從移動終端連接到接入網的技術難題

夏麟

【摘要】信道資源十分珍貴，同時信道中的情況也十分惡劣。當我們考慮用戶使用移動終端進行通信時，我們并不擔心數據包的轉發(fā)方式，也不關心調制解調是否可靠，我們對話路轉接的過程也十分放心。唯獨信道多變和復雜的特性使得我們必須采用很大的代價，采取大量的技術手段，才能提升通話的可靠性，使通信高效穩(wěn)定的進行。每一次發(fā)送速率的提升，每一次對頻帶進一步的利用，都不能不考慮信道中出現的反應以及這種反應對信號的影響，以下我們詳細分析了信道特性，簡單闡述了信號通過信道的變化以及對信號畸變的解決方法。

【關鍵詞】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.無線接入網面臨的主要問題

（1）為實現點對點甚至點對多點之間通信，最有效最快捷的方式就是使用電，即我們所說的“電信”。電信運營商最看重的就是業(yè)務能力，為了高效可靠的業(yè)務能力，運營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。移動終端點對點之間的通信持續(xù)時間短，高速突發(fā)，通信鏈路快建快拆，于是運營商通過計算機與集成電路建立行之有效的電路切換方法，用軟交換的方法實現業(yè)務，控制，承載的分離，以便于更好的提供高質量高效率的服務，提高業(yè)務能力。在較短時間內采用時分復用，擴頻技術等手段高效利用通信時間，提高傳輸能力和效率。

（2）從人手所持的移動終端連接到接入網乃至核心網，過程之中所采用的技術是十分關鍵的，本文著重分析移動終端和無線網之間的連接主要面臨的問題。首先為了實現遠距離通信，首先要考慮的問題就是信號覆蓋，最一開始人們考慮的信號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那樣。實際上效果非常不理想，由于信號在傳輸的過程中，經過不同的地形，反射，折射，散射，繞射。在高速多用戶數據發(fā)送時面臨多址方式，瑞麗衰落，信號互擾，頻帶有限等一系列問題。

當無線信號在傳輸的過程中一定會出現隨距離而衰減的現象，其距離與信號強度（dB）之間的關系如圖1所示，信號隨著距離呈現反比例函數的衰減，其橫坐標距離的數量級在Km級。這種衰減也被稱之為大尺度衰落，這種衰落起先雖然被認為是一個需要解決的問題，及至到了后期，人們發(fā)現這種特性有許多的好處，我們都知道BTS基站負責信號的發(fā)送與接收，當基站建立在屋面或幾十米高的鐵塔上時，處于地面的人群所受的輻射每立方米不足1個瓦特，由于大尺度衰落，每一個基站的扇區(qū)輻射的距離有限，成為蜂窩移動系統(tǒng)反復利用某個頻段的理論基礎。而且大尺度衰落的程度有所依據，對所有速率和頻率的信號衰減程度相同，對通信并未造成任何真正的問題。移動終端通信的切換問題也是通過幾個基站共同連接同一終端，然后選擇最佳通信線路進行通信的，所以解決起來并不困難。

（3）信號在傳輸的過程中除了散射和折射以外還會存在阻擋，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)設立直放站或者在建筑物內增加室內分布系統(tǒng)來解決。

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

2. 瑞利衰落

（1）所謂的小尺度的衰落是就幾倍波長而言的，在此范圍內，信號經過不同路徑到達同一接收端會導致幅度偏移嚴重，多普勒頻移造成嚴重的頻移，時間色散，基帶信號失真，即使在一條視距范圍內傳輸，仍然會通過多條路徑到達接收端，接收端自然無法分辨幾路相干信號互相疊加的合成量，這個合成信號隨著時間在不斷變化，有的相加增強，有的互相抵消而造成衰落，如圖2所示，

（2）信號疊加后所形成的強度（dB）與傳輸距離（Km）的關系如圖3所示，我們可以觀察到在短短的幾千米內就出現了數十個的深衰落和上千個淺衰落，二位坐標圖像并沒有展示出這種關系隨時間的變化，事實上，必須出現相應的技術使接收端能夠避開接受深度衰落信號而獲取衰落程度低的信號。比較常見的技術就是采用多天線分級接收的方法，多接收幾路信號進行比較，選擇其中衰減程度最低的信號進行處理。或者將所有信號全部接收后進行某種運算處理，得到計算后可以接受的信號。

（3）如果環(huán)境物體的移動速度大于信號臺的移動速度，那么移動臺的速度對小尺度衰落將起決定性作用。如果信號臺的速度大于環(huán)境物體的移動速度，那么就只考慮運動的影響而忽略環(huán)境對物體運動的影響。

3. 多徑衰落信道

從圖4分析出，當移動臺移動速度從1增至5再增至10時，直射徑信號、反射徑信號和移動臺接收到的合成信號頻率均不變，直射徑信號和移動臺接收的合成信號的衰減速度更快，反射徑信號呈變大趨勢。即使在同一頻率，在不同的時間點，合成信號的強度也是不一樣的。當接收信號的強度相對位于波谷位置，接收的合成信號幾乎為0，當接收信號的強度相對位于波峰位置，接收的直射信號和反射信號要比合成信號大得多，這種由于移動臺運動而導致的信號增強或削弱情況就是時間選擇性衰落。

4. 無線信道特性總結

在無線信道中，發(fā)送和接收天線之間通常存在多于一條的信號傳播路徑。多徑的存在是因為發(fā)射機和接收機之間建筑物和其他物體的反射、繞射、散射等引起的。當信號在無線信道傳播時，多徑反射和衰減的變化將使信號歷經隨機波動。因此，無線信道的特性是不確定的，隨機變化的。多徑衰落信道的兩個特點：頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落。產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延擴展會引起時間色散，導致信號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合產生的多普勒擴展會引起頻率色散，導致信號在時間上的衰落特性（快衰落或慢衰落）。可見，多普勒效應只是在多徑的基礎上使得衰落問題更加復雜并帶來更大的不確定性。基于多徑時延擴展的小尺度衰落和基于多普勒擴展的小尺度衰落是兩種不同的傳播機制，這兩種機制彼此獨立。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）07-20-668