无线市话 (1)

无线市话被视为中国电信、中国网通新的经济增长点，目前已在中国得到广泛的应用。本讲座将分3讲对其加以介绍，第一讲主要介绍无线市话的基本概念及各种实用系统，第二讲和第三讲分别介绍无线市话的应用和未来发展。

　　十余年来，中国移动通信事业欣欣向荣，蒸蒸日上，而主营固话和数据业务的电信企业却增长迟缓。在这种形势下，介于固话与移动电话之间的无线市话作为固话的补充和延伸是必然的。

　　无线市话在世界许多国家都有应用，品种和制式很多。在无线市话的应用和开发上中国走出了一条有自己特点的路。中国的无线市话是自下而上逐渐发展起来的，中国固话运营商的各分公司通过自行或联合生产厂商开发产品，进行应用。经过不断的实践，使得无线市话由早期的多品种，逐渐地向几个主流系统靠拢，并开发了一些新应用，其中，俗称小灵通的个人接入系统(PAS)逐渐成为中国电信和中国网通各分公司的首选，在全国得到广泛的应用。因此，本讲座主要以介绍PAS为主，兼述其他系统。

　　1 无线市话的基本概念

　　从技术上讲，无线市话是通过无线接入技术，将用户终端接向本地交换机而实现的“市内电话”。又因为此“市内电话”的移动性远大于有线电话，故也有人称它为移动市话，或者流动市话。

　　在实际工程中，用户终端有单用户终端和多用户终端之分。

　　(1)无线市话的定位

　　按信息产业部的规定，无线市话是固定电话的补充和延伸，定位于“小范围低速移动无线接入”[1]。按此定位，无线市话只是通过一定的技术手段，将原本只能固定使用的有线电话从办公室、家庭等有限空间中解放出来，让其在较大空间内移动使用。无线市话的实质是市话的无线接入，而且它的移动性是受限的。但是，不论从无线市话目前的发展规模和受用户欢迎程度还是从移动通信技术和市场发展情况来看，无线市话将会和第2代移动通信(2G)、第2.5代移动通信(2.5G)系统共存一段较长时间。而且，即使移动通信系统发展到第3代移动通信(3G)，无线市话仍将会有其应用。此外，随着无线市话定位的被突破和无线市话技术水平的提高，它的移动性被逐步加大是完全可能的。

　　(2)无线接入类型

　　无线接入技术，在无线市话的构成中起到了极其重要的作用。就目前而言，无线市话基本上采用蜂窝通信技术和数字无绳电话技术两种无线接入技术。前者采用GSM900/DCS1800 技术和IS-95标准，如全面接入通信系统(TACS)等；后者有个人手持机系统(PHS)、欧洲数字无线电话(DECT)以及个人接入通信系统(PACS)等。小灵通(PAS) 系统就是在日本PHS基础上发展起来的一种无线市话系统，并且由于各个生产厂商技术水平高低不同、对PHS标准的理解不同以及性能改进的程度不同，又派生出多种PAS系统，如ZXPCS系统、CWS网络和UT PAS等，其中ZXPCS是深圳市中兴通讯股份有限公司开发的，采用高灵敏接收、广域同步、智能天线等众多新技术的小灵通系统；CWS(PHS)为朗讯公司产品；UT PAS是中国电信集团浙江余杭电信分公司、UT Starcom公司、南天斯达康公司联合开发的小灵通系统。除上述3种主要无线市话系统外还有中国电信集团广州和成都等分公司采用的在IS-95标准上开发的CDMA WLL构成的无线市话系统，这也是一种通话质量好、系统容量大，且呈软特性、抗干扰能力特强的无线市话系统。正是由于具有容量上的软特性，故当话务高峰时，用户呼叫不会因无空闲信道而成为呼损(代价是对其他用户而言信噪比略有下降)，也不会因目标基站无空闲信道而使切换失败。当话务空闲时，因用户占用信道的减少使多址干扰减小，并最终使信噪比提高。

　　2 PHS系统

　　PHS是日本10年前开发成功的一种数字无绳电话系统。在日本，称其为简易携带电话，原称PHP，1995年改称为PHS。该系统具有先进数字无绳电话的两大必备条件：采用时分双工(TDD)技术，能够用作公共无绳电话系统。此外，它还具有其他重要功能，如能进行双向呼叫、越区切换(HO)，以及能开展数据业务和多种增值业务等。因此，PHS属于先进的第二代无绳电话。

