移动通信概要

发布: 2010-10-20 00:52 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大
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移动通信概要（李承恕）
    摘要：移动通信网在世纪之交正以前所未有的高速度发展。本文扼要探讨其现
状与展望，简要介绍蜂窝移动通信网、卫星移动通信网和移动数据通信网的技术应
用及其演进情况。
    关键词；移动通信 GSM CDMA卫星通信 CDPD GPRS
    一、引言
    当前全球移动通信正以前所未有的高速度发展，有关统计资料表明，1998年全
球移动电话的用户总数将近3亿，预计到2000年可达5亿。我国移动电话用户1998年
达2300万户，预计到2000年将达到4000万户。由此可见，无论国内外，移动通信都
是一个十分巨大的市场，它也是世界各国的重要支柱产业。目前的移动通信产品是
以第二代数字移动通信为其主体，它包括欧洲采用时分多址（TDMA）技术的全球移
动通信系统（GSM），和北美采用码分多址（CDMA）技术的IS一95标准。本文简要介
绍蜂窝移动通信网、卫星移动通信网和移动数据通信网在技术上和应用方面的演进
情况。
    二、蜂窝移动通信网
    1．GSM系统的演进
    （1）采用智能网（IN）技术创造和开发新的服务功能，以满足用户新的需求，
提高使用率。例如移动性和PABX的集成以满足企业办公室联网和办公室之间的虚拟
专用网。同时增加容量和覆盖，以实现全面移动性。
    （2）增强无线数据服务。短消息服务（SMS）和因特网的无线移动接入的需求
增长，原来单一的话音服务已经不能满足用户的要求。采用智能消息处理和无线接
入协议（WAP）可与各种传送方式和设备兼容。 GSM的数据带宽原来限于9.6kbit/s。
采用高速电路交换数据（HSCSD）技术实现57kbit／s的数据速率，而采用通用分组
无线服务（GPRS）将实现超过 100 kbit/s的数据速率。GSM增强数据速率改进（ED
GE）技术，更能实现在现有GSM网上的384 kbit/s的速率提供无线多媒体服务。采用
这些技术后可应用于会议电视、电子邮件、远程接入局域网和无线图象、信用卡认
证、远程测量等。对运营商可创造20％～30％的收入。
    （3）增加网络容量。GSM网络目前能提供每平方公里200～300爱尔兰的容量。
为了支持本来业务量的增加，要求网络增加10倍的容量，达到每平方公里几千个爱
尔兰。采用的技术有分层网络结构、智能跳频（IFH）技术、微蜂窝、双频运营（G
SM900，GSM1800）等。
    2，IS-95系统的演进
    IS－95系统主要的演进在提供无线数据服务方面。现在的IS－95支持的电路模
式和分组模式的数据服务限于9.6～14.4 kbit/s的数据率。 IS－95－A标准在提高
数据率的演进分两步走。第一步为演进到IS－95B，支持数据速率达64 kbit/s；第
二步则演进到第三代的cdma－2000，可支持2Mbit／s的数据率二有关内容在下面讨
论移动数据通信时再作说明。
    3·第三代蜂窝移动通信网
    （1）第三代移动通信无线传输技术（RTT）标准的建议
    按照ITU关于发展第三代移动通信的日程表，1998年6月各国提交的陆地移动通
信的建议共10个，卫星移动通信建议有5个。1998年9月对这些标准进行了评估，未
能进行筛选。目前各国之间正进行调协和融合。但由于各国之间利益上的矛盾，要
达到全球统一的标准还相当困难。建议的标准中具有代表性的有北美的宽带。cdma
One（现称cdma·2000）、日本宽带CDMA（W－CDMA）和欧洲提出的TD－CDMA，现简
介如下：
    ①北美的cdma2000
    北美4家大公司Lucent、Motorola、Nortel、Qualcomm提出了cdmaOne2000的建
议。它受到HNS、Nokia、Samsunng、HiTachi等公司的支持。建议采用多载波／DS
－CDMA，射频信道带宽为1.25／5／10／20MHZ，PN码片速率为1.2288／3.6864／7.
