從移動(dòng)終端連接到接入網(wǎng)的技術(shù)難題

夏麟

【摘要】信道資源十分珍貴，同時(shí)信道中的情況也十分惡劣。當(dāng)我們考慮用戶使用移動(dòng)終端進(jìn)行通信時(shí)，我們并不擔(dān)心數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)方式，也不關(guān)心調(diào)制解調(diào)是否可靠，我們對(duì)話路轉(zhuǎn)接的過(guò)程也十分放心。唯獨(dú)信道多變和復(fù)雜的特性使得我們必須采用很大的代價(jià)，采取大量的技術(shù)手段，才能提升通話的可靠性，使通信高效穩(wěn)定的進(jìn)行。每一次發(fā)送速率的提升，每一次對(duì)頻帶進(jìn)一步的利用，都不能不考慮信道中出現(xiàn)的反應(yīng)以及這種反應(yīng)對(duì)信號(hào)的影響，以下我們?cè)敿?xì)分析了信道特性，簡(jiǎn)單闡述了信號(hào)通過(guò)信道的變化以及對(duì)信號(hào)畸變的解決方法。

【關(guān)鍵詞】信道；多普勒頻移；多徑傳輸

【Abstract】Channel resources are very valuable， while the situation in the channel is also very bad. When we consider the use of mobile terminals for mobile communication， we do not worry about the way forward packets， do not care whether the modem is reliable， we transfer the process of dialogue is also very assured. Only channel changeable and complex features make it necessary to use a lot of cost， to take a lot of technical means to improve the reliability of the call， so that the efficient and stable communication. Each time the transmission rate increases， each time the band is further utilized， can not but consider the response in the channel and the impact of this reaction on the signal， the following we detailed analysis of the channel characteristics， a brief description of the signal through the channel changes and Solution to signal distortion.

【Key words】Channel；Doppler shift；Multipath transmission

1.無(wú)線接入網(wǎng)面臨的主要問(wèn)題

（1）為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)甚至點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)之間通信，最有效最快捷的方式就是使用電，即我們所說(shuō)的“電信”。電信運(yùn)營(yíng)商最看重的就是業(yè)務(wù)能力，為了高效可靠的業(yè)務(wù)能力，運(yùn)營(yíng)商在有限的頻帶資源中想盡一切辦法盡可能的傳輸高速率的信號(hào)。移動(dòng)終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通信持續(xù)時(shí)間短，高速突發(fā)，通信鏈路快建快拆，于是運(yùn)營(yíng)商通過(guò)計(jì)算機(jī)與集成電路建立行之有效的電路切換方法，用軟交換的方法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)，控制，承載的分離，以便于更好的提供高質(zhì)量高效率的服務(wù)，提高業(yè)務(wù)能力。在較短時(shí)間內(nèi)采用時(shí)分復(fù)用，擴(kuò)頻技術(shù)等手段高效利用通信時(shí)間，提高傳輸能力和效率。

（2）從人手所持的移動(dòng)終端連接到接入網(wǎng)乃至核心網(wǎng)，過(guò)程之中所采用的技術(shù)是十分關(guān)鍵的，本文著重分析移動(dòng)終端和無(wú)線網(wǎng)之間的連接主要面臨的問(wèn)題。首先為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，首先要考慮的問(wèn)題就是信號(hào)覆蓋，最一開始人們考慮的信號(hào)覆蓋方式就是采用衛(wèi)星或大功率發(fā)射塔，正如每一家都有收音機(jī)那樣。實(shí)際上效果非常不理想，由于信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，經(jīng)過(guò)不同的地形，反射，折射，散射，繞射。在高速多用戶數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)面臨多址方式，瑞麗衰落，信號(hào)互擾，頻帶有限等一系列問(wèn)題。

當(dāng)無(wú)線信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中一定會(huì)出現(xiàn)隨距離而衰減的現(xiàn)象，其距離與信號(hào)強(qiáng)度（dB）之間的關(guān)系如圖1所示，信號(hào)隨著距離呈現(xiàn)反比例函數(shù)的衰減，其橫坐標(biāo)距離的數(shù)量級(jí)在Km級(jí)。這種衰減也被稱之為大尺度衰落，這種衰落起先雖然被認(rèn)為是一個(gè)需要解決的問(wèn)題，及至到了后期，人們發(fā)現(xiàn)這種特性有許多的好處，我們都知道BTS基站負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送與接收，當(dāng)基站建立在屋面或幾十米高的鐵塔上時(shí)，處于地面的人群所受的輻射每立方米不足1個(gè)瓦特，由于大尺度衰落，每一個(gè)基站的扇區(qū)輻射的距離有限，成為蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)反復(fù)利用某個(gè)頻段的理論基礎(chǔ)。而且大尺度衰落的程度有所依據(jù)，對(duì)所有速率和頻率的信號(hào)衰減程度相同，對(duì)通信并未造成任何真正的問(wèn)題。移動(dòng)終端通信的切換問(wèn)題也是通過(guò)幾個(gè)基站共同連接同一終端，然后選擇最佳通信線路進(jìn)行通信的，所以解決起來(lái)并不困難。

（3）信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中除了散射和折射以外還會(huì)存在阻擋，特別是在人口建筑密集的市區(qū)，由于墻壁或地形阻擋而形成的信號(hào)陰影區(qū)稱為陰影衰落或稱為中尺度衰落，這種情況往往在陰影區(qū)設(shè)立直放站或者在建筑物內(nèi)增加室內(nèi)分布系統(tǒng)來(lái)解決。

