窄帶無線接入

窄帶無線接入（narrowband wireless access）主要是針對話音以及話音數據的接入來說的，大部分都不超過64kbit/s，少量的可能超過100kbit/s。早期的無線對講接入網、UHF/ VHF、業餘無線通信系統都屬於模擬窄帶無線接入。目前第二代移動通信系統GSM、CDMA，及其WAP技術和 GPRS技術等則屬於數字窄帶無線接入技術。

基本介紹

• 中文名：窄帶無線接入
• 外文名：narrowband wireless access
• 套用學科：通信
• 特點：窄帶，無線

歷史

窄帶無線接入技術是相對於寬頻無線接入技術而言的，兩者都屬於無線接入技術。

所謂通信，其實質是在技術上實現信息的時空變換。回顧整個通信事業發展的歷史可以看出，現代通信是以赫茲發現電磁振盪及電磁波、摩爾斯發明電報、貝爾發明電話、馬可尼發明無線電通信、海底電纜的鋪設、人造通信衛星的發明、計算機數字程控交換、網際網路的建立、光纖的發明和投入實用等等作為重要標誌而不斷發展的。

綜觀通信技術發展的歷史，無線技術和有線技術總是呈現出此起彼伏、此消彼長的形勢。電話的發明作為有線通信的重要標誌，促使有線技術發展達到了第一個高潮。由此刺激了社會市場需求，也促進了無線技術的發展。馬可尼的無線電通信作為標誌迎來了無線電通信及廣播的高潮。海底電纜為人類開啟了洲際通信的大門，通信衛星實現了全球通信的夢想，網際網路的建立使人類真正進入到浩瀚的信息海洋暢遊。通信技術就是按照這個軌跡發展到今天的。

通信技術發展到一定的階段後，自然而然地形成了通信網路化的格局。以公共通信網為代表的現代通信網主要由兩大部分組成：核心網和接入網(AN，AccessNetwork)，如圖1所示。核心網主要由傳輸網和交換機網路組成。

圖1 核心網和接入網

接入網一般是指從系統交換機到最終用戶的那一段所構成的網路。它也是一個相對的概念。只要通信系統在形式上具有業務接入點(AP，AccessPoint)加終端的結構，就可以看成接入網。對於骨幹網路，非骨幹網路就可以看成它的接入網。對於核心網路，其邊緣交換網路就可以看成它的接入網，依次類推。

與核心網的建設和發展相比，接入網的發展相對滯後，而且目前仍比較落後。目前接入網設備沒有實質性改變，仍然以銅纜雙絞線接入公眾通信網作為絕對主要的接入方式，已經成為嚴重的速率及頻寬瓶頸。目前我國已經充分意識到接入網在整個通信網中的作用，以及對提高網路利用效率和智慧型化管理水平的重要性。特別是近期網際網路的崛起、綜合業務數字網的套用推廣、視頻點播(VOD，VideoOnDemand)等新興多媒體業務的發展，都對接入網技術提出了更高的要求。我國政府和各個領域在接入網技術的研究、開發和套用方面投入了大量人力物力，取得了明顯的成果。全光網技術、數字用戶環路技術正在各個大城市全面地建設和推廣套用，前景十分光明。當然從整體上講，接入網技術的發展還有一段較長的路要走。

無線接入技術是近期興起的接入技術，與傳統的接入技術以及有線接入技術相比，具有技術上的不可替代性，並有其專有的特點和套用場合。

在無線接入發展的初期，由於技術的限制，無線接入網實現的傳輸速度大部分都不超過64kbit/s，少量的可能超過100kbit/s。而近幾年，無線通信的快速發展，才出現了傳輸速度超過100K的無線接入技術，如3G和4G通信技術，這才有了寬頻無線接入的概念。

定義

無線接入技術主要由蜂窩移動接入技術、微波接入技術、固定無線接入技術等組成。無線接入技術有很多種分類的方法。例如，按照是否允許用戶移動分為移動無線接入和固定無線接入；按照所傳輸數據的速率或所占用的頻帶可分為窄帶無線接入和寬頻無線接入；按照是否通過衛星或空中平台中繼可分為衛星接入、平流層接入和地面無線接入；按照無線通信的頻段可分為中波、短波、超短波、微波等接入，微波還可進一步細分為分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波等；按照無線通信的方式可分為數字無線接入和模擬無線接入，按照調製多址方式可分為FDMA、TDMA、CDMA無線接入等等。

