目前，PHS網(wǎng)已在移動通信網(wǎng)中占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。其用戶總數(shù)量已超過1000萬，多于CDMA網(wǎng)用戶總數(shù)，并且每月以凈增50萬用戶的速度快速發(fā)展。

隨著PHS網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，“小靈通”用戶也開始逐漸從中低端擴(kuò)展到中高端，PHS網(wǎng)絡(luò)也從中小城市走向大中城市。大中城市中的城市環(huán)境與中小城市相比，有顯著的特點。比如，高層建筑物多，而且其中多為高端用戶；車輛多，車內(nèi)使用話機(jī)普遍，在某些路段車速較快；用戶密集區(qū)多，基站密度大；通信頻譜中潛在的電子干擾源增多等等。PHS網(wǎng)覆蓋的特點是CELL半徑小，基站手機(jī)功率小，天線高度低，單個基站信道總數(shù)少等等。這些都為我們在新的RF規(guī)劃及優(yōu)化中提出了更高的要求。本文中，我們將介紹一些移動通信中無線信號傳播的基本特點，并結(jié)合例子對一些地區(qū)目前的網(wǎng)絡(luò)中若干現(xiàn)象做簡單解釋，并提供可能的解決方法。

1． 多徑效應(yīng)

實際環(huán)境中無線電波的傳播非常復(fù)雜，可能受到各種因素的影響，其中一個很重要的因素就是多路徑效應(yīng)。它是指電波沿著傳播路徑傳播時由于發(fā)生反射、衍射和透射，使得到達(dá)接收天線的部分信號其相位和幅度發(fā)生了變化，當(dāng)包括直射波在內(nèi)的所有信號到達(dá)接收位置后，該處疊加信號的能量就會減小或增加，因而造成通信信號的不穩(wěn)定，產(chǎn)生多徑衰落。在理論研究里，多路徑衰落可以用瑞利分布來描述，所以也叫瑞利衰落；又由于多徑衰落在空間或時間上的變化比較快，所以有時也叫快衰落（小尺度范圍的衰落）。在移動通信中，多徑衰落不可能完全消除，我們只能想辦法減小其影響，主要采用的方法是信號分集。根據(jù)不同的分集原理可分成多種方式，如時間分集（采用RAKE接收原理）、空間分集（采用陣列天線）、角度分集（根據(jù)信號的不同入射角度）和極化分集（利用波的不同極化方式）等等。目前PHS中使用的是采用天線陣的空間分集方式。其原理是：多徑信號形成的多徑衰落在空間距離為l/2以上時，衰落深度便已經(jīng)不相關(guān)，因此我們可以在相距半個波長以上的不同位置接收有不同衰落深度的信號，并將其加在一起，就可抵消這種變化。因此大家見到的基站天線通常是在水平位置錯開的4根天線組成的天線陣，每根天線中又有4個半波振子，實際為16陣元的陣列天線。在PHS基站的天線中，同一副天線既是接收天線又是發(fā)送天線，如果它可以消除手機(jī)上行信號的多徑效應(yīng)的影響，那么它也可以消除基站發(fā)送到手機(jī)的下行信號的多徑影響。因此，大家在使用手機(jī)時，雖然手機(jī)上并未采用天線陣結(jié)構(gòu)，但大多情況感覺不到多徑效應(yīng)的存在。

但在有的地方某些特殊情況下，多徑效應(yīng)表現(xiàn)的非常明顯。比如，由于市區(qū)高層建筑較多，為解決這些大樓的覆蓋采用了定向天線覆蓋方式。其中在樓內(nèi)客戶的一個辦公室里，有一平米大小的區(qū)域內(nèi)信號很弱，以至于無法正常通話，而其他地方信號卻很好。這是因為，采用定向天線覆蓋，尤其只采用一根定向天線覆蓋時，由于天線的陣元數(shù)目少，陣元間距小，已經(jīng)起不到空間分集的作用，因此造成這些區(qū)域較強的信號衰落。要解決這個問題，可以增加該基站定向覆蓋的天線數(shù)目，加大陣列天線的復(fù)雜度，并適當(dāng)稍微調(diào)整一下天線的位置。

2． 多普勒效應(yīng)

當(dāng)手機(jī)在移動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)所引起的附加頻移稱為多普勒頻移（Doppler Shift）。多普勒效應(yīng)在移動通信中同樣不能被完全消除，只能減小其影響。在基站和通信終端中都有鎖相環(huán)電路（PLL），以跟蹤信號頻率的變化，很大程度上減小了多普勒效應(yīng)的影響。多普勒頻移的大小與信號的頻率、手機(jī)或周圍物體移動的移動速度以及入射信號與移動方向的夾角有關(guān)；信號頻率越高，手機(jī)移動越快，多普勒頻移就越大。在多徑傳播環(huán)境下，多普勒效應(yīng)的結(jié)果是對發(fā)射信號的隨機(jī)調(diào)頻（信號相位的隨機(jī)變化），它同樣也會造成信號的快衰落和慢衰落（大尺度范圍的衰落），造成接收機(jī)的誤碼率增加。比如在某干道的立交橋上，車速較快，該處手機(jī)經(jīng)常有掉話現(xiàn)象。這是由于該處信號覆蓋較弱，在車速較快時信號衰落深度加大，誤碼率增高。要解決這個問題，需要改善此處的信號，并且最好采用智能基站進(jìn)行覆蓋。