3728／14.7456 Mbit/s。用户比特率为9.6 kbit／s～2Mbit／s。帧仅为20ms。扩
频调制为QPSK，解调为连续导颁符号辅助的相干检波。功率控制采用开环及快速闭
环控制，上下链路均如此。在基站分集采用RAKE接收及天线分集。扩频码为I／Q短
PN码及长PN码。正交码为Walsh码。信道编码为卷积码（K=9，R=1／4，1／3），对
高速数据也考虑用Turbo码，语声编码采用EVRC。多载波的目的在于将5MHZ分为三
个1.25MHZ带宽的信道，以便与IS一95后向兼容，可以共存或重叠。基站同步则基于
GPS。
    ②日本的W－CDMA
    NTTDoCoMo提出的建议为相干多码率宽带CDMA（W－CDMA）。多频带DS－CDMA采
用1.25／5／10／20MHZ带度。小区之间为异步运行。扩频码片速率为1.024／4.096
／8.0192／16.384 Mbit／S，多码率业务高达2Mbit/s。扩频码信道化为长玛×短
码。短码采用树形结构正交多码率码，长码采用伪随机码。调制为基于导频码的相
干QPSK，信道编码为卷积码（R=1／3，K=7）及RS组连码（R=9／10）。分集采用RA
KE接收加天线分集。功率控制采用基于SIR的快速控制。交织帧长为10 ms。此建议
受到日本富士、松下及NEC等公司的支持。现在欧洲爱立信等公司已与NTTDoCoMo公
司合作，共同提出RTT采用M－CDMA，而核心网络则沿用GSM的网络平台：其目的在于
能从GSM演进到3GM。
    ③欧洲的TD－CDMA
    欧洲西门子和阿尔卡特等公司提出了一种时分一CDMA（TD－CDMA）。该方案将
FD－MA／TDMA／CMDA组合在一起。其特点是信道间隔扩展为1.6MHZ，但它的帧结构
和时隙结构与GSM相同。扩展因子为16，可支持每时隙8个用户。同时采用跳频和跳
时。支持的用户比特率为8～2048 kbit/s。在最高比移车时用了全部8个时隙，而每
个时隙可用8个用户地址码。移动台将采用双模手机，以便在网络、信令层与GSM兼
容。由于每时隙仅8个用户（码分），故可采用联合检测（Joint Detection），从
而不需快速功率控制和减少码间干扰。另外还可采用时分双工（TDD），为无绳电话
应用时减少终端造价。此方案便于由GSM平滑过渡，它还受到Bosch、Itatel、MOto
rola、Nortel、Sony等公司的支持，将被作为UMTS和IMT－2000标准建议的候选方案
提出：
    （2）发展我国第三代移动通信技术方案的基本思路
    ·为建立我国移动通信产业打下基础。第二代移动通信的研究开发、商用推广
的过程证明，只有走超前和创新的道路才可能建立起本国自己的移动通信产业。因
此，我们要抓住机遇，知难而进，研究和确定我国关于第三代移动通信技术方案，
为建立我国移动通信产业打下基础。
    ·尽可能依照国际标准建议。随着ITU规定的确定建议日期日益临近，各国以大
公司为代表纷纷提出自己关于无线传输技术（RTT）建议的方案。我们要利用自己的
技术优势，加入有自己知识产权的补充和修正方案。但最终的实现方案要尽可能依
照国际标准建议，才能保证系统与其它系统的互连、互通，自己产业的产品才最终
能够打出国门，与国际市场上同类产品进行竞争。
    ·具有创新性和知识产权。第三代移动通信系统的开发，在符合国际标准建议
的前提下，提出具有创新性和知识产权的解决方案，这是实现产品的国产化、建立
本国移动通信产业的关键之处。
    ·具有通用性，与其它系统工连互通。各国为第三代移动通信提出了各种不同
的实现方案，根据目前的情况，很可能会出现几种不同的标准。我们研制系统，必
须考虑与其它系统的互连；在设计上也要考虑与第二代移动通信系统的后向兼容性。
    ·具有可实现性。所提出的解决方案必须在技术上是可以实现的，并要考虑经
济上的可行性。
    三、卫星移动通信网
    1、个人卫星移动通信发展现状
    个人卫星移动通信近年来已逐渐成为移动通信产业发展的热点。当前正在开发
的卫星移动通信系统中以中低轨道的系统为主。主要有“铱”系统（66颗主用，6
颗备用，轨道高度780公里）；“全球星”系统（48颗主用，8颗备用，轨道高度14