寬頻和窄帶並沒有嚴格的定義，而且在不同的時期，其劃分的原則也不盡相同。在固定通信網中，頻寬一般以2Mbit/s來分界，小於者為窄帶，大於者為寬頻。早期人們以系統工作頻寬大於1MHz者為寬頻，小於者為窄帶。國際上沒有嚴格的定義。對於無線接入來說，一般來說，超過56Kbps的屬於寬頻接入，低於56Kbps的則認為是窄帶無線接入。

窄帶無線接入分類

3.1移動窄帶無線接入技術

移動窄帶無線接入技術又可分為蜂窩型和非蜂窩型兩類。主要包括：無繩電話技術、蜂窩電話技術、無線尋呼技術、UHF/VHF無中心移動通信技術、集群通信技術、衛星移動通信技術、短波移動通信技術等。

（1）無繩電話技術

用無線技術替代電話的手機與座機的連線，就形成無繩電話(CT，CordlessTelephone)。CT的座機也稱基台。

無繩電話的主要特點是使人們從連線中解脫出來，可一邊在室內自由地走動，一邊與人通電話，因此無繩電話也成為移動通信的一種。無繩電話是最簡單的接入網技術，其連線的是PSTN。

第一代模擬無繩電話統稱為CT-1，最早於1980年出現在英國，採用固定頻率的異頻雙工微型無線電收發信機。手機射頻47.45～47.55MHz，基台1.632～1.792MHz，8個雙工信道共160kHz頻寬。每個話機一個信道，發射功率極小，保證室內50m正常通信。無繩電話系統如圖2所示。

第二代無繩電話CT-2為全數字、單頻時分雙工(TDD)工作，能接入ISDN。總體說來，世界範圍內，有線電話的無線化是一種潮流。

與CT-1比較，CT-2具有以下幾個特點：話音數位化，保密性好；採用TDD方式，省去頻分雙工器，降低了成本；採用最佳信道選擇技術，避免了干擾，提高了通話質量；套用範圍廣，既可家庭使用，也可構成無繩電話小型交換機供辦公室或辦公樓使用，基台也可擴展為無繩電話入網點(Telepoint)供公共場所、市區街道使用。

此外，在CT-2基礎上，歐洲又開發了歐洲數字無繩電話(DECT)，日本開發了個人手持系統(PHS，俗稱“小靈通”)。DECT工作於1.9GHz，載波間隔1.728MHz，每載波12個時分雙工信道。PHS更類似於瑞典愛立信開發的CT-3系統，工作頻率900MHz。

（2）蜂窩電話技術

模擬制蜂窩電話技術統稱為第一代蜂窩電話系統，最早可追溯到1946年美國的模擬大區制蜂窩系統，工作頻率150MHz，半徑70～80km，可與公共交換電話網相連，以後頻率提高到450MHz。通過頻率再用技術逐漸形成小區制蜂窩系統，工作頻率也提高到了800～900MHz。我國於80年代初建立了第一代蜂窩系統，2000年宣布正式停止使用。第一代模擬蜂窩系統的世界標準有：傳輸及接入控制系統(TACS)以及接入移動個人系統(AMPS)，兩者大同小異。

第二代蜂窩電話系統是全數字系統。1987年歐洲制定以TDMA為核心的GSM標準，1991年投入套用，我國與歐洲同時套用GSM系統，目前我國已普及GSM系統。GSM系統有分別工作於900MHz和1800MHz的兩種系統，即GSM900和GSM1800。

幾乎同時，在美國由QualComm等公司牽頭制定了以CDMA為核心的第二代系統，由於CDMA技術比較複雜，關鍵技術問題也解決得較晚，投入套用的時間也晚一些，影響也比GSM小得多。

