适于电信普遍服务的无线接入系统分析

2019-11-03 18:55:24

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供稿：网友

信息产业部电子科技委委员教授级高工李进良1.无线接入的各种技术体制

　　无线接入有蜂窝移动电话系统、数字无绳电话系统以及点到多点微波系统等多种技术体制可供选择，那么，为了实施电信普遍服务的艰巨任务，中国运营业选择那种技术体制为宜呢？PHS在原中国电信所属各省已有超过1200万的用户；CDMA1900WLL在深圳已有超过20万用户；GSM1800在上海奉贤已建试用网，约有1000用户；我国自主研发的SCDMA系统已先后在重庆、成都、杭州、南京、江西和海南建立过实验网，最近还在大庆油田开通具有可用手机的经改进的SCDMA网；CDMA450WLL在西藏开通一个月就有1万户农民入网。要想合理高效地建设一个无线接入网，我们完全可以从克服电信普遍服务的瓶颈出发，对上述不同的技术体制适用的运行环境客观地进行比较分析。

　　2.无线运行环境与无线通信网络类别

　　固定通信既可利用有线介质（铜线或光纤）又可利用无线电波等两大类传输媒介。移动通信可凭借的传输媒介，只有唯一的无线电波。因此，利用无线电波，既可作固定通信，也可作移动通信。无线电运行环境实质上是移动通信环境，可以主要按电波空间（指地区和传播范围的物理属性）、移动速度、用户属性（指话务量等）和传播模式（指地面或卫星）来进行分类。ITU－R经过大量的研究工作后提出了13类运行环境。无线通信按不同用户属性及所用无线电波的波长（频率）与技术而有不同的类别。现代移动通信技术的迅猛发展按电波空间大小形成了4种蜂窝无线通信网络，即巨区、宏区、微区、微微区，借以适应不同移动速度、业务量密度等各种无线电运行环境。

　　蜂窝宏区移动系统（如CDMA450、GSM900）适用于乡村郊区、高车速和中业务量密度；蜂窝微区移动系统（如CDMA1900、GSM1800）适用于市区、慢车速和高业务量密度；无绳微微区移动系统（如PHS）适用于市区室内、低速和高业务量密度；卫星巨区移动系统（如海事卫星）适用于所有运行环境、最高机速和小业务量密度，因此，蜂窝移动系统、无绳移动系统和卫星移动系统作为无线接入各有其适用的无线电运行环境，会在相当长的时期并存。

　　3.无线接入系统适用性的因素分析

　　每种应用无线技术的无线接入环路，从系统覆盖、蜂房规模、功率、移动性、频谱效率、质量、性能及相应的成本等方面与其它应用都互有差异。

　　一般而言，任何无线电系统都可用于无线接入，但是其适用性是若干因素的函数。对某种特定的用途而言，最为适用的系统一般取决于下列因素：

　　（1）用户要求———要考虑业务类型和业务量密度，不仅是普通老式电话业务（POTS）或是有许多特色的业务设置，还要考虑其性能价格比对多数用户能否承受。

　　（2）频谱效率———要分析不同空中接口技术体制的特性，既要考虑技术的先进性，更要考虑产品的成熟性。特别是其频谱效率能否支持用户不断增长的要求。

　　（3）电波覆盖———要确定对该系统恰当的无线电频谱的可用性，以及覆盖地区实际蜂房大小能否满足用户分布。

　　（4）建网成本———要分析比较：网络基础设施的费用；用户设备的费用；运营的费用；实现大规模生产降低价格的速度；初期建网投资要小并能够分阶段投入。这取决于电话用户总量的密度和所采用系统的先进性和灵活性，特别是该系统的频谱效率和电波覆盖。

　　>（5）现有网络———另一个重要的考虑事项是怎样达到新建无线接入系统与运营者的现有网络特点相综合，诸如能够满足G3FAX和话带数据甚至是综合业务数字网（ISDN）等现有业务的要求，以充分利用运营者已有的网络资源和号码资源。