14公里）以及国际海事卫星组织的“ICO”系统（10颗主用，2颗备用，轨道高度10
354公里）。我国正在参与开发的地区高轨（轨道高度35786公里）卫星移动通信系
统有亚太卫星移动通信（APMT）系统和鑫诺卫星移动通信（SINDSAT）系统。此外，
尚有极低轨道的Teledesic系统（288颗卫星，轨道高度565公里）。现将有关发展近
况简介如下：
    （1）“铱”系统
    Motorola公司在1987年提出“铱”系统的构想，1992年成立“铱”公司。目前
已集资44亿美元。去年已有68颗卫星升空，经测试运转正常。预计“铱”系统将在
今年9月23日开通。铱星每里面重689公斤，预计工作寿命为5～8年。现已在全球建
立11个关口站，用户可通过关口站与公众通信网用户通信。手机采用“双模”式，
可选择使用通过地面蜂窝系统或卫星系统通信。预计第一代用户为300～400万，第
二代，即2004年全球用户预计可达2000万。我国长城工业公司参与投资和用长征二
号丙火箭发射“铱”星。
    （2）“全球星”系统
    由美国Loral／Qualcomm公司开发的“全球星”系统包括48颗卫星和8颗备用星。
计划于1998年底以前发射44颗卫星，剩下的12颗卫星将于1999年初发射。第一批4颗
星全部测试结果良好。现有8颗星分别在两个相邻轨道面上运行。最近已定购了30万
部用户终端，并正在世界各地建设20多个关口站。计划在1999年初提供服务。全球
星合股公司包括Loral、Qualcomm、AirTouch、ALCATEL、法国电信、韩国现代和Vod
afone等服务提供者和设备制造商。中国电信（香港）已投资全球星。，全球星系统
总投资26亿美元，已与85％以上覆盖业务范围内的106个国家签署了业务协议。该系
统采用CDMA技术，可为用户提供手持机、车载式和固定式终端发送和接收电话，同
时也可提供数据、寻呼、传真和定位功能。
    （3）“ICO”系统
    1993年INMARSAT推出了21世纪卫星移动通信系统（INMARSAT－P），也就是现在
的“ICO”卫星移动通信系统。1995年1月成立了ICO全球通信公司，现已有44个国家
的47家公司参加组成。TRW的Odyssey系统也加盟ICO，加强了ICO的实力。我国交通部
对该系统进行了投资，井是该系统最大股东之一。ICO已同美国休斯公司签订了全部
12颗卫星的发射合同，按计划第一颗卫星将于1998年底发射。12个接续枢纽站（SAN）
已有6个在建设中。
    （4）APMT系统
    中国亚太移动通信卫星公司（中国APMT）与新加坡发起，日本、泰国、马来西
亚、印度尼西亚等国联手运作开发的APMT卫星移运通信系统已正式起动，并投资6.5
亿美元，覆盖亚太地区22个国家近31亿人口。APMT系统采用同步定点卫星和袖珍式
卫星用手持机，一颗卫星的通信容量将超过16000条双向话音信道，用户数可达200
万。系统可提供双向话音通信、单向或双向数据通信、传真、信道显示、手持机应
急位置报告、车船连续定位报告及其它通信增值业务。手持机为双模式，可任选地
面或空中通信。系统的控制中心和卫星运行中心将设在北京。APMT卫星将于2000年
发射。
    （5）Teledesic系统
    Tehidesic卫星移动通信系统是由美国MCCaw移运通信公司和微软公司发起，后又
加入波音公司共同研制的。该系统计划在距地球565公里的轨道上部署288颗低轨道卫
星，构成一个覆盖全球的通信卫星网。每颗卫星覆盖直径为100公里的区域，提供超
过500 Mbit/s的双工通信能力；上行速率达 2 Mbit/s，下行速率达 64 Mbit/s；全
网可同时为数百万用户提供服务，包括宽带Internet接入、视频会议、高质量语音
和其他数据、图象业务。Teledesic以地面固定终端为主要服务对象，也能为航海航
空等移动终端提供服务。该系统与其他网络的联结通过地面网点实现。这一能提供
宽带服务、低误码率、低时延的卫星移动通信系统的设想是1990年提出的。1998年2
月25日美国轨道公司用航天飞机和火箭已能将卫星送入轨道。如果顺利的话，预计
2002年Teldesk将正式投入商用。
    2．未来宽带卫星通信
    随着第三代移动通信的发展、B－ISDN和多媒体通信的应用，以及全球信息高速