圖3 蜂窩移動通信系統原理圖

第二代數字行動電話系統並沒有統一的國際標準，“全球通”只是當時開發者的良好願望。ITU-T一直致力於形成統一的行動電話國際標準，從20世紀80年代末就組織制定第三代移動通信(3G)系統IMT2000(InternationalMobileTelecommunicationfortheyear2000)標準。但最後還是形成了以美國、歐洲為主的四個標準，目前被ITU-T認可的標準一共有16個，其中10個為地面系統標準，6個為衛星系統標準。ITU-T統一標準的希望落空了，只好希望下一代移動通信系統(4G，theFourthGenerationofMobileTelecommunicationSystem，或Beyond3G，theMobileTelecommunicationSystemBeyond3G)的標準能夠全球統一，實現真正的“全球通”，通過支持多媒體業務和網際網路的超文本業務實現真正意義上的個人通信系統，即“5W”：任何人(Whoever)在任何時候(Whenever)、任何地點(Wherever)與任何人(Whoever)進行任何內容和形式(Whatever)的通信。無論哪一代蜂窩移動通信系統，其結構都可以表示成圖13.5所示的形式。

當然從第二代的改進型(俗稱2.5G)(如WAP、GRPS等)開始，還從移動交換中心(MSC，MobileSwitchCenter)中增加了與網際網路、公共數據網等的連線。

（3）無線尋呼技術

無線尋呼系統(RPS，RadioPagingSystem)是一種單頻、單工、單向的無線電系統，它是一種特殊的無線接入系統，更像單向的個人通信系統。它根據請求尋呼用戶的需要，向持有尋呼機的用戶傳送單向短訊息。它是由與PSTN連線的尋呼中心和若干個尋呼機用戶組成的極其簡單的系統，如圖4所示。

單向通信使尋呼機系統的成本低，服務費低，對大部分用戶也很有用，從而很快得到推廣，我國以各個城市為中心的絕大部分國土上都有尋呼機用戶，大部分還實現了全國或部分城市的漫遊。

（4）無線集群技術

無線集群系統(WTS，WirelessTrunkingSystem)是一種新的無線電調度系統。由於其功能多、頻譜利用率高、成本低，因而許多單位都願意採用，作為專用的移動通信系統，其發展非常快。

所謂集群是指無線電信道不是只給一個用戶群專用，而是若干個用戶群共用。因此，集群系統是無線信道共用的調度系統。

集群系統的優點：①信道利用率高。②通話保密性好。③接續速度快。④成本低。集群通信也分為模擬集群和數字集群。集群系統沒有統一的國際標準，各國廠商之間的產品互不兼容。目前比較有名的集群系統有美國Motorola的智慧網系統(SmartNet)，日本NEC的MCA系統，美國Johnson公司的Multi網，以及美國Uniden公司的FAST系統等。

（5）VHF/UHF無中心移動通信系統

VHF頻段是指30～300MHz的超短波米波波段，UHF是指300～3000MHz的微波分米波波段。這兩個波段是目前最為繁忙的波段。像電視、調頻廣播、蜂窩移動、無線尋呼、無線集群、無繩電話、衛星通信等都工作於該波段，此外如無中心移動通信系統、藍牙系統、無線區域網路(WLAN，WirelessLocalAreaNetwork)、無線移動IP網、軍用移動系統的頻段等也屬於該波段。

無中心移動通信系統是指沒有基站轉發和中心交換的移動通信系統，由於人們習慣於稱基站為無線電中心，故該系統簡稱無中心繫統。事實上早期的移動通信系統都是無中心的，隨後的同頻單工網也是無中心的：多人可同時接收但每次只能有一人發言。

此類系統不用基站，故成本低廉，1982年日本首先提出，共有80個頻道(其中一個為專用控制信道)。頻率無須申請，只要購買電台時向管理機關申請登記即可。由於成本低廉，使用方便，因而到1984年，日本向原國際無線電諮詢委員會(CCIR，InternationalRadioConsultantCommittee，現已合併至ITU)提出了有關無中心電台的報告，一時在日本及亞洲開發中國家發展很快。

