wú)線傳輸所占用的信道即為無(wú)線信道?，F(xiàn)實(shí)通信中，時(shí)常由于發(fā)射機(jī)、接收機(jī)傳播路徑遭遇障礙物阻撓，無(wú)線電波信號(hào)在無(wú)線信道中傳播時(shí)將發(fā)生反射、衍射、散射。6.1無(wú)線接入信道的電波傳播第2頁(yè)，共32頁(yè)，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(wú)線信道中傳播時(shí)，視線方向上的障礙物的尺寸大于波長(zhǎng)，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(méi)有視覺(jué)路徑存在，電磁波信號(hào)依然能越過(guò)障礙物到達(dá)接收天線。散射：電磁波的介質(zhì)中，如果充滿了遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的障礙物，電磁波將發(fā)生散射。第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.1.2衰落與多徑傳播1、衰落：對(duì)于移動(dòng)臺(tái)（可簡(jiǎn)單視為每一位手機(jī)用戶(hù)），它可以在極短時(shí)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(jī)波動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰落。其中，能量波動(dòng)變化快的稱(chēng)為快衰落；能量波動(dòng)變化快的稱(chēng)為慢衰落。原因：（1）多徑傳播（2）移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度（3）信道中障礙物的移動(dòng)速度（4）信號(hào)的帶寬第4頁(yè)，共32頁(yè)，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(jìn)行描述：（1）時(shí)延擴(kuò)展由于多徑反射、多徑長(zhǎng)度的不同，信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間也不同，因此信號(hào)輪廓不清或被擴(kuò)展，即：時(shí)延擴(kuò)展（2）多普勒（Doppler）擴(kuò)展和相干時(shí)間多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間是用以描述多普勒頻移的兩個(gè)參數(shù)第5頁(yè)，共32頁(yè)，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(jì)測(cè)量值。在該頻率范圍內(nèi)接收機(jī)接收到的各個(gè)信號(hào)受到的影響近乎相同。頻率范圍之外接收到的各個(gè)信號(hào)受到的影響大不一樣。它與時(shí)延擴(kuò)展成反比。即：當(dāng)無(wú)線信道的帶寬小于信號(hào)的帶寬，那么接信號(hào)中各頻率分量的增益不同，信號(hào)波形失真，致使：頻率選擇性衰落。實(shí)際中，無(wú)線信道的帶寬通常大于信號(hào)的帶寬。此時(shí)，信號(hào)的頻譜保持不變，但信道的增益會(huì)隨時(shí)間而變化，即：平坦衰落。第6頁(yè)，共32頁(yè)，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(wú)線環(huán)境基礎(chǔ)上來(lái)逐個(gè)分析。無(wú)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(lèi)：（1）車(chē)載無(wú)線環(huán)境。特征：宏小區(qū)和大的發(fā)射功率。車(chē)輛運(yùn)動(dòng)速度較快，接收信號(hào)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(wú)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(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（3）室內(nèi)辦公無(wú)線環(huán)境特征：在室內(nèi)辦公無(wú)線環(huán)境中，發(fā)射功率較小，基站和用戶(hù)均在室內(nèi)。第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.2無(wú)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(lái)自模擬信源或離散信源的信號(hào)變換為適合于在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。主要有：波形編碼、參量編碼、混合編碼三大類(lèi)。（1）波形編碼主要對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)取樣，量化后直接編碼形成數(shù)字信號(hào)，在接收端通過(guò)解碼恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)的原始波形。第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）參量編碼將模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)取樣、量化后提取出語(yǔ)音的特征參量，然后對(duì)這些特征參量進(jìn)行編碼而形成數(shù)字信號(hào)。參量編碼智能確保語(yǔ)音的可懂度，無(wú)法確保語(yǔ)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(diǎn)，不但對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的特征參量進(jìn)行編碼，并對(duì)原始信號(hào)的部分波形進(jìn)行編碼。第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)字語(yǔ)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(yǔ)音質(zhì)量盡可能的高?！?/p>

在強(qiáng)噪聲環(huán)境下，編碼算法應(yīng)具有較高的抗無(wú)碼性能?！?/p>

編碼、譯碼時(shí)延較小?！?/p>

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

無(wú)線接入信道是隨機(jī)和突發(fā)干擾并存的變參信道。故，信道編碼中對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行以下差錯(cuò)控制方式降低數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)谋忍卣`碼率BER：（1）前向糾錯(cuò)FEC

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

發(fā)送端發(fā)出能檢錯(cuò)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(cuò)誤的消息。第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（3）混合糾錯(cuò)HEC

