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相關(guān)專題：
引言
個(gè)人通信是指任何人在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與任何人進(jìn)行任何種類的信息交換。實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的通信網(wǎng)絡(luò)叫個(gè)人通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的業(yè)務(wù)服務(wù)叫個(gè)人通信服務(wù)。個(gè)人通信服務(wù)不僅提供終端的移動(dòng)性，而且提供個(gè)人的移動(dòng)性，將傳統(tǒng)的“通信至終端”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴ㄐ胖羵�(gè)人”，每個(gè)用戶有一個(gè)屬于自己的唯一號(hào)碼，即全球一人一號(hào)，網(wǎng)絡(luò)能按用戶意愿提供多種服務(wù)，包括各類寬帶業(yè)務(wù)�？梢�(jiàn)個(gè)人通信的實(shí)現(xiàn)將使人類徹底擺脫現(xiàn)有通信網(wǎng)的束縛，達(dá)到無(wú)約束自由通信的最高境界。
無(wú)線接入是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的必要條件，也是技術(shù)難點(diǎn)。無(wú)線個(gè)人通信系統(tǒng)是一個(gè)立體的通信網(wǎng)絡(luò)，天上有衛(wèi)星通信系統(tǒng)的覆蓋，地上有各種大小的蜂窩系統(tǒng)覆蓋。它主要包括：陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)、集群移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)繩通信系統(tǒng)等。在這些系統(tǒng)中，陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)因其與人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系最為密切而無(wú)疑是最為重要的一類系統(tǒng)，目前各國(guó)專家正積極地研究與開(kāi)發(fā)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（３Ｇ）正是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要里程碑。
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中面臨的主要問(wèn)題
八十年代初開(kāi)始商用的以模擬技術(shù)為主要特征的移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)；九十年代人們普遍使用的以ＧＳＭ和ＩＳ－９５為代表的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱為第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)；而被命名為ＩＭＴ－２０００（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）的以智能移動(dòng)通信技術(shù)為主要特征的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。與前兩代系統(tǒng)相比，３Ｇ系統(tǒng)有更大的容量、更好的通信質(zhì)量、更高的頻帶利用率，這些特點(diǎn)使得它能為高速和低速移動(dòng)用戶提供話音、數(shù)據(jù)、會(huì)議電視及多媒體等多種業(yè)務(wù)。而且用戶能在全球范圍內(nèi)無(wú)縫漫游。
３Ｇ系統(tǒng)確實(shí)給人們展示了一個(gè)美好的通信前景，但這些美好前景的實(shí)現(xiàn)要以克服３Ｇ系統(tǒng)所面臨的技術(shù)難題為前提。這些難題有的是蜂窩移動(dòng)通信所固有的，也有的是３Ｇ系統(tǒng)所特有的。只有理解了這些問(wèn)題，才能深刻地理解為解決這些問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出的各種關(guān)鍵技術(shù)的意義。
�。�、多徑衰落：這個(gè)問(wèn)題存在于所有的移動(dòng)通信系統(tǒng)中。由于無(wú)線電波在傳播過(guò)程中將發(fā)生折射、反射和散射，從而產(chǎn)生多條傳播路徑。不同路徑的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，由于天線的位置、方向和極化不同，使接收信號(hào)的幅度、相位起伏變化，產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落現(xiàn)象。為了保證通信質(zhì)量，不得不增加信號(hào)功率，這就直接影響了系統(tǒng)的容量。
２、時(shí)延擴(kuò)展：不同路徑的信號(hào)有不同的傳播時(shí)延，當(dāng)時(shí)延超過(guò)檢測(cè)脈沖符號(hào)寬度的１０％時(shí)，符號(hào)間的干擾就明顯存在，從而限制了移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)速率。