　　PHS的基本概念和系统构成最早由日本下一代携带电话系统调查委员会于1990年提出，1993年3月由日本电信技术建议委员会向日本邮政省提出，并经日本无线电研究开发中心(RCA)定义为RCR-STD-28 Ver.1(空中接口标准第一版)。而PHS网络互连接口标准则由日本电信电话技术委员会制订，并于1993年底获得批准。1994年4月，由日本电气通信技术审议会确定了PHS系统的无线电设备技术条件。这些工作为PHS商用创造了条件。从1993年10月起，经过近两年的试验，1995年9月日本PHS系统正式开通业务和推向市场，包括向海外进行推广。

　　应该说明，RCR STD-28 Ver.1仅是以话音业务为中心而制订的。随着数据通信的发展和速率的提高，RCA对第一版做了修改，并于1995年12月正式公布第二版[2]。第二版包括用于数据传输业务的32 kbit/s非限制数字信息承载及自营系统等方面的规定，但是此标准还难以保证在无线强干扰环境下的高速、高质的端对端数据传输。直到1996年4月，日本又策划和制订了名为个人手持机系统互联网接入论坛标准(PIAFS)的统一标准。该标准主要由自动重发请求(ARQ)传输控制规程和带内协商规程组成，执行该标准能方便地实现越区切换和信道切换引起的流控制和利用V.42 bis进行数据压缩，从而能提高3倍速率，还能在传输线路延迟条件下，进行最优重发，从而获得了较高的传送速度。PIAFS标准的执行，不仅提高了系统品质(如缩短越区切换和信道切换时间，提高了移动速度等)，还提高了数据传送速率。1997年，日本开放了32 kbit/s非限制数字信息承载业务，同时加快了制订64 kbit/s非限制数字承载业务的标准化工作(即第三版空中接口标准的制订)。还对手机间直接通话方式(脱网呼叫)下，利用32 kbit/s非限制数字信息进行的数据通信作了相应规定。根据PIAFS标准，当将2个时隙并用后，就能实现64 kbit/s的非限制数字信息的数据通信业务，因此，当将两部64 kbit/s的PHS终端和两张有关协议方式的数据卡进行捆绑，并利用有关协议(如多链路协议等)，就能将速率提高到128 kbit/s。利用这种思想，PHS系统可以开发出更高速率的数据通信业务，所以PHS的业务范围很广，不仅可开展高质量话音业务、高速率的数据业务，还可以开展多媒体业务以及多种增值业务(如收发电子邮件，浏览互联网，收发短信息、阅读新闻，下载图片和铃声等)。

　　日本DoCoMo公司于1997年和1999年两年内分别推出了32 kbit/s和64 kbit/s速率的PHS数据业务， 128 kbit/s速率的数据业务也将很快推出[3]。由此来看，PHS提供的数据业务，其质量和速率将优于GSM和IS-95系统。

　　PHS系统主要技术特性如下：

• 频率配置：PHS工作于1 895～1 918.1 MHz，共23.1 MHz。频道间隔为300 kHz，故系统载频数为77个。频谱利用率为1.26 kbit/s·Hz。
• 话音编码： 系统采用32 kbit/s的ADPCM，话音质量好。
• 接入与双工技术：采用FDMA/TDMA/TDD方式。
• 调制方式：采用π/4QPSK调制方式，速率为384 kbit/s，效率则为2 bit/s·Hz。
• 分集技术：分集技术实行上行收信分集；下行发信分集。
• 分集合成技术： 一般采用选择型，也可选用最大比合成技术。
• 手机(最大/平均)功率： 功率为80/10 mW。
• 基站(最大/平均)功率： 80/10 mW、160/20 mW、1 600/200 mW、4 000/500 mW共4种。