（4）接收端收到的信號(hào)通常是由發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑傳輸后的矢量合成，多徑的隨機(jī)性使信號(hào)的相位也具有隨機(jī)性，因此接收端信號(hào)經(jīng)過(guò)矢量合成后有可能發(fā)生嚴(yán)重的衰落。這種衰落往往只要求無(wú)線信號(hào)經(jīng)過(guò)短時(shí)間或短距離傳輸，我們稱之為衰落叫做小尺度衰落，也叫快衰落。由于小尺度衰落導(dǎo)致信號(hào)的幅度快速衰落，以致大尺度衰落可忽略不計(jì)，而且平均路徑損耗和陰影衰落主要影響到無(wú)線區(qū)域的覆蓋，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可消除這種不利影響；而多徑衰落嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技術(shù)來(lái)減少其影響。

2. 瑞利衰落

（1）所謂的小尺度的衰落是就幾倍波長(zhǎng)而言的，在此范圍內(nèi)，信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)同一接收端會(huì)導(dǎo)致幅度偏移嚴(yán)重，多普勒頻移造成嚴(yán)重的頻移，時(shí)間色散，基帶信號(hào)失真，即使在一條視距范圍內(nèi)傳輸，仍然會(huì)通過(guò)多條路徑到達(dá)接收端，接收端自然無(wú)法分辨幾路相干信號(hào)互相疊加的合成量，這個(gè)合成信號(hào)隨著時(shí)間在不斷變化，有的相加增強(qiáng)，有的互相抵消而造成衰落，如圖2所示，

（2）信號(hào)疊加后所形成的強(qiáng)度（dB）與傳輸距離（Km）的關(guān)系如圖3所示，我們可以觀察到在短短的幾千米內(nèi)就出現(xiàn)了數(shù)十個(gè)的深衰落和上千個(gè)淺衰落，二位坐標(biāo)圖像并沒有展示出這種關(guān)系隨時(shí)間的變化，事實(shí)上，必須出現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)使接收端能夠避開接受深度衰落信號(hào)而獲取衰落程度低的信號(hào)。比較常見的技術(shù)就是采用多天線分級(jí)接收的方法，多接收幾路信號(hào)進(jìn)行比較，選擇其中衰減程度最低的信號(hào)進(jìn)行處理。或者將所有信號(hào)全部接收后進(jìn)行某種運(yùn)算處理，得到計(jì)算后可以接受的信號(hào)。

（3）如果環(huán)境物體的移動(dòng)速度大于信號(hào)臺(tái)的移動(dòng)速度，那么移動(dòng)臺(tái)的速度對(duì)小尺度衰落將起決定性作用。如果信號(hào)臺(tái)的速度大于環(huán)境物體的移動(dòng)速度，那么就只考慮運(yùn)動(dòng)的影響而忽略環(huán)境對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。

3. 多徑衰落信道

從圖4分析出，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度從1增至5再增至10時(shí)，直射徑信號(hào)、反射徑信號(hào)和移動(dòng)臺(tái)接收到的合成信號(hào)頻率均不變，直射徑信號(hào)和移動(dòng)臺(tái)接收的合成信號(hào)的衰減速度更快，反射徑信號(hào)呈變大趨勢(shì)。即使在同一頻率，在不同的時(shí)間點(diǎn)，合成信號(hào)的強(qiáng)度也是不一樣的。當(dāng)接收信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)位于波谷位置，接收的合成信號(hào)幾乎為0，當(dāng)接收信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)位于波峰位置，接收的直射信號(hào)和反射信號(hào)要比合成信號(hào)大得多，這種由于移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的信號(hào)增強(qiáng)或削弱情況就是時(shí)間選擇性衰落。

4. 無(wú)線信道特性總結(jié)

在無(wú)線信道中，發(fā)送和接收天線之間通常存在多于一條的信號(hào)傳播路徑。多徑的存在是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間建筑物和其他物體的反射、繞射、散射等引起的。當(dāng)信號(hào)在無(wú)線信道傳播時(shí)，多徑反射和衰減的變化將使信號(hào)歷經(jīng)隨機(jī)波動(dòng)。因此，無(wú)線信道的特性是不確定的，隨機(jī)變化的。多徑衰落信道的兩個(gè)特點(diǎn)：頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落。產(chǎn)生小尺度衰落的根本原因只是多徑因素。多徑特性造成的多徑時(shí)延擴(kuò)展會(huì)引起時(shí)間色散，導(dǎo)致信號(hào)在頻率上的衰落特性（平坦衰落或頻率選擇性衰落）；多徑傳播與多普勒頻移相結(jié)合產(chǎn)生的多普勒擴(kuò)展會(huì)引起頻率色散，導(dǎo)致信號(hào)在時(shí)間上的衰落特性（快衰落或慢衰落）?？梢?，多普勒效應(yīng)只是在多徑的基礎(chǔ)上使得衰落問(wèn)題更加復(fù)雜并帶來(lái)更大的不確定性?；诙鄰綍r(shí)延擴(kuò)展的小尺度衰落和基于多普勒擴(kuò)展的小尺度衰落是兩種不同的傳播機(jī)制，這兩種機(jī)制彼此獨(dú)立。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）07-20-668