　　了解每一种技术推广应用的激励因素，在尽量减小方案成本和努力增大方案效能过程中是至关重要的。除了上述因素之外，还有其他各种因素影响着网络的应用。特别是终端用户和运营者的许多要求，采用有线与无线通信技术的混合方案，也许能够被最好地解决。根据一个国家的具体情况，对诸如已有的基础设施，拟用的空中接口标准，建设工期的计划，未来发展的目标甚至气侯等等因素进行分析，加以比较，才能针对某种特定的用途确定什么是最佳无线接入方案。

　　4.CDMA450是电信普遍服务的最佳技术途径

　　我们可以从克服电信普遍服务的瓶颈出发，对蜂窝宏区移动系统（如CDMA450、GSM900、模拟450）、蜂窝微区移动系统（如GSM1800、CDMA1900）和无绳微微区移动系统（如PHS）等就其是否适用于农村特定环境进行比较，分析下列因素，从而抉择最佳的系统。

　　4.1用户要求

　　主要包含用户业务类型要求和业务量密度要求。中国解决电信普遍服务的重点是农村和西部，业务类型当前首先是普通老式电话业务（POTS），随后才会有许多特色的补充业务、数据业务。业务量密度对市区与郊区的应用，要求很高的容量———每平方公里数百个、有时数千个电话用户。而对中国解决电信普遍服务的重点，当前首先是村镇，经常与人口密集地区相隔绝，只有较低的通信密度容量要求，可能只要求服务几百个电话用户。其次是农村地区，唯一的要求，即在非常孤寂的地区，每个小村落只需几条通信线路。在系统容量方面，假设一个本地网的面积是10000平方公里，模拟450最多只能承载1.5万用户的电话业务，而采用2.5G技术的CDMA新制式———450MHz数字无线接入系统，其系统容量可达150万用户，且能够提供丰富多彩的话音与数据新业务。

　　4.2频谱效率

　　系统的频谱效率取决于多址方式：频分多址（FDMA），如我国的模拟蜂窝系统TACS，频谱效率最低；时分多址（TDMA），如我国的数字蜂窝系统GSM，频谱效率较高；码分多址（CDMA），如我国的联通蜂窝系统cdma2000－1x，频谱效率最高。CDMA为频分双工，每个CDMA信道各使用1.25MHz发送和接收频谱。一种能有效地利用频谱的空中接口可以在相同带宽内支持很多的用户，同时降低与频谱相关的费用。CDMA频率复用系数高，同时由于采用了完善的功率控制及话音激活等技术，在相同频谱情况下，CDMA的容量可达GSM的5.5倍，TACS系统的10倍，模拟450的21倍。在高速移动状态下，基于cdma2000－1x技术的450MHz系统每扇区可以提供大于25个通话信道。在无线本地环路或低速移动应用中，如果用高增益天线，则每扇区可以支持大于40个通话信道。

　　4.3电波覆盖

　　提供适当的覆盖面积是蜂窝移动通信系统、无线接入系统的基本要求。电波覆盖与空中接口技术和频率特性相关。每个蜂窝小区的覆盖面积受链路预算的影响很大。根据确定的链路预算，可以比较不同空中接口技术的小区半径的大小和需要基站的数目。这里给出在城区、郊区和乡村等不同环境下，CDMA与GSM初期覆盖

范围的比较，CDMA比GSM所需的小区数约少80％，实际使用情况表明CDMA的覆盖区域更广（见表1）。

参数	密集城区	稀疏城区	郊区	乡村
CDMA小区面积（km）2	3.1～8.1	5.3～13.8	28.3～73.2	254.4～659.1
GSM小区面积（km）2	0.6～1.6	1.1～2.8	9.1～23.5	76.4～197.8
CDMA∶GSM面积比	5.2∶1	4.9∶1	3.1∶1	3.3∶1

　　从频率特性看，900MHz和1800MHz频率高，绕射能力弱，传输损耗大，覆盖面积小，一般适合城市使用，用于农村通信不很适合。而450MHz频率低，绕射能力强，覆盖面积可以更大，适合农村通信解决普遍服务。目前许多省份用模拟450系统解决村通问题，最远可通50公里，新疆甚至达到80公里，提高了村通率（广西从33％提高到90％，就说明了该问题）。

