2.4.6 无线接入网的特点

1.无线信道与空中接口

移动通信与有线通信的区别主要在接口与信道上。图2-27给出了移动通信与有线通信在接口与信道上的区别。

移动通信与有线通信的区别首先表现在接口上。如图2-27a所示，只要将家中的固定电话与预先安装在墙上的固定电话接口（简称为“固话接口”）用带有标准接头的电话线连接，我们就可以拨通世界上任何一个地方的电话。如图2-27b所示，移动通信中手机与基站之间的接口是看不见的，业界称之为“空中接口”（简称为“空口”），所有通过空中接口与无线网络通信的设备统称为移动台。移动台可以分为车载移动台和手持移动台。手机就是目前最常用的便携式手持移动台。基站包括天线、无线收发信机，以及基站控制器。基站一端通过空中接口与手机通信，另一端接入移动通信网中。

蜂窝移动通信网从1G到5G技术上的区别，首先表现为无线信道采用不同的空中接口标准。

在有线通信中，我们交谈时的语音信号是通过有线线路来传输的，两个通信的电话机之间的通信线路称为“有线信道”。移动通信中的手机与基站之间的信号是通过电磁波传播的，我们将连接手机与基站的无线传输通道称为“无线信道”。每个无线信道包括手机向基站发送信号的上行信道，以及基站向手机发送信号的下行信道。上行信道与下行信道采用的频段是不相同的。例如，在2G全球移动通信系统中，上行信道与下行信道可以分别采用935～960MHz与890～915MHz频段。

需要注意的是：有线通信的接口之间是通过电话线路以“点-点”方式连接的，移动通信的基站则通过多个空中接口接收多个手机的信号，因此移动通信的接口之间是通过广播线路以“点-多点”方式连接的。

2.无线接入网的基本结构

移动通信网的无线接入网（Radio Access Network, RAN）最主要的组成部分是基站（Base Station, BS）系统。移动终端设备通过基站接入移动通信网中，无线接入网需要考虑无线协议与无线接口，如多址方式、调制方式、信源与信宿编码算法，以及无线信道的检错、纠错等问题。电信的无线接入网的结构如图2-28所示。

根据移动通信网的接入网框架和体制要求，无线接入网的特点可以归纳为：

● 对所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传输；

● 移动通信网的信令对用户是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然属于业务节点；

● 不限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过标准化的接口与业务节点相连；

● 网络管理系统独立于用户节点，用户节点通过标准化的接口连接电信管理网；

● 电信管理网负责执行对无线接入网的操作、维护与管理。

3.大区制与小区制

移动通信最基本的要求是你不管走到哪儿都有无线信号，都可以通信。从无线通信技术的角度讲，就是要解决无线覆盖问题。而解决无线覆盖问题最容易想到的方法有两种。一种方法是像广播电视一样，在城市最高的山上架设一个无线信号发射塔，希望通过这个无线信号发射塔覆盖一个城市几十公里，甚至是上百公里范围内的多个手机通信的问题。另外一种方法是采用卫星通信技术，利用卫星信号可以覆盖地球表面一块很大区域的优点，去解决大范围的手机通信问题。这就是移动通信中所谓的大区制信号覆盖方法（如图2-29所示）。

大区制信号覆盖方法存在三个主要问题。

● 大区制适合于广播式单向通信场景，如传统的电视广播、广播电台。手机与电视机、收音机不同，它是需要双向通信的。大区制边缘位置的手机距无线信号发射塔比较远，如果这些手机要将信号发送到发射塔，就需要手机所发送信号的功率较大。

● 手机发送信号功率大导致手机有三个与生俱来的缺陷。一是手机的体积不可能做得太小。二是手机价格会很贵，手机价格贵，使用的人就会少，不能形成规模效益，使用手机的费用也会相应提高。三是信号功率大会增加对人体的电磁波辐射影响，不符合环保的要求。

● 城市里建筑物、地下车库，或者汽车、火车的金属车顶都会阻挡无线信号，不能保证手机在一些特殊环境中通信的畅通性。

因此，在公用移动通信中不采用大区制的信号覆盖方法。

针对大区制信号覆盖方法的缺点，人们提出了小区制信号覆盖方法。小区制是将一个大的服务区划分成多个小的区域，即小区（cell）。每个小区都设立一个（或几个）基站，手机通过基站接入移动通信网。小区覆盖的半径较小，一般为1km～20km。电信公司的设计人员可以通过合理地选择基站的位置，设计天线的高度、信号功率与覆盖范围，来保证在整个小区内不出现通信盲点，确保信号的全覆盖。

小区制的特点主要表现在以下两个方面。

● 小区制是将整个区域划分成若干个小区，多个小区组成一个区群。由于区群结构酷似蜂窝，因此小区制移动通信系统也叫作“蜂窝移动通信系统”。

● 群中各小区基站之间可以通过光缆、电缆或微波链路与移动交换中心连接。移动交换中心通过光缆与市话交换网络连接，从而构成一个完整的蜂窝移动通信系统。

图2-30给出了蜂窝移动通信系统的结构示意图。

4.小区制的无线通信频率复用方法

随着移动通信的广泛应用，无线频段只会越来越稀缺。因此，设计无线通信系统的一个重要原则是要有效地利用有限的无线通信频段资源。

在设计移动通信网时，还需要重点解决的问题是如何在地理位置不同的区域重复使用相同频率，即频率复用问题。图2-31给出了小区制中无线通信频段使用方法的示意图。

如图2-32所示，我们可以将申请到的一个频段划分为7个子频段 f ₀ ～ f ₆ 。每个小区分别使用一个子频段。这样，7个使用子频段 f ₀ ～ f ₆ 的小区组成一个区群。我们可以将这样的区群作为基本单元，在整个服务区中进行复制。在服务区的基站设计中，需要统筹考虑基站位置、天线高度、信号功率与覆盖范围的关系，减少相邻区群之间的相互干扰，这样相同频段便可以被相隔一定距离的区群重复使用。