第三代蜂窝移动通信技术的发展<1>

发布: 2010-10-20 00:50 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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第三代蜂窝移动通信技术的发展<1>（姚永炀）
    序言
    无线电通信发展了一百多年历史，在这过程中，产生了不少新的学科的同时，又在不断地
与其他学科进行综合，从而不断地涌现出一系列的通信方式，在不断适应社会需求的同时，自
身也得到不断的发展。
    由于无线电频谱是最宝贵的有限资源，由于人们掌握技术有一个发展过程，因而从历史上
看，人们总是从低频段向高频段方向进行开发利用，并努力提高频谱利用率。又由于无线各频
段传播的特点，因此开发出的通信系统很自然地是丰富多采的各式各样的，所以无线电通信领
域一直是人们神往的“科学领地”。
    从技术发展的角度来看，百年来开发出不少新技术、新装备，但有一条规律是直至今日没
有哪一种技术被否定掉，而是各得其所地发展，关键问题是为何应用得当而已。通信是人与人
交流的重要手段，从电信角度来看：无非是将信息转化原电磁波进行传输的一种手段，因而这
种传输离不开交换、传输（有线、无线）与终端所组成的通信网来进行，因而无线电通信主要
作为传输手段时，总是离不开有线传输系统互相配合，相辅相成的发展。
    从无线电通信发展全过程来看，不难看出，每一种传输系统，一般在某个时期总有发展过
程和鼎盛时期，大致可分为三个重要发展阶段：20～30年代的短波通信，50～70年代的微波接
力通信（含卫星通信），80年代～现在的蜂窝移动通信。
    从无线电通信方式的发展来看，是由点一点通信，发展到干线传输方式，以至将交换、无
线传输、用户终端综合在一起组成的系统以“网”的概念来进行传输的通信方式。而承载电信
业务，则由语音传输的电话，再其次是数据，以至图象传输。
    通信技术的发展，总是遵循着这样的规律：社会的需求促进技术的发展，而技术的发展又
反过来促进社会新的需求。
    现仅就当今世界通信技术发展最为迅速，系统最为复杂，而又是热门话题——地面蜂窝移
动通信技术的发展趋势，作一简要叙述，发表个人粗浅看法，与同行们商榷蜂窝移动通信的概
念。早在十多年前即已提出，但付之工程实用，直至70年代计算机与通信的结合，和大规模集
成电路的开发等技术发展。近二十年来，蜂窝移动通信系统已由第一代以通电话业务为主的模
拟系统到逐步增加数据业务的第二代数字系统以至发展到当今以增加高速数据业务和图象业务
的多媒体通信为主要目标的第三代系统。值得注意的是：在地面蜂窝移动通信系统发展的同时，
卫星移动通信系统也应运而生，它与前者相结合，重点解决海洋、边远地区、远郊区等覆盖问
题，为了实现任何地点，任何时间与任何人通信的目标，而要实现不同系统中的“漫游”通信，
于是就产生多频、多模移动台（手机），而又由于向用户提供的电信业务由话音、数据而至图
象信息，这样多媒体终端亦将不久问世。
    第一代模拟移动通信系统
    技术体制研究
    这是由于无线电通信发展的第三阶段，它组成的系统已将交换、无线电传输、移动终端综
合为一体的通信实体，因此在组网、接口标准等一系列问题需要研究和确定。由于移动与固定
用户的互通，所以移动通信的组网方案要受制于当地固定通信网情况。
    传输的研究
    在50年代一60年代微波频段的“视距”范围的传输研究，已发现除收、发信号天线问的直
接波外，两机务站间还存在着地面反射波和对流层不均匀层折射下来的折射波，而形成了多径
传输的衰落现象。而城市内的移动通信的传播环境，将更为复杂，存在着建筑物反射波和直接
波等，有时多达六任以上，而多个城区，传输环境各异，因此很难得出一个通用的传输数学表
达式来概括传输情况。因此在60～70年代所进行的少数城市的传输测试，经整理虽然得出一些
传输公式，但这只能作为规划移动通信网的参考，而与工程实用相差较远。因此时至今日，移
动通信网建设投入使用后，还须注意网络的优化工作，在实践中来加以修正、调整，这里除业
