PHS无线资源的研究.docx
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PHS无线资源的研究
目录
摘要III
AbstractV
第一章PHS系统及其关键技术1
1.1PHS系统介绍1
1.1.1PHS组网发展及核心网络的演进2
1.1.2基站信号处理技术的发展4
1.1.3支持多媒体通信的IPS终端设备5
1.2PHS标准及其特点6
1.2.1PHS标准具有如下特点6
1.2.2PHS性能分析7
第二章PHS网络优化——无线资源的管理9
2.1网络优化简单介绍9
2.2无线资源管理及概述10
2.4联合无线资源管理15
第三章PHS系统无线载频分配以及无线设备入网测试方法研究21
3.1PHS系统无线载频分配21
3.2PHS系统无线设备入网测试方法研究24
3.2.1PHS无线系统设备验证测试流程24
3.2.2实验室测试方法25
3.2.3外场试验田验证方法29
第四章PHS网络信号性能分析33
4.1PHS网络信号性能33
4.1.1信号的传播形式:
33
4.1.2无线移动通信环境的特点:
34
4.2数据分析36
结束语37
参考文献39
致谢41
附录43
PHS无线资源的研究
摘要
PHS技术实际上数字移动通信技术，属于第二代的通信技术。
PHS基站覆盖范围有限，通信基站与终端间距离较短。
因此，所采用通信功率较小，而覆盖较大面积时需要更多的基站。
这使得PHS较适合在都市使用，在野外等地使用效果欠佳。
在手机的通讯速度世代上，PHS属于2G的范围。
其设计也使其在通话时有少许延迟。
（因为其覆盖面积小，“蜂窝”面积小）PHS使用TDMA/TDD作为它的无线电通讯接口，以及32K的ADPCM作为它的声音传送编码。
现代的PHS电话也可以支持其他一些ISP的增值服务，如互联网窄带通讯，短信，电子邮件，甚至图片传讯。
PHS这项技术也适用于小范围的无线电通讯使用。
PHS与目前广为使用的GSM、窄带CDMA等移动通信同属于第二代移动通信系统。
无线资源的概念是很广泛的，它包括频率资源，时间资源，码资源、功率资源、空间资源、存储资源。
无线资源管理的目标是提供使移动台和基础设施协调工作所需的功能，使得无论电信业务要求什么，无论用户怎样运动，都能在不可靠的无线接口上提供可靠的传输。
本文从无线网络的传输理论出发，分析小灵通网络的特点。
在全面分析无线资源研究的基础上，给出了系统状态机的精确描述。
通过实验了解小灵通PHS无线接入系统认知，得出小灵通在组网原理，信号传输，以及交换系统管理中出现的问题进行分析。
最后对PHS无线资源的优化和管理得出意见和看法。
关键词:
PHS，无线，组网，传输，资源
PHSwirelessresourcesofrearch
Abstract
PHStechnologyactuallydigitalmobilecommunicationtechnologies,arethesecondgenerationofcommunicationstechnology.PHSbasestationcoverageislimited,basestationsandterminalsbetweentheshorterdistance.Therefore,thepowerofcommunicationusedbysmallerandlargerareaofcoveragewhentheneedformorebasestations.ThismakesPHSmoresuitableforuseinthecity,inthewild,suchasuseofineffective.Thespeedofcommunicationsinthephoneonfromgenerationtogeneration,PHS2Gisthescope.Thedesignalsomakesthecallatalittledelay.（Becauseofitssmallcoveragearea,"Cellular"issmall）PHSuseTDMA/TDDasitsradiocommunicationsinterface,and32K'sADPCMvoicetransmissionasitscoding.ModernPHSphonescanalsosupportanumberofotherISP'svalue-addedservices,suchasnarrow-bandInternetcommunication,textmessaging,e-mail,orevenpicturemessaging.PHSThetechnologyalsoappliestosmall-scaleuseofradiocommunications.PHSandnowwidelyusedGSM,CDMAandothernarrow-bandmobilecommunicationswiththesecond-generationmobilecommunicationssystems.
