[科普中国]-无线本地环路

定义

无线本地环路（WLL），是通过无线信号取代电缆线，连接用户和公共交换电话网络（PSTN）的一种技术。WLL 系统包括无线接入系统、专用固定无线接入以及固定蜂窝系统。在某些情况下，WLL 又称之为环内无线（RITL）接入或固定无线接入（FRA）。WLL 的带宽使用率高于电缆环路。对于不具备线路架构条件的地方，如某些偏远地区或发展中国家而言，WLL 提供了一种既实用又经济的最后一英里（Last Mile 或最初一英里 First Mile）的解决方案。

无线用户环路技术，主要以蜂窝技术、微蜂窝技术以及数字微波等技术为基础，其用户终端主要是固定终端和只有一个基站覆盖范围内移动的终端。无线本地环路可以提高网络的灵活性，扩展传输的距离，在偏僻农村地区或地广人稀的地区用这种无线接入方式不仅可以实现速度快、灵活方便，而且可以大大降低建设的投资1。

WLL是现代无线技术、数字信号处理技术和传统电话本地局的功能相结合的产物 。作为有线环路的扩充 ,它具有自身的优势:

经济。无线本地环路初期投资与有线用户相当，但运营维护费大大低于有线用户环路，而且成本与距离因素关系不大，用于农村及边远地区有优势。

能迅速提供业务，灵活可变。部署灵活 ，便于施工和安装 ；建网速度快 ，环境适应能力强 ；方便按需要调整网络结构及任务量 ，安全可靠。

容量大。特别是采用小区覆盖，频率可重复使用 ，且与移动通信兼容性好 ，通信覆盖能力强 。

三个发展阶段第一代无线本地环路典型代表是 70年代推出的一点多址系统 . 初期采用模拟制式 ,很快就采用了 TDMA数字传输方式 . 这类系统主要由中心站、外围站和中继站组成 . 中心站负责与交换机连接 ,外围站与用户机连接 ,继站可延长交换机到用户之间的距离 . 这一代系统主要为农村、海岛、居民点用户分散的边远地区设计 ,因而基本单元的最大用户数一般在 128～ 512之间 ,容量较小 ;由于主要服务于用户分散的地区 ,因此覆盖范围较大 ,无中继通信距离一般为 30 km,在有中继站时 ,最大通信距离可达 600 km;系统通常用于电话交换网的末端 ,作为电话网的用户环路与交换机的用户接入端口相连 ,不独立组网 . 无线传输采用特高频、微波通信或卫星通信进行 . 典型的系统有加拿大 SRT公司的 SR100、 SR500,日本 N EC公司的 DRM ASS 、美国 A T& T公司和法国 TRT公司合作的 IRT1500、 IRT2000等2.

第二代无线本地环路系统80年代中期以来 ,随着模拟蜂窝移动通信技术的日益成熟 ,通信网络的快速增长 ,第一代无线本地环路已不能满足用户需求 ,基于 450M Hz及 900M Hz模拟蜂窝移动通信技术的第二代模拟制无线本地环路系统应运而生 . 它通常由网络接口、系统控制器、基站及用户单元构成 . 它去掉移动通信中的移动交换局 ,基站通过控制单元和网络接口接在市话端局交换机上 ,在基站覆盖范围内用户通过无线方式接入基站与市话交换机相联 ,构成无线本地环路 . 在初期产品中 ,由于是直接从蜂窝移动通信技术演变而来 ,因此每个用户话务量设计过低 ,易受移动通信共频段干扰 ,不支持高速 FAX /M ODEM 和ISDN ,每部收发信机只支持一个用户 ,基础设施费用较高 . 到 90年代初 ,许多无线本地环路系统已有效地克服了上述缺点 ,提高了用户话务量和系统容量 ,每部收发信机有多个信道 ,可同时为多个用户服务 ,有效地降低了每个用户的平均基础设施费用 ,同时也可以支持高速 FAX /M ODEM 和 ISDN. 这一时期的典型产品有 AT& T公司的 WSS系统 ,其工作频段为 824 ～ 849M Hz(上行 ) , 869 ～ 894 M Hz(下行 )或 890～ 905M Hz(上行 ) , 935～ 950 M Hz(下行 ). W SS的接口方式有两种 ,小区制 ( 12 ～ 40 km )时采用用户线接口方式和数字中继线接口方式 ,大区制采用多基站联网方式 . 系统的总用户数可达 960, 000个 ,除支持市话外还可支持移动电话业务、FAX和 9600 b /s的 MODEM 业务等2.