上述兩種方式的結(jié)合。發(fā)端發(fā)送的碼不僅能檢錯(cuò)，而且具有一定的糾錯(cuò)能力，如果傳輸中發(fā)生的錯(cuò)誤屬于該糾錯(cuò)碼能夠糾錯(cuò)的類(lèi)型，則收端譯碼器自動(dòng)糾錯(cuò)，否則通過(guò)反饋重傳的方法加以糾正。第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.2.2多址接入技術(shù)目前無(wú)線接入系統(tǒng)中常用的多址方式有：頻分多址（FDMA）、時(shí)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(gè)等間隔的頻道（或稱(chēng)信道），分配給不同的用戶(hù)使用。這些頻道互不重疊，相鄰頻道之間無(wú)明顯干擾，發(fā)送時(shí)每個(gè)用戶(hù)占用一個(gè)信道，在接收端通過(guò)濾波器從混合信號(hào)中提取出屬于每個(gè)用戶(hù)自己的信號(hào)。第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、時(shí)分多址（TDMA）把無(wú)線頻譜按時(shí)隙劃分，若干個(gè)時(shí)隙組成一幀。各移動(dòng)臺(tái)只能在每個(gè)幀規(guī)定的時(shí)隙中向基站發(fā)送信號(hào)，而基站接收時(shí)利用定時(shí)選通門(mén)來(lái)選出相應(yīng)的信號(hào)；同時(shí)基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)按順序在預(yù)定時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)臺(tái)在指定的時(shí)隙中接受，從合路信號(hào)中提取相應(yīng)的信號(hào)。第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、碼分多址CDMA

CDMA是使用擴(kuò)展頻譜技術(shù)的一種多址技術(shù)。利用擴(kuò)展頻譜的多址性在發(fā)送端各用戶(hù)的擴(kuò)頻編碼，即用互不相同的、相互正交或準(zhǔn)正交的地址碼來(lái)調(diào)制所發(fā)送的信號(hào)；在接收端利用地址碼的正交性或準(zhǔn)正交性通過(guò)相關(guān)檢測(cè)從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4、空分多址（SDMA）通過(guò)控制用戶(hù)的空間輻射能量來(lái)提供多址接入能力的，通過(guò)分割空間信道分離同一時(shí)隙和同一頻道上的多個(gè)用戶(hù)信號(hào)。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.2.3數(shù)字調(diào)制與擴(kuò)頻技術(shù)1、數(shù)字調(diào)制無(wú)線接入系統(tǒng)在無(wú)線傳輸中一般多使用頻譜效率高且抗干擾能力強(qiáng)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(kuò)頻技術(shù)按照頻譜擴(kuò)展方式，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、跳時(shí)擴(kuò)頻第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.2.4抗衰落技術(shù)

克服無(wú)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(hào)的衰落特性相互獨(dú)立。第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）時(shí)間分集將給定的信號(hào)在時(shí)間上相隔一定的間隔重復(fù)傳輸多次，只要時(shí)間間隔大于相干時(shí)間，就可以得到多條獨(dú)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(hào)。第21頁(yè)，共32頁(yè)，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(dòng)無(wú)線信道中傳輸高速率數(shù)據(jù)的主要障礙，是由無(wú)線信道的時(shí)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(lái)設(shè)計(jì)均衡器的特性，使得經(jīng)過(guò)信道傳輸后的收端信號(hào)與發(fā)端信號(hào)之間達(dá)到匹配。工作模式：訓(xùn)練模式、跟蹤模式。第22頁(yè)，共32頁(yè)，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(dòng)臺(tái)之間交換的用戶(hù)信息和用戶(hù)參數(shù)不被截獲或監(jiān)聽(tīng)，用戶(hù)信息是否需要加密可在呼叫建立時(shí)由信令指明。第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.2.6無(wú)線空中接口無(wú)線空中接口是移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，是確保不同廠家的移動(dòng)臺(tái)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(kuò)頻。在CDMA方式中，物理信道用不同的地址碼區(qū)分。第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)鏈路層：在移動(dòng)臺(tái)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(gè)邏輯鏈路連接所必須的功能，包括流量控制、爭(zhēng)先判決、序列控制，選擇確認(rèn)或不確認(rèn)操作之類(lèi)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(jìn)一步分為三個(gè)子層：無(wú)線資源管理子層、移動(dòng)管理子層、和連接管理子層。第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6.33.5GHz固定無(wú)線接入

固定無(wú)線接入是指業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)到固定用戶(hù)終端部分或全部采用了無(wú)線方式。固定無(wú)線接入系統(tǒng)的終端含有或不含有有限的移動(dòng)性。以下所示為一個(gè)3.5GHz固定無(wú)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(yè)，共32頁(yè)，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(gè)射頻天線對(duì)應(yīng)一個(gè)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(lái)自各個(gè)扇區(qū)不同用戶(hù)的上行業(yè)務(wù)量進(jìn)行匯聚復(fù)用；

終端站TS：置于用戶(hù)駐地，為一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)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(hù)終端透明地傳送交換機(jī)所能提供的業(yè)務(wù)和功能。終端站的上行方向上將來(lái)自用戶(hù)端或者用戶(hù)駐地網(wǎng)的業(yè)務(wù)通過(guò)無(wú)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(hù)。第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五接力站RS：

作為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可選項(xiàng)，用以轉(zhuǎn)發(fā)中心站和終端站之間的信號(hào)，以延長(zhǎng)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(jì)費(fèi)信息的采集，實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)管理。第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

3.5GHz固定無(wú)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(duì)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(duì)應(yīng)于目前DDN業(yè)務(wù)所提供