（6）移動衛星通信技術

移動衛星通信從海事通信開始。海上移動通信在很長的時期都是使用短波，後來陸上的移動通信開始使用VHF大區制和蜂窩制，但這些技術只能支持近海船隻的通信，因無法在遠洋建立基站而無法套用到遠洋。衛星通信投入套用後，人們開始探索用衛星來實現遠洋移動通信。早期衛星相對落後，星載系統的靈敏度、發射功率、天線增益、所使用的頻率等都較弱，因此需要使用大口徑天線的地面站，並使天線準確地瞄準跟蹤衛星。伺服系統可使天線不受顛簸影響，平穩跟蹤衛星，從而使船用衛星通信得到真正實用。最早衛星移動通信因用於海上通信而被稱為海事通信。

（7）短波移動通信技術

短波通信是人類現代通信史上出現比較早的技術。在二次大戰中首先出現了用於坦克、裝甲車、軍用指揮車等車載移動通信系統，緊接著出現了能夠單兵背負的短波移動步話式通信電台。車載系統由於體積、功率、天線等可以不受限制，有效工作距離可以大一些，達到100km以上；而背負式短波電台由於重量、體積、電源等限制，工作距離只能在10km左右。

戰後，民用和商用短波移動通信系統得到了飛速發展和廣泛深入的普及套用。可以說，幾乎所有行業，從航空、電力、交通運輸到郵電通信、廣播、衛星等都使用短波技術。當然軍事領域的套用更加突出，從地面電台到空中飛機、火箭、軍用衛星的通信，都是短波通信技術，尤其是短波移動通信技術。

衛星通信、蜂窩移動通信、集群移動通信、業餘無線電通信等都是從短波頻段開始的，以後逐漸向VHF、UHF、微波等更高的頻段發展。

目前，短波移動通信主要是作為軍用的備用電台，無線電愛好者中還有少量的套用。典型的軍用移動通信電台的工作原理如圖5所示。

圖5 短波移動通信系統原理圖

雖然短波移動通信現在只能作為備用系統，使用範圍越來越小，但由於其工作距離長、系統簡單便宜，將來也仍然有用武之地。

3.2．固定窄帶無線接入技術

固定窄帶無線接入技術與移動無線接入技術沒有本質上的區別。具體可以分為：固定無繩電話技術、固定VHF/UHF通信技術、固定無線集群技術、固定微波通信技術、固定衛星通信技術等。

像DECT或PHS那樣的無繩電話系統，對於少數非城區，或不適合架設線纜的地區，可通過提高終端系統的天線增益、發射功率、接收靈敏度來代替普通電話系統，但此時整個設備過重過大，已不適合移動，只能固定在室內某個地點。

類似地，對人煙稀少地區的固定VHF/UHF波段業餘無線電台和無線集群系統，為了提高有效工作距離，必須採取與固定無繩電話類似的措施，龐大的設備除了以上所介紹的車載方式外，一般必須固定於某個地點，用於代替電話等通信工具，因而就成為固定系統。衛星通信系統，除了上一小節介紹的船用、航空、車載系統等非家用系統屬於移動系統外，幾乎所有的家用衛星系統都是固定或相對固定的系統，即使像用於DirectPC那樣的微型衛星系統，由於PC機是固定的，因而該系統同樣只能固定使用。

這些固定系統的工作原理與其對應的移動系統沒有兩樣，因此，在這裡就不再介紹。下面簡要地介紹無線微波通信技術。

無線微波通信技術是指採用微波波段頻率為載波，通過微波無線信道進行通信的通信技術。根據波段的定義300MHz以上的頻率都稱為微波頻率，因此，廣義地說來，現在的蜂窩移動通信、無繩電話、UHF通信、衛星通信等都屬於微波通信的範疇。微波的傳播與光波類似，遵循直線傳輸的規則，因此，微波通信也稱為“視距”通信。理想情況下，微波在均勻介質里的傳播特性比較穩定、干擾也小，但實際空間不但有各種障礙物的影響，還有干擾源和自身由於多徑傳播等引起的干擾的影響。

要實現視距通信，必須考慮地球曲率的影響。收發通信距離與地球半徑的方根以及收發天線高度的方根之和成正比，當然還受到發射功率的影響，一般天線高度不少於10m，傳播距離不超過20～50km。實際大氣是非均勻介質，還存在頻率選擇性衰落。