Theconceptofwirelessresourcesisveryextensive,includingthefrequencyofitsresourcesandtimeresources,coderesources,powerresources,spaceresources,storageresources.Radioresourcemanagementobjectiveistoprovidethemobilestationandinfrastructurerequiredforthecoordinationfunction,makesnomatterwhatthetelecommunicationsbusinessrequirements,regardlessofhowsportcannotreliablewirelessinterfacestoprovidereliabletransmission.Thisarticlefromthewirelessnetworktransmissiontheory,analysisofthecharacteristicsofPHSnetwork.Inacomprehensiveanalysisofwirelessresearchresourcesonthebasisofthesystemaregivenaccuratedescriptionofthestatemachine.ThroughexperimentstounderstandPHSPHSwirelessaccesssystemawareness,drawnPHSnetworkinprinciple,signaltransmissionandexchangemanagementsystemtheproblemsintheanalysis.Finally,thePHSwirelessoptimizeresourcemanagementanddrawopinionsandviews.
Keywords：
PHS，Wireless，Network，Transmission，Resources
第一章PHS系统及其关键技术
1.1PHS系统介绍
在我国，基于PHS的无线市话使用1.9GHz作为空中无线通信频率，频率范围是1900-1920MHz。
PHS采用TDMA/TDD多址和双工方式，采用∏/4-QPSK调制32kb/sADPCM语音编码，并采用微蜂窝和信道动态分配技术，可以有效的提高频率利用率，提高系统的通信容量。
与移动蜂窝网络类似，基于PHS的无线市话网络也有三大部分组成:
核心交换与传输网络，基站及其相关控制设备和无线终端。
图1给出了一个典型的无线市话系统的网络结构
图1PHS系统的组成
PHS无线接入系统如下4部分组成：
移动终端、基站、基站控制器、无线交机。
移动终端与基站之间通过电磁波构成无线链路。
呼叫发起时，话音先要经过A/D电路的数字化处理，分成20ms的音段。
此后是话音编码，以降低比特率，信道编码以控制差错。
经加密后这些比特形成8个1/2突发脉冲串（对应每20ms的话音）。
最后，它们填充在适当的时隙里，发送给基站。
基站由收发信机和控制单元组成，通过无线接口与移动终端连接，通过有线或无线链路与基站控制器相连接，并完成无线接口的认证和保密、无线资源管理和用户单元登记、路由选择等多种功能。
一个基站覆盖半径可以是50m～500m（微区）或500m～5km（大区），也可以是5km～50km（宏区），这决定所采用的接入方式。
基站控制器是实现有线与无线信令代码的转换，提供与无线交换机、基站的接口，对无线信道的分配进行控制，并对基站监测。
一个基站控制器可以控制多个基站。
无线交换机完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费等功能。
同其它交换机协同工作，完成移动用户的位置登记、越区切换和自动漫游等。
还可提供面向系统其他功能实体和面向固定网（PSTN等）的接口功能。
以上简单介绍了关于PHS网络技术的一些发展情况。
事实上，当前PHS网络还不能提供较高的通信速率和满足未来多媒体通信的要求。
随着通信技术的发展，学术界和企业界也在寻求一些提高PHS系统性能的方法，使得该网络逐步向未来基于IP的宽带通信网络演进。
1.1.1PHS组网发展及核心网络的演进