　　在频率配置中，第73、75、77载频作为公共控制信道(第71载频作备用)，第72、74、76载频作为保护信道，即在同一地区，最多可允许4家运营商(极端情况下为7家)从事PHS公众电话微蜂窝业务。中国应用PHS时将频段移至1 900～1 920 MHz(在不考虑DECT时)，公共控制频道改为第26、28号载频。第25、27、29作为保护载频，故系统允许同一地区可最多由两家(极端情况为5家)运营商经营。PHS系统中，信道配置是采用动态自动选择(DCA)技术自适应进行的。在该技术中，以26 和40 dBμV作为选择门限1、门限2。用户呼叫时，首先在门限1上选择载频和时隙序号，并首先选择已用(即优先级高)的载频和时隙号，再选次高的。如仍找不到信道，则改用门限2再选。在通信过程中，遇到突发性干扰使通信质量恶化时，系统可再次动态自动选择，因此人们没有必要去考虑PHS系统中的干扰问题。PHS中，每个TDMA帧帧长为5 ms，并分为8个时隙(TS)，其中前4个TS作为发信道，后4个TS作为收信道。在每个基站的4对信道中，1对用作信令信道，3对用作业务信道。每个TS包含240比特码位。实用中还可采用捆绑技术使用基站，最多时可将4个基站捆绑，形成1对信令信道、15对业务信道，以解决大话务量问题和热点地区的通信需求。

　　TDD技术虽然提高了频率利用率，但却以加大时延作为保证。早期系统难以大面积推广使用的原因是因为需要广域同步和时延均衡，否则会丢失30%以上的频率利用率[4]。现在一些公司采用全球定位系统(GPS)改进系统性能(如中兴通讯的ZXPCS系统)。目前，从同步角度而言，作者认为ZXPCS能做到全省以致于全国联网，尽管这一工作由于政策限制未能开展。PHS系统采用适合移动通信使用的π/4QPSK调制技术，它的相位跳变幅度最大为±135°，小于QPSK的±180°，所以调制质量高，也很有效。

　　PHS电话安全性很好。在这方面，除了使用鉴权等常用技术外，PHS还采用了一种简易加密技术。即每次呼叫时，可临时或事先设定好加密键码。在将此码转成密码后，再发给基站和终端存储，然后用此密码对16位的序列号初始值进行设置，使输出序列和发信码流作倒频处理。

　　PHS系统的越区切换速度较慢，早期曾达到4 s。这主要是由于越区切换是在质量差的原信道上进行，且信道建立时间和分集等候时间较长。这也是早期PHS系统移动速度非常慢(15 km/h以下)的原因。由于各生产厂商采用各种新技术和新的标准、协议，使越区切换时间缩短至目前的1 s左右，移动速度也大为提高，如日本已做到80 km/h。中国国内的ZXPCS也能达到60～70 km/h[5]。应该说，城市中车辆移动速度40～50 km/h比较合适，小灵通系统速度上已经突破了这一限制。

　　PHS系统由基站(CS)和用户终端两部分构成，后者又分为手机(PS)和固定单元(FSU)两种，而FSU可接各种用户设备。

　　综上所述，在PHS基础上开发的小灵通已经突破原本移动速度低、越区切换速度慢、切换时间长、移动性受限、数据速率低等不足，大大增强了与GSM系统和IS-95系统的竞争能力。

　　3 PAS系统

　　PAS系统构成如图1所示[6]。它比PHS复杂。PAS比PHS增加了部分主要是为实现无线接入和系统管理(含移动性管理)以及为提供漫游业务而增加的网络单元。图1中网络各部分的作用简述如下：

图1 PAS系统构成

　　(1)本地电话网

　　本地电话网采用市话交换机(LS)，起市话交换、接续控制、计费等作用。

　　(2)局端机

　　当本地电话网提供模拟接口时，局端机(COT)将模拟电话进行模数变换(A/D)，且将模拟信令转换成Q.931信令送基站控制器(CSC)。也能够将市话交换机提供的V5接口信号转换成Q.931信令送CSC。COT还提供用户数据库管理、移动管理和集线控制等功能。

　　(3)空中话务控制器

　　空中话务控制器(ATC)实现各COT范围内话务交叉连接，为用户提供漫游业务。

　　(4)基站控制器

　　基站控制器(CSC)起话路集线处理、协议转换等作用，还能通过COT向LS发双音多频(DTMF)以及对基站(CS)实施控制。

　　(5)基站

　　基站(CS)对用户形成无线覆盖和对终端实施管理。基站分室内、室外两种类型。室内型功率较小，可置于楼内、室内；室外型放在防雨盒内，并可置于楼顶或安装在墙侧壁。室外基站的防雷系统很完善，有多重保护措施。近年来，还开发和使用了智能天线，例如在ZXPCS系统和CWS系统(采用三洋公司LU-CS511、LU-CS510基站或京瓷公司LU-CS502基站时)中，网络都采用了自适应阵列天线，从而大幅度提高了系统性能。基站的发射功率有很多种，形成多个层次供选用。