3． 乒乓效應(yīng)

在基站下載的參數(shù)文件中有兩個參數(shù)需要我們注意，即“ 再呼叫型區(qū)間切換處理電平”(參考值：23dB)和“再呼叫型區(qū)間切換區(qū)域的選擇電平”(參考值：32dB)。這兩個參數(shù)表示在通話時，當(dāng)手機(jī)接收到原基站的信號強度降到23dB時，手機(jī)發(fā)起申請，要求做基站間的切換（Handover）,即切換到下一個基站上通話。但下一個基站信號必須在32dB以上，手機(jī)才能真正切換過去，否則只能在原基站上通話。之所以這兩個參數(shù)間有9dB的差值，目的是防止“乒乓效應(yīng)”。為說明這個問題，我們假設(shè)這兩個電平值接近，比如都為23dB。此時，手機(jī)雖然可以很容易地切換到下一個基站上去，但是由于移動通信的信號有不穩(wěn)定的特點，很可能剛切換過來的基站的信號又變?nèi)?，手機(jī)又開始往回切換，從而造成“乒乓效應(yīng)”。這兩個值相差越大，“乒乓效應(yīng)”發(fā)生的可能性就越小。但太大又可能造成手機(jī)在合適的時候無法使用下一基站通話。一般情況下，我們都采用上面給出的參考值；一些特殊環(huán)境也可考慮改變這些參數(shù)。上面我們討論的是由手機(jī)發(fā)起切換申請的情形，另外還有由基站發(fā)起申請的情形，即當(dāng)基站接收手機(jī)的信號弱到一定程度（6dB），由基站通知手機(jī)做切換，如果此時手機(jī)能找到一個信號強的基站(32dB以上)，則切換到該基站上通話。造成“乒乓效應(yīng)”有兩種可能，一是通信信號很不穩(wěn)定，二是兩參數(shù)值間隔太小。

有這樣一個例子，某一高層樓房，外面采用日立大功率基站定向覆蓋，樓內(nèi)采用20mW京瓷基站覆蓋。在樓房內(nèi)的辦公室中，當(dāng)客戶通話過程中如果轉(zhuǎn)動身體，則手機(jī)便做頻繁的切換，甚至無法通話。這是因為，開始時假如用戶使用外面的基站進(jìn)行通話，手機(jī)的上行信號能夠經(jīng)過窗口（較強）和透過墻壁（較弱）到達(dá)基站。當(dāng)轉(zhuǎn)動身體時，手機(jī)通過窗口的信號減弱，造成外面基站幾乎收不到手機(jī)的信號，于是基站申請要手機(jī)做切換，以使用周圍的比如室內(nèi)基站。當(dāng)用戶再轉(zhuǎn)動身體時，室內(nèi)基站信號又變?nèi)?，室外基站信號變強，手機(jī)又往回切，造成“乒乓效應(yīng)”。這里的情況主要是由于外面基站采用定向天線的天線陣陣元數(shù)目太少（基站側(cè)的另兩根全向接收天線對手機(jī)的上行信號幾乎不起任何作用，因為它們在該用戶方向上的接收增益非常微弱），造成下行信號在室內(nèi)和上行信號在基站側(cè)的多徑衰落深度加大，信號不穩(wěn)定。對于室內(nèi)20mW基站，其信號強度本身就弱，并且它的天線也為簡單陣元結(jié)構(gòu)，本身消除多徑效應(yīng)的能力也很弱。所以，用戶所處環(huán)境多徑衰落非常明顯，信號在空間上（手機(jī)側(cè)）和時間上（基站側(cè)）很不穩(wěn)定。

要解決這個問題，須將兩個定向天線同時覆蓋該樓房，并將另外兩根全向接收天線也換成定向天線，以接收來自大樓方向的手機(jī)信號；還可以適當(dāng)調(diào)高周圍相關(guān)基站的兩個切換參數(shù)間的差值。或者將日立基站換作京瓷基站（因京瓷基站4根天線均為發(fā)射和接收天線，可以更好的減小多徑衰落；但此時基站會由于采用了定向天線，其自適應(yīng)功能而被浪費掉）。在滿足話務(wù)覆蓋的情況下，室內(nèi)的20mW基站也可以不用安裝。

4． 波導(dǎo)效應(yīng)