PHS系统的话务量均由本地交换机所承载，从这个角度来看，PHS系统核心网络的演进与固定电话核心网络的发展是一致的。
主要体现在两个方面:
一是骨干传输系统的发展，二是核心交换网络的演进。
对于前者，目前和将来主要采用大容量的光纤网络来承载，随着技术的成熟和设备制造业的发展，正逐渐向智能全光网络的方向演进;对于后者，这是目前国际和国内运营和设备制造商讨论和关注较多的话题，大家一致认为未来的这种网络应该具有呼叫控制和业务提供分离，传输媒体和呼叫接人分离的功能，并由此引人了软交换的概念。
通过建立以软交换为核心的下一代网络不仅可以完成语音，数据、无线通信和多媒体业务的综合服务，而且可以实现PHS系统，3G和现有有线网络的融合，实现有线与无线通信的有效结合，最终实现个人通信的目标。
图2基于PHS的下一代软交换网络示意图
图2给出了基于PHS系统的软交换网络的结构。
它通过提供TG/SG（中继网关/信令网关）,AG（接人网关）、IAD（综合接入设备）,MSAG（多媒体服务接人网关）等各种接人，与现有的固定、移动、多媒体终端进行互通;对改善PHS用户的接人和提供新的增值业务提供了一个有效的平台，从而可以有效争取现有和潜在的网络用户。
图2中各层分别实现如下功能:
①业务层（ApplicationLayer）：
该层是软交换体系最高层，提供传统交换机的业务及其它增值业务。
该层主要包括业务管理服务器、应用服务器和业务生成服务器，它们互相配合，对业务提供完全的生命周期支持和管理支持。
②控制层（ControlLayer）:
它是软交换体系的呼叫控制核心;实现呼叫控制，连接管理，资源管理和路由交换等功能，控制各种媒体网关、完成计费、数据采集和网间互联等。
③传送层（TransportLayer）:
采用分组技术，提供高可靠、端到端的QOS保证的综合传送平台。
目前核心传输网为IP/ATM网。
④接人层（AccessLayer）:
提供丰富的接人手段，将各种用户终端、用户驻地网和传统通信网连接到分组网络，并将信息格式转换成能在分组网络上传送的信息格式
1.1.2基站信号处理技术的发展
无线通信的最大特点在于信号受到无线信道以及各种折射，反射波的影响，因此在接收时信号性能较差。
对于这个问题可以在基站和无线终端处分别通过采用各种技术来补偿;但是，由于无线终端是用户所使用，新的技术和装置必然增加无线终端的体积和费用，因此比较现实的方法是提高基站处信号处理的能力，从而提高网络的性能。
PHS系统采用微蜂窝技术，最早使用小功率的基站进行覆盖，信号覆盖效果相对较差，且切换频繁。
目前除了采用室内分布系统和直放站等方式提高PHS信号覆盖效果之外，通过基站提高系统性能的方式主要有二:
一是通过增加基站的发送功率来
提高系统的覆盖范围川，二是通过捆绑技术来实现系统容量的增加。
增加发送功率固然有利于改善频繁的越区切换所引起的调话现象和提高信号的穿透能力，但是也会带来电磁辐射的增加;捆绑技术虽然可以提高信道数量，但是随着捆绑数量的增加其实现技术和成本也会较大，此外如何更好利用捆绑基站有效吸收话务量也是一个需要研究的问题。
随着信号处理技术的发展，通过利用基站天线接收信号的相关性进行处理来提高系统的性能是一条有效的途径。
在这方面，日本等国家已经进行了相关的研究与探讨，提出了采用SDMA（空分多址）/TDD方式进行通信的基站，进行了有关的试验测试并取得了很好的效果。
与传统的TDMA/TDD方式相比，采用自适应波束形成技术的SDMA/TDDPHS系统的基站可以更好的进行干扰抑制。
自适应波束形成技术始于20世纪50年代，最早应用在军事和雷达系统中，经过几十年的蓬勃发展已逐渐走向成熟，并在民用系统中开始应用，采用自适应波束形成的阵列天线可以有效消除移动通信系统的时间，频率和空间选择性衰落，这对于提高通信系统性能具有重要的意义。
随着现代信号处理技术的飞速发展和数字信号处理芯片的运算能力不断提高，使得使用自适应天线系统的成本大为降低，这也为它的实际应用奠定了基础。
此外，采用分集发送与接收技术来提高系统的容量也是一种很好的选择。
这可与目前通信界广泛研究的空时编码技术相结合，各种研究和仿真表明其改善系统接收性能的能力非常明显，目前寻找一种较为实际的应用方案是一个需要研究的问题。
1.1.3支持多媒体通信的IPS终端设备
PHS系统的手机是为移动用户设计的小型手持电话机。