　　从电波覆盖的面积来说，450MHzCDMA要大于800MHzCDMA、900MHzGSM，远大于1800MHzGSM、1900MHzCDMA。此处以800MHzCDMA为基准来分析它们覆盖上的差异（见表2）。

	无线终端最大发射功率	基站接收机灵敏度	频率差异引起的空中传播损耗差异	总计允许的路径损耗的差异	用Hata模型估计的城区平均覆盖半径
900MHz GSM	33dBm	－105dBm	1dB	－5dB	0.7R
800MHz CDMA	23dBm	－119dBm	0	0	R
450MHz CDMA	23dBm	－119dBm	－7dB	7dB	1.6R

　　从上表可以看到450MHzCDMA系统覆盖能力比800MHzCDMA系统高出7dB，比900MHzGSM高出12dB。如果采用Hata模型，那么相同的环境下，450MHzCDMA覆盖半径是800MHzCDMA的1.6倍，是900MHzGSM的2.2倍。因此，CDMA450更为适合农村通信，可以先大覆盖、小容量，解决村村通；随着业务量密度的增长，可以小区分裂，提高容量，解决普遍服务。

　　4.4建网成本

　　取决于用户要求中的业务量密度和系统空中接口技术体制中的电波覆盖与多址方式。对业务量密度低的农村和西部地区，由于其地广人稀，从电波覆盖来说，以选覆盖面积最大的450MHz为宜，这些地区要求首先解决电波覆盖，再随着用户的增多，业务的扩展，而逐步小区分裂进行扩容。从多址方式来说，以选频谱效率最高的CDMA为佳。近几年，模拟450系统，因造价低廉在国内“村村通”建设中得到广泛使用。但由于该模拟系统规范为FDMA方式，技术成熟但落后，频谱效率低（一些地方已无法安排频率），很难用以进一步解决农村“家家通”的问题，同时也带来设备成本相对较高，业务单一，一定程度上影响了电信普遍服务的普及。

　　频率是稀有资源，随着技术的发展，现在已有频谱效率高的成熟技术，且成本较低，业务较为丰富，非常适合农村和西部地区用来解决电信普遍服务，这就是采用2.5G技术的CDMA450新制式———数字无线接入系统。CDMA450系统成本可将模拟450的2000元～3000元/线降到800元/线；终端价格1000～3000元；运营维护费用平均每户只需50元/年；随着容量增大，建网投资更少，终端价格更低。用以解决农村通信，估计两年即可

收回投资，使运营商获利，达到双赢目的（见表3）。

	模拟450	CDMA450
市场定位	以农村通信为主	城市、郊区和农村
覆盖范围	大	大
频率复用效率	低	高（原因：分扇区、复用距离小）
业务提供能力	话音、低速数据（2.4kbps）	丰富（智能网、分组数据业务等）
网络演进能力	仅做有线的补充或延伸	技术规范完整，可向3G过渡
系统成本	2000－3000元/线	800元/线
终端价格	2000元左右	1000－3000元
成本下降空间	成本与容量相关性不大	容量增大，成本更低

　　此外，CDMA450无线接入系统凭借其低成本、广覆盖等优势，在独联体国家和东欧市场获得了巨大成功，已逐步成为国际通信领域的主要制式之一，而且我国华为、中兴、贝尔、金鹏等通信制造企业，产业化生产已经成熟并领先于国际同行，在俄罗斯、白俄罗斯等国已签订总计超过1亿美元的商用合同。综上所述，可以认为：CDMA450无线接入是当前我国实现电信普遍服务的最佳技术途径。

　　5.结束语

　　作者曾发表文章论述了我国全面建设小康社会必须电信普遍服务先行，要想实施全国的电信普遍服务，有线接入投资需2万亿元，施工需100年，这是一个无法逾越的瓶颈；无线接入由于建网运营成本低，建网速度快，成为最佳技术途径。综合本文所述，采用2.5G技术的CDMA450新制式———数字无线接入系统，有可能在未来20年投资1千亿元实现我国农村和西部地区的电信普遍服务，而且会逐步取得经济效益，进入良性循环，达到2002年“世界电信日”主题所提出的“信息通信技术为全人类服务：帮助人们跨越数字鸿沟”这一宏伟目标。

摘自　人民邮电报

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