早期的微波通信技術都是窄帶的，一般單載波頻寬≤1MHz，數據速率≤1Mbit/s。現代微波通信通過採用多載波並行以及每載波內正交極化調製的措施來提高通信頻寬和數據速率，因此都是寬頻系統。像微波SDH/PDH數字通信、第三/四代蜂窩數字移動通信、衛星通信、無線區域網路(WLAN)等都屬於微波寬頻通信。

窄帶微波通信系統，由於設備簡單、成本低、體積小、功耗小，仍然得到許多用戶的青睞，目前此類系統在偏遠地區、甚至城區仍然作為有線話音接入或有線數據接入的替代方案得到使用。

特點

無線接入技術與有線接入技術相比，在系統安裝建設、運行維護和經濟性等許多方面具有自己的特色，並具有相對的優勢。無線接入有下列主要特點。

①建網入網速度快：由於無線接入系統只需安裝基站和天線，與有線接入挖溝鋪線、架線配線等繁重的工程施工相比，具有建網速度快的優點，尤其對山區和老城區該優點更加突出。而且固定用戶的設備安裝也很容易，可實現“即要即通”。

②建網投資低：對於無線接入系統，在得到充分發展的前提下，具有比有線接入系統更低的成本，而且系統成本與用戶位置無關。

③運營成本低，維護方便：由於無線接入系統比較簡單，無須大量的維護人員，因此運營成本低，而且運營維護也比較方便。

④抗破壞能力強：由於用無線通信代替了有線通信，因而對於人為的盜竊、破壞，以及地震、風災等自然災害有很強的抗破壞能力，從而進一步降低了系統的運營維護費用。

⑤擴容方便：在系統擴容時，只須增加無線信道或基站設備，而無須考慮用戶的具體位置。

⑥保密性能好：由於通過無線技術進行編碼通信，可最大限度地防止竊聽、盜打等現象。

⑦符合未來個人通信的發展趨勢：無線接入技術是實現未來個人通信的必不可少的技術，當然在技術上還需進一步的提高。

⑧節省資源：採用有線技術需要消耗大量的線纜等不可再生的資源，而無線技術則避免了這樣的浪費，有利於社會進步。

用途

窄帶無線接入技術中最典型的套用是GPRS套用。在2G發展階段，GPRS得到了廣泛的套用，如現在大部分的移動POS機均採用GRPS技術進行數據傳輸。還有很多移動2G用戶使用GPRS技術進行網際網路訪問。

隨著3G和4G技術的發展和廣泛套用，大部分移動終端支持3G和4G通信，GPRS技術會逐漸萎縮。但是，由於採用GPRS通信技術的終端數量龐大，因此窄帶無線通信技術會在相當長的時間裡得到套用。

此外，對於一些頻寬要求不高的專網中，窄帶無線接入技術還會繼續得到廣泛的套用。

發展趨勢

6.1固定無線接入網發展趨勢

固定無線接入以寬頻接入為主，主要為MMDS、LMDS、WLAN三種類型，其次為衛星固定接入、平流層固定接入等。無線接入的頻寬總體說來，與雙絞線可以是相同數量級，無法與光纖相比擬，同時無線接入的業務也不能由光纖來代替。一般說來只有無線接入才能真正體現個人通信系統式的“5W”通信，因此，應該比電纜接入有更大的套用前景和套用範圍。

在未來接入技術市場中，無線接入市場將大於有線接入市場，中間還受到市場策略和技術進步的影響。而無線接入中，雖然固定無線接入肯定不如移動無線接入，但其市場份額也是相當可觀的。

6.2移動無線接入的發展趨勢

移動無線接入總體上說現在和將來都是以地面蜂窩移動通信系統為主，其他移動接入方式為輔的分布形式。

隨著3G和4G的廣泛套用，窄帶無線接入技術的市場份額逐漸下降。但是，由於在2G時代發展起來GPRS等窄帶無線接入技術的廣泛使用，而且有些業務對頻寬的要求並不高，因此窄帶無線接入技術還將在相當長的時間內繼續占據一定的市場份額，直到其完全被寬頻無線接入技術所替代。

在專用網市場中，窄帶無限接入技術由於其技術穩定性等特點，將在更長的時間內得到套用。