为了使得用户使用和携带方便，手机大小和处理能力受到很多的限制。
尽管如此，但随着人们对宽带多媒体业务的需求，仍需要使得手机的处理能力和功能不断增强以满足未来多媒体通信的要求。
当前的PHS系统手机主要实现语音通信，同时部分也提供无线上网数据服务，近来各大运营商之间短信的互通也极大推动了PHS业务的发展;为了实现未来对图像等宽带业务的需求，需要对现在通信终端的结构进行改进，从而能够满足未来通信的发展。
图3为通信终端的大致结构如下
图3适应多媒体通信的PHS终端的结构框图
在图3的结构中，终端设备可以同时实现对多种业务的处理，从而完全实现多媒体业务。
其中业务识别与驱动模块是实现多媒体终端的重要一环。
这是因为对不同的业务会有不同的处理和编解码方法:
例如对语音等实时业务来说，需要采用语音编解码（如G.721,G.729等来实现）;对于图像，视频等业务要采用H.261,
频带
（MHz）
双工
方式
接入
方式
承载
数量
调制方式
信道
速率
帧长
（MS）
语音编
码方式
移动性
信道分
配方式
调制
效率
（b/s/Hz）
有用信
息比
TDD
TDMA
77
384
2.5+2.5
ADPCM
<40
DCA
1.28
0.67
表1PHS标准的基本参数
H.263或MPEG标准来实现。
因此只有知道当前所需处理的业务才可以有效的实现数据的正确恢复。
在以上实现的过程中，为了节省终端成本和提高适应各种业务的灵活性可以采用软件无线电实现。
这样在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件来实现各种功能，使系统的改进和升级都非常方便。
此外，在实现支持多媒体通信的PHS终端的同时，在PHS终端的发展上实现机卡分离也是其重要的发展趋势，这是因为机卡分离可以使用智能卡存储用户信息和数据保密，大大提升PHS终端的安全性和方便使用。
目前这是设备制造和通信运营商所关注的热点。
1.2PHS标准及其特点
PHS工作在1900--1920MHz频带，基于TDMA-TDD规则，有77个频道，通道频率间隔为300KHz,比特率为384Kb/s，调制方式为
采用32Kb/sADPCM语音编码方式，频道自动分配。
在TDMA模式下，每个物理频道可以分成4个通信频道使用。
表1给出了PHS标准的基本参数。
1.2.1PHS标准具有如下特点
PHS标准具有如下特点：
1）PHS基于TDD方式，因此不需要频繁的变更频率。
但PHS必须为所有的发送者和接受者进行时间同步，不完美的同步可能会导致PHS的容量下降50-70%
2）PHS为复合通道下的高传输率和无线通信系统的性能设定一个上限。
在室内，延迟小于100ns;在室外，当蜂窝的半径小于2000米时延迟小于500ns.PHS使用较小的比特率，因此在无相异性的情况下可以承受延迟达260ns，在有
异性的情况下达1000ns,PHS的最大蜂窝半径为5km。
3）PHS每帧的持续时间为2.5ms。
在高比特率的条件下，每帧的持续时间将增大，其纠错的延迟也将增大。
4）PHS的切换过程需要涉及到基站和用户单元，而且在链接无法正常进行并且性能劣化时会立即切换。
5）PHS使用DCA算法来实现频道分配，频谱利用率较高，但用户只能与其当前所属的基站进行通讯，不能访问不同的基站单元，因此，当基站的所有频道的时间槽均被占用的时候，不可以使用邻近基站进行通讯，这对减少通讯堵塞不利。
6）PHS使用较为复杂的，
/4QPSK，调制率为1.28b/s/H
7）PHS在普通情况下传输速率是32Kb/s，如果采用更先进的方案，可以提升传输速率至64Kb/s。
8）PHS手持设备在室内可以当一个简单的无线电话使用。
当两个用户在一个区域的时候，他们可以使用手持设备实现类似步话机的双向通讯功能，这种能力可以减少中央交换机的通讯负载，提高系统在非集中应用中的效率。
1.2.2PHS性能分析
为了定量评估PHS标准，使用大型计算机模拟不同条件集下的性能，以便评估在不同情况下PHS的承载容量。
模拟过程涉及每个环境的主要特征，包括阻塞率、通信量和调查的介入水平。
所有的模拟过程步骤如下:
①模拟环境，包括铺设蜂窝（尤其是基站的位置和高度以及用户天线）、评估路径损耗、添加缓慢衰减和快速包封衰减效应。
②模拟PHS标准的特定参数，并评估它们的性能。
第二章PHS网络优化——无线资源的管理