３、多址干擾：由于３Ｇ系統(tǒng)采用碼分多址（ＣＤＭＡ）技術(shù)，即采用不同的擴(kuò)頻碼字來(lái)區(qū)分用戶，這就要求各用戶的擴(kuò)頻碼具有強(qiáng)的自相關(guān)性和弱的互相關(guān)性。但實(shí)際上各用戶間的互干擾不可能完全消失，所以ＣＤＭＡ系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，就是說(shuō)來(lái)自本小區(qū)和鄰近小區(qū)用戶的干擾成了決定系統(tǒng)容量和性能的主要因素。多址干擾是３Ｇ系統(tǒng)所特有的一種干擾。
�。�、遠(yuǎn)近效應(yīng)：在各移動(dòng)臺(tái)均以相同功率發(fā)射信號(hào)時(shí)，基站接收到的近處移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)功率將遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)處移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)功率。遠(yuǎn)近效應(yīng)就是指近處大功率信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)處小功率信號(hào)產(chǎn)生的很強(qiáng)的干擾。它也是一類多址干擾，不過(guò)在３Ｇ系統(tǒng)中這種多址干擾表現(xiàn)十分突出。
�。�、體制問(wèn)題：目前，第一代和第二代系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，所以，從資源利用的角度來(lái)考慮，３Ｇ系統(tǒng)必須兼容前兩代系統(tǒng)，而且能在將來(lái)平滑地過(guò)渡到第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，甚至個(gè)人通信系統(tǒng)的最高目標(biāo)。但目前，第一代和第二代系統(tǒng)種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)層出不窮，體制多種多樣。所以，如何使３Ｇ系統(tǒng)起好一個(gè)承前啟后的作用，也是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
為了解決３Ｇ系統(tǒng)所必須面對(duì)的主要問(wèn)題，各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了廣泛而深入的研究，發(fā)展并創(chuàng)新了許多關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)有的已被３Ｇ系統(tǒng)采用，有的還在進(jìn)一步研究之中。
�。�、多址技術(shù)
這里所指的多址技術(shù)包括兩方面的含義：一是指ＣＤＭＡ系統(tǒng)中地址碼的研究；二是指各種多址協(xié)議的進(jìn)一步研究。
因?yàn)椋常窍到y(tǒng)采用碼分多址技術(shù)，所以擴(kuò)頻碼的選擇至關(guān)重要。ＩＳ－９５系統(tǒng)中采用了６４位Ｗａｌｓｈ函數(shù)作為擴(kuò)頻碼，前向信道的性能可以得到保證，但反向信道性能還不盡如人意。目前，學(xué)者們對(duì)正交變擴(kuò)頻因子碼（ＯＶＳＦ）進(jìn)行了廣泛研究，希望徹底解決其生成方法、可用數(shù)目和復(fù)用等問(wèn)題，使其盡早投入使用。
另外，人們對(duì)ＣＤＭＡ／ＰＲＭＡ多址協(xié)議也給予了極大關(guān)注，它可以看作是傳統(tǒng)分組預(yù)約多址（ＰＲＭＡ）協(xié)議的擴(kuò)展。ＰＲＭＡ是基于時(shí)分多址的幀結(jié)構(gòu)，每個(gè)用戶在真正有信息輸出時(shí)，才按照一定允許概率競(jìng)爭(zhēng)空閑時(shí)隙。研究結(jié)果表明：ＣＤＭＡ／ＰＲＭＡ協(xié)議與隨機(jī)接入的ＣＤＭＡ相比，在蜂窩環(huán)境和僅有話音的情況下，系統(tǒng)容量可提高６８％～８４％。
�。�、信道編碼
雖然擴(kuò)頻技術(shù)有利于克服多徑衰落以提供高質(zhì)量的傳輸信道，但擴(kuò)頻系統(tǒng)存在潛在的頻譜效率非常低的缺點(diǎn)。所以，系統(tǒng)中必須采用信道編碼技術(shù)以進(jìn)一步改善通信質(zhì)量。目前，主要采用前向信道糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)以進(jìn)一步克服衰落效應(yīng)。編碼和交織都極大地依賴于信道的特征和業(yè)務(wù)的需求。不僅對(duì)于業(yè)務(wù)信道和控制信道采用不同的編碼和交織技術(shù)，而且對(duì)于同一信道的不同業(yè)務(wù)也采用不同的編碼和交織技術(shù)。目前，研究較多的有分組編碼、卷積碼和格碼調(diào)制等。在三種編碼技術(shù)中，Ｍ－ａｒｙ無(wú)線頻率ＲＦ調(diào)制結(jié)合網(wǎng)格糾錯(cuò)編碼方案能提供較大的帶寬效率，但根據(jù)目前糾錯(cuò)編碼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，結(jié)合分組碼和卷積碼技術(shù)的級(jí)聯(lián)碼例如并行級(jí)聯(lián)碼－Ｔｕｒｂｏ碼將更具吸引力。