　　(6)用户终端

　　PAS的用户终端与PHS系统相同，也分为手机（PS）和FSU。其中手机体积小、重量轻，最大发射功率10 mW，故耗电少，待机时间长，待机时间能达到800 h以上，连续通话时间也长于8 h。FSU可连接电话机、传真机、调制解调器(再连至PC机，形成局域网或多媒体系统)，或直接接3部电话机。

　　PAS系统能够提供目前2G、2.5G移动通信系统开展的业务，而且质量会稍好。新一代的PAS(iPAS)的核心网将采用软交换技术，以便向下一代网络(NGN)过渡。因此，PAS系统将可能获得较长时间的发展。当然这个发展过程将存在很多困难，其中包括PAS(或PHS)本身缺点所导致的一些问题。

　　4 其他系统

　　无线市话除了PHS系统和在PHS系统基础之上发展起来的PAS系统外，还有一些其他系统，现介绍如下：

　　(1)WXC2系统

　　WXC2系统采用GSM技术，系统由中央交换单元、语言提示系统、归属位置寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、基站、基站控制器、移动台、短消息业务中心(SMC)、预付费服务器、操作维护中心(OMC)等网络单元构成。系统支持GSM标准的所有频段，具有高度集成的网络设备，可图形化操作维护管理和预付费式用户管理，能实现E-mail、手机短消息的互连。该系统在中国上海奉贤县有应用。在国际上，此系统被斯里兰卡等数十个国家采用。

　　(2)ETS1990系统

　　ETS1990市话无线接入网系华为公司产品，技术上类似于欧洲数字无绳电话(DECT)和PHS，但是发射功率较大，因此用户可在较大范围内进行呼叫，并在不同的基站控制范围内实现漫游。

　　(3)PACS系统

　　PACS系统是美国时代公司产品。该系统也是PHS的一个改进型产品。它在室外采用频率分割双工(FDD)，在室内采用TDD。这是由于TDD系统需要广域同步所致，因为早期的PHS和DECT均难以实现这一点。美国时代公司还结合中国实际情况进行了系统设计，使它更适合人口密集的城市应用，并使系统总成本低于市话。系统保密性好，还能支持数据传输和多媒体通信。该系统在中国长沙等城市获得应用。

　　(4)STRE-WLL CDMA系统

　　STRE-WLL CDMA无线本地环路系统由广东电信科技研究院、广州邮电设备公司和LG公司联合研制。采用IS-95标准，由基站、基站控制器、固定用户单元/移动用户终端、基站管理器等构成。该系统通话质量好，抗干扰能力强，升级能力强。

　　(5)本地通系统

　　本地通系统是由中国移动利用模拟蜂窝技术和设备推出的无线市话系统，目前已在江西、福建、广东等省推广。

　　除此之外，还有RAS1000和DRA1900系统(爱立信公司)、DECT Link系统(西门子公司)、ROLL系统(哈里斯公司)、PROXIM-ITY系列(北方电讯公司)、GMH2000系统(休斯公司)、MUItiGain-Wireless系统(塔迪兰公司)以及利用DECT构成的无线网络等多种无线市话产品，这些产品给中国和世界上许多国家发展无线市话提供了多种选择。(待续)

　　参考文献：

　　[1] 信部电[2000]604号文. 关于规范PHS无线市话建设与经营的通知[Z]. 2000.
　　[2] 岳云. PHS数据通信的标准化近况[J].邮电商情, 1999,(7):59—61.
　　[3] 徐玉. 日本的PHS数据业务[J].现代电信科技, 2001,(7):36—38.
　　[4] 雷震洲. PACS与PHS系统的比较[J].现代电信科技, 1996,(9):1—5.
　　[5] 熊瑾煜, 刘振华, 鲁国英. 无线市话的技术发展与市场分析[J]. 通讯世界, 2001,(2):21—23.
　　[6] 赖震林. 一种本地个人手持电话系统[J].广东通信技术, 1999,(3):22—25.
　　[7] 徐福新. 小灵通(PAS)个人通信接入系统[M]. 北京:电子工业出版社. 2002.
　　[8] 黄先国. 小灵通——从风雨中走来[J]. 移动通信, 2002,(8):22—24.