PHS系統(tǒng)工作在微波段。我們知道微波波長短，繞射能力差，因此在可視直線情況下傳播最好。另外，波長越短的無線電波，當(dāng)遇到在物體時，在其表面發(fā)生鏡面反射的可能也越大。當(dāng)信號在兩側(cè)是規(guī)則樓房的街道中傳播時，便是以反射方式進(jìn)行，我們稱之為“波導(dǎo)效應(yīng)”。在PHS系統(tǒng)的RF規(guī)劃中，我們也充分考慮到了這一特點。比如，將基站架設(shè)在十字路口處和靠近街道的位置，就是為了讓信號能在周圍空間更好地傳播。另外，在一些規(guī)則的居民區(qū)，最好能在與樓房平行的方向上架設(shè)基站，目的也是為了讓信號能在樓房之間的通道內(nèi)較好的傳播。

5． 孤島效應(yīng)

當(dāng)基站位置過高時，其覆蓋的范圍就會增大，由于遮擋物少，以及不同密度空氣層的折射，信號可以傳到較遠(yuǎn)的地方。此時手機(jī)可能會收到該基站信號。但由于手機(jī)信號較弱，上行信號卻無法到達(dá)該基站，形成“孤島效應(yīng)”。通常情況下，基站覆蓋范圍內(nèi)的手機(jī)，其上行信號都可以被有效接收，系統(tǒng)上下行信道功率是匹配的，因為上行信號強度與基站下行信號強度的差值由基站的接收靈敏度來補償。但由于空中信道的時變特性，下行信號可以到達(dá)的地方，上行信號可能返不回去?；蛘呱闲行盘栯m能到達(dá)，但卻很弱，手機(jī)信號強度在基站接收靈敏度之外，造成前面的現(xiàn)象。我們不能采用增加手機(jī)發(fā)射功率的辦法來解決上行信號較弱的問題，因這會造成手機(jī)之間的上行信道對基站的干擾，使整個系統(tǒng)的容量降低。而應(yīng)采用合理規(guī)劃基站位置的方法解決。

6． 智能天線

PHS是最早實現(xiàn)智能天線商業(yè)化的通信系統(tǒng)之一。智能天線所實現(xiàn)的功能大大增強了PHS系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)資源利用率。所謂智能天線就是一種由多個天線單元組成的并且可以自適應(yīng)調(diào)整的陣列天線。它有兩個必要基礎(chǔ)，一個是陣列天線，一個是會計算的“大腦”，這個“大腦”就是在基站調(diào)制解調(diào)模塊中的智能處理單元。由于智能處理單元位于基站中，所以我們也常把這種基站叫做智能基站。智能天線實際上采用了空域和時域的二維數(shù)字信號處理技術(shù)，而不只是以前的一維時域數(shù)字信號處理，因此它比起以前普通天線技術(shù)在性能上有了很大的提高。

采用智能天線技術(shù)后有以下好處，它可以：

(1)提高基站的等效發(fā)射功率。自適應(yīng)天線的波束成形和波束控制功能使得同輻射功率下的信號可以傳的更遠(yuǎn)，并且可以跟隨手機(jī)的運動位置而移動，從而擴(kuò)大了覆蓋范圍。

(2)提高基站接收的靈敏度?；镜母采w范圍加大后，手機(jī)不會因為距離增大而造成上下行信道的不匹配，因為基站信號的收發(fā)共用一副天線，在提高其等效發(fā)射功率的同時，也同樣提高了其接收的靈敏度。

(3)降低系統(tǒng)干擾，提高信噪比。智能天線的自適應(yīng)功能，可以將信號發(fā)射到需要它的地方，而在不需要和有同頻干擾的地方發(fā)射很小或不發(fā)射。對接收上行信號亦是如此，實現(xiàn)有選擇的接收信號，從而減少了使用同一個TCH信道的手機(jī)對基站的干擾。

(4)增加系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率。手機(jī)間的相互干擾減小后，自然就增加了系統(tǒng)容量，提高了系統(tǒng)的可靠性。更重要的一點是智能天線的SDMA功能，它可以提供更多的信道接入，使得可以在有限的頻譜內(nèi)容納更多的用戶。

(5)增強空間分集效果。智能基站的天線陣在結(jié)構(gòu)上收發(fā)必須要一致，4根天線即是發(fā)射天線，又是接收天線。這樣在很大程度上避免了非智能基站中出現(xiàn)的上下行信號空間分集不匹配的現(xiàn)象。另外，智能天線在空間分集上不是將各天線接收到的信號簡單相加，而是采用更合理的運算方法決定信號的最終幅度。

目前，在網(wǎng)絡(luò)中的日立基站性能普遍不及京瓷基站，就是因為日立基站無智能功能，而京瓷（500mW）均有該功能的緣故。很快，日立公司也會有自己的智能基站推出，屆時，PHS網(wǎng)的整體性能也會因此有很大的提升。

擴(kuò)展閱讀

版權(quán)聲明：