务增加、用户密度分布等因素不容易确定外，更重要的仍然是对传输规律未能很好掌握有关，
这也是当今世界上移动通信运营商们所存在的薄弱环节。
    交换系统的演进
    仍然是以64Kb／s电路交换为基础的交换机为平台，根据移动通信特点，还要增加HLR、
VLR等，这比原来固定网的交换机要复杂得多，在同样的用户容量情况下，其处理能力要大为
提高，而在与固定网互通时，移动交换机多半与该地区的汇接局或长途局相连。
    信令、功能方面要求
    反映在越区切换与“漫游”方面，移动通信有其特殊要求，方能保证移动通信用户的不间
断的通信的需求，而其语音传输质量，虽有无线通信的特点所制约，但以达到有线通信的话音
质量一直是其追求的目标。
    采用FDMA技术
    基站天线的空间分集以及系统的跳频技术（频率分集）和组网中注意同频干扰与邻频干扰
的频率复用、分配方案，这些都是在过去已有的成熟的基础上，结合移动通信环境的要求而予
以实现加以应用，甚为恰当。
    移动台、手机的发展
    由于移动用户在移动中能维持通信，除系统功能满足要求外，另一个重要课题是要解决好
用户通信终端问题，这要求大规模集成电路的开发与应用，还需要根据系统体制标准要求，开
发相应软件、新的加工工艺和一致性测试手段，结构尽量小巧，便于携带、便于使用等都要相
应解决，才能推广到用户中去使用。
    第二代数字移动通信系统
    1．这一代系统的特征主要是采用了话音压缩编码技术，而使全系统实现了数字化，现在
采用的13Kb／s语音编码技术，其质量已达到相当满意的结果。
    2在技术体制上，有TDMA和N－CDMA两种作为代表。GSM系统属于前者，把一个载频分为八
个时隙，但其载频间隔为200kHz，这与第一代模拟移动通信系统的TACS的载频间隔为25KHz，以
通语音及基础来比较，两者频谱利用率未能有所提高，不过它却在欧洲统一了标准，这对国际
间“漫游”和数据业务的发展辅平了道路。由于其标准制定比较严谨，而又比N－CDMA系统超前
一年投入使用，因此工程实用上发展相当快。而N－CDMA技术是基于60年代的扩谱通信技术，把
它移植到蜂窝移动通信系统来，它的出现主要是利用CDMA的特点，提高频谱利用率，其正交的
PN码的选择与应用是N－CDMA的技术基础。
    3．组网技术方面
    第二代的TDMA系统，在组网方面（蜂窝小区规划、建设方面）、蜂窝小区间频率分配与第
一代FDMA系统一样要严格进行，防止同频干扰与邻频干扰。N－CDMA在组网中则主要注意是根据
用户密度的分布进行功率分配，而小区间可在一个地区采用同一频率进行组网通信。
    4．“越区切换”功能方面
    在TDMA系统的越区切换仍与FDMA系统一样，只能采取“硬切换”方式，在切换过程中有瞬
间中断，但对电话业务无甚影响。而N－CDMA系统由于采用RAKE接收技术，能通过运算使信号分
离、合并等加工处理，而实现了在越区切换中，不中断通信传输，实现了“软切换”，这对数
据传输甚为适合。
    5．抗衰落措施方面的发展
    TDMA系统则针对移动通信中的多径衰落，往往造成的误码是连续一大片，普通纠错措施很
难发挥作用，因而首先采用了交织技术，使集中的误码变成离散的误码。这样再加上采用数据
传输常用的成熟的纠带码技术——分级码和卷积码加以来用，而使得误码率大为改善，同时采
用跳频技术，也是解决衰落和避免干扰的技术措施之一。
    在抗衰落分集领域，有人试验了极化分集的效果，可以改善1个多分贝的信嗓比。这是由于
尽管当前的移动通信系统都千篇—律地采用垂直极化波进行传输，但在深阴影区传输和反射条
件下传输总出现水平极化波分量，因此把这两种极化波都同时接收下来，加以功率合成，自然
会使通信质量得到一定改善。
    N－CDMA系统由于把RAKE技术用于接收多任传来的同样的信号，不过由于相互间由传输路径
各异，有一定时运差，因此经过运并加以分离后，有选择地将其中少数几径来的信号（一般为
功率较强者）加以合成，从而改善接收效果，这是抗多径衰落的一个比较好的技术措施。