第三代无线本地环路系统进入 90年代以后 ,随着数字移动通信技术进入实用阶段 ,采用时分多址 ( TDM A)和码分多址( CDM A)技术的无线本地环路系统开始兴起 . 第三代系统通常由网络接口单元、基站控制器、基站、无线用户端站和监控操作单元组成 . 其系统结构与第二代系统基本相同 . 除了第二代模拟制系统的一般特性 ,它还有数字通信的共有特点 ,如保密性强、频带宽、容量大、可提供ISDN等宽带业务和许多非话新业务等 . TDM A系统已于 1994年 进入实用 ,在许多国家均有应用 . 典型产品有美国休斯公司的GM H2000,采用 TDM A多址技术 ,使用 5 kb /s 的 CELP话音编码器 ,工作频段为 824～849M Hz(上行 ) , 869 ～ 894 M Hz(下行 ) ,信道间隔为 30 k Hz,调制方式为 π /4Q PSK,信息速率为 48. 6 kb /s. CDM A 系统于 1995年末进入市场 ,开始向各国推广 . 其典型代表有MOTOROLA 公司的 CDAwill系统 , QUALCOMM 公司的 Qctel系统 ,朗讯公司的Airloop系统 . 其中Qctel系统的空中接口与 TIAPN- 3118兼容 ,扩频带宽也是1. 25M Hz,每扇区每载频有40个话音信道 ; CDMAw ill系统基于 IS- 95 CDMA蜂房移动通信技术 ,扩频带宽 1. 25 M Hz,每载频有 108个业务通道 ;而 Airloop系统是采用的宽带扩频 ,扩频带宽是10M Hz,每载频有 115个话音信道 ,除了提供普通电话业务、三类传真和高达28. 8 kb /s的话音频带数据 ,还可以提供 ISDN 2B+ D业务2。

具体应用场合已建有大量有线本地环路但急需扩容的城市或地区 ；有线基础设施缺乏的新兴工业城市、地区或城市开发区及住宅小区 ；难以或限制铺设有线本地环路的农村、岛屿、山区、林区及特殊地区 ；临时急需大量通信业务的环境 ,如灾区、新开发的油田、矿山等 。

W LL系统WLL 系统基于全双工（Full-Duplex）无线网络，为用户组提供一种类似电话的本地业务。WLL 单元由无线电收发器和 WLL 接口组成，它们统一安装在一个金属盒中。出口处提供两根电缆和一个电话连接器，其中一根电缆连接定向天线（Directional Antenna）和电话插座，另一根连接通用电话装置。如果是传真或计算机通信业务，就连接传真机或调制解调器。

相关技术多址技术。在无线本地环路系统中 ,多址方式不外乎FDMA、TDMA和 CDMA或它们的混合 . FDMA方式技术成熟 ,覆盖范围大 ,抗干扰能力低 ,保密性差 ,频率复用率偏低 ,容量小 ,只适用于偏远农村和小城镇 ; TDMA方式技术成熟 ,抗干扰能力强 ,频率利用率高 ；CDMA方式 ,技术趋于成熟 ,容量大 ,频率资源共享 ,抗多径干扰能力强 . 可见 ,在 W LL系统中 , CDMA技术具有其它多址方式难得的优越性3 。

双工方式。常用双工方式有时分双工 ( TDD)和频分双工 ( FDD)两种。从频谱利用、系统设计及实现等方面综合考虑。如果有相应的可用频谱 ，FDD是首选的 。对小范围区域服务，如居民住宅或建筑物内应用，TDD在频谱灵活和简化手机天线分集实现方面有优势。但另一方面，在公网服务，TDD引入了同步问题 ，且在有限延迟环境中基站利用率不高。FDD通常没有这些问题，但其频谱区缺乏灵活性，在手机设计方面也有一些问题 。

信道指派方案 。在 FDMA系统中 ，信道指派是指工作频率的确定 。在TDMA系统中，信道指派是指频率和时隙的确定。在CDMA系统中，其信道区分是靠码型来区分的，它们共同享有一段频率 。信道指派方案，从传统的固定指派 ( FCA- Fixed Channel Assig nm ent)方案已演变成两种信道指派方案，准静态自动频率指派 ( QSAFA)方案和动态信道指派( DCA)方案 。分析结果表明 ，在负载较轻的条件下，DCA在频率再用问题上是比较有效和灵活的，因此它适于小型专用系统 。QSAFA方法能提供快速的链路建立和信道切换，因此它适用于话务负载较重的公用系统 。

信道调制方式 。在无线通信系统中，调制技术是关键问题之一 。在给定信道条件下，寻求高频谱效率高性能的调制技术一直是重要的研究课题。 各种无线本地环路产品使用了多种调制技术，常用的有 DQPSK、 FFSK、 GFSK、TCM 及 DS-BPSK等。在采用 CDMA技术的 W LL系统中，用的较多的是直接序列 ( DS)扩频，它具有低功率谱密度、抗干扰性强、抗多径干扰等特点。信道调制通常采用 BPSK或 QPSK。

随着无线通信向着高速率宽带传输及个人通信方向发展 ，一些先进的技术相应地发展起来 。如用于传输大容量信息的多级调制，根据信道条件自适应地改变调制级别、信号速率和业务量；根据信号容量 ，改变载波数目的自适应多载波系统，可用于多媒体信号传输。

技术指标包括两个方面: 无线 (空中 )接口的技术参数和有线接口的技术参数 。无线接口的技术参数有工作频率、载频间隔、调制方式、信道速率、上行和下行信道链路的接入方式、双工方式等 。有线接口的技术参数 ，在固定用户终端与用户之间有线路阻抗、话音编码、用户拨号方式、环路电压及最小环路电流等 ；在端局交换机与基站控制器之间也有相应的接口要求 ,它们应符合公网局间中继标准 。