公路的发展，宽带卫星通信已引起人们极大的关注。现在已提出Ka／K11频带LEO／M
EO／GEO宽带卫星通信系统的方案有20种，除了上述Teledesic系统外，具有代表性
的还有Celestri系统、Skybridge系统、Cyberstar系统、SPaceway系统等。
    四、移动数据通信网
    1．移动数据通信简介
    移动数据通信就是用户通过无线数据终端可在任意固定地点或在运动中与其它数
据终端交换数据、传递文件、提取资料，以及访问数据库。随着数字移动通信的发展
和Internet网的应用高速增长，移动数据通信成为当前大家关注的另一热点。移动数
据通信大致可分为三种：第一种是利用现有的蜂窝移动通信网，使用专门的调制解调
器传送数据，利用电路交换技术，与公用电话网传输数据相似。第二种是利用信包交
换技术，建立专门移动数据网。例如Motorola公司的Data Pac系统，爱立信公司的Mo
biteX系统和CDPD（蜂窝数字信包数据）等。第三种为利用无绳电话系统，如 DECT等
来传输数据。下面先简单介绍CDPD系统，然后探讨第二代和第三代移动通信传输数据
问题。
    2.CDPD系统简介
    CDPD是在现有的AMPS移动电话网上提供分组数据服务，它与AMPS共用一频带。信
道速率为19.2kbit/s实际速率为10～13kbit/s。CDPD将传送的数据分成定长的数据段，
在其上加收发端地址及控制信息，以组为单位。CDPD在AMPS的空闲话时信道上传送。
当话音用户要求占用该信道时，CDPD将重新寻找新的空闲信道，并利用信道跳频技术，
自动跳到新的空闲信道传送数据。CDPD系统主要由移动终端、固定终端、移动数据基
站、管理服务器、信息服务器、网络管理系统等组成。每个管理服务器可支持8个信包
服务器，每个信包服务器可支持32个移动基站，一个基站拥有6个信道，每个信道约20
00～3000个用户。CDPD采用IP高层网间协议，各部分的通信靠TCP／IP来连接。外部主
机与CDPD网之间可采用X.25协议或Internet直连。CDPD具有标准性好、开放性强、传
输效率高，具有广泛的应用前景。
    3·GSM中增强勤据传输技术
    GSM网目前的数据传输只有9.6 kbit/s。增强其传输数据能力的第一步为采用HSC
SD（高速电路交换数据）技术和GRPS（通用无线分组服务）技术来提高用户的比特率。
HSCSD采用TDMA技术，把每一物理信道分成几个时隙，并将每个时隙的传输速率提高到
14.4 kbit／s，并可将 200 kHZ载波内的3个时隙合并在一起，形成一个高速数据传输
信道。理论上一个信道的最大传输速率可达115.2kbit／s。GPRS是一项基于数据包的
信包交换技术。它将每时隙的传输速率从9.6kbit／S提高到14.4kbit/s，然后将8个时
隙合并在一起、最大可提供115.2 kbit/s的传输速率。采用 GPRS后，许多用户可共享
同一信道，它尤其适用于Internet／Intranet移动服务。GSM增强传输数据能力的第二
步为采用EDGE（增强数据速率改进）技术，它可将GSM网络的传输速率提高到 384 kb
it/s，以处理多媒体业务。EDGE同样采用TDMA技术，其帧结构与GSM相同。每一载波带
宽 200 kHZ。它通过提高每一GSM时隙的数据容量来实现增容，可从9.6kbit/s提高到
48kbit/s，甚至70kbit/s。EDGE允许集中多达 8个时隙，从而使速率提高到284 kbit
/s。
    4. IS－95增强移动数据服务能力
    IS－95增强移动数据服务能力分两步走：第一步是演进到IS一95－B，第二步则由
cdma2000提供达2 Mbit／s的高速数据服务。IS－95－B利用码聚焦（aggregation）技
术，在一个突发（burst）中将8个码分配给一个高速分组数据移动台，构成一基本码
信道。当更高数据速率需要时移动台可再增7个补充的码信道。这一新的可选服务可以
是非对称的。IS－95－B的高速数据服务由于可同时分配8个前向或反向码信道给一个
用户，而一个码信道可运行9.6kbit／s或144kbit/s，放它可支持9.6～76.8 kbit/s或
14.4～115.2 kbit/s的数据速率。