2.1网络优化简单介绍
网络优化工作是指对正式投入运行的网络进行性能数据采集、分析，找出影响网络运行质量的原因并且通过工程参数的调整和设备参数的调整等技术手段，使网络达到最佳运行状态，使现有网络资源的利用效率最大化，并且通过网络优化为网络的日常维护及将来的规划建设提出合理的建议。
2.1.1网络优化目的
PHS网络优化目的是通过对网络的调整，使网络的性能改善，即网络覆盖效果，设备使用效率，话务接通率指标得到改善，从而使网络异常设备减少和语音通信质量提高，例如减少单通、掉话现象，减少切换次数等等，使得网络资源能
够被充分地利用，并提高服务质量。
2.1.2网络优化必要性
在前期的网络规划、设备配置、基站选点阶段，由于PHS网络没有实际运营，对覆盖区域内的话务分布、地型结构的估计存在偏差，基站在不同区域的覆盖半径可能不十分合理，使得基站在各小区的分布及种类与实际需求不符。
在网络运行后可能会出现部分基站负荷不足、部分基站负荷过载、一些地方存在盲区等问题;当放号到一定程度时，接通率可能会明显下降。
这些将严重影响到网络的服务质量。
网络优化是解决上述问题、提高网络服务水平的必要手段。
网络优化也对网络中后期建设如扩容等起到指导作用，这样可以减少任意布
放基站造成的网络资源的浪费。
2.1.3网络优化的手段
网络优化的原始数据和工具主要有下面的几个:
（1）用户申告统计，得知盲区和忙区以及故障区域;
（2）场强测试仪数据分析;
（3）交换设备性能数据分析:
（4）基站管理系统数据分析;
（5）电子地图或基站覆盖图;
（6）系统厂家提供的TMM分析工具;
（7）路测软件的数据分析等。
2..14网络优化的主要内容
网络优化的主要内容包括:
（1）异常故障的处理;
（2）无线射频（RF）规划;
（3）无线资源的调整。
其中，异常处理是保证系统正常运转和网络优化的前提，无线射频规划是合理设计无线网络资源的基础，无线资源调整是完成全局指标、提高网络整体运行水平的重要手段。
2.2无线资源管理及概述
无线资源管理的目标是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。
无线资源管理（RRM）的研究内容主要包括以下几个部分：
功率控制、信道分配、调度、切换、接入控制、负载控制、端到端的QoS（服务质量）和自适应编码调制等。
依据对象的不同，无线资源管理可以有两种不同的划分：
（1）面向连接的RRM。
确保该连接的QoS，并使该条连接占用的无线资源最少。
这时要考虑信道配置、功率控制、切换。
对于每条连接，根据需要创建一个实例专门处理本连接的资源配置。
（2）面向小区的RRM。
在确保该小区稳定的前提下，能接入更多的用户，提高整个系统的容量。
这时要考虑码资源管理、负载控制。
为每一个小区创建一个实例，专门处理该小区的资源管理。
而实现无线资源管理或控制的基本流程是：
测量控制→测量UE（用户设备）、NodeB（节点B）、RNC（无线网络控制）→测量报告→判决、决策→资源的控制和执行。
RRM要做的就是能够保证CN（核心网）所请求的QoS，增强系统的覆盖，提高系统的容量。
要达到RRM的目的，具体要做以下各项：
信道配置、功率控制、切换控制、负载控制。
2.2.1功率控制技术
在移动通信系统中，近地强信号抑制远地弱信号产生“远近效应”。
系统的信道容量主要受限于其他系统的同频干扰或系统内其他用户干扰。
在不影响通信质量的情况下，进行功率控制尽量减少发射信号的功率，可以提高信道容量和增加用户终端的电池待机时间。
传统的功率控制技术是以语音服务为主，主要涉及到集中式与分布式功率控制、开环与闭环功率控制、基于恒定接收与基于质量功率控制。
目前功率控制的研究集中在数据服务和多媒体业务方面，多为综合进行功率控制和速率控制研究。
功率控制和速率控制两者的目标基本上是互相抵触的，功率控制的目标是让更多的用户同时享有共同的服务，而速率控制则是以增加系统吞吐量为目标，使得个别用户或业务具有更高的传输速率。
如何满足用户间不同的QoS要求和传输速率，同时达到公平性和高吞吐量的双重目标，是目前较为热门的课题。
用在电路交换网络的功率控制技术已不能适应IP传输和复杂的无线物理信道控制，当IP网络成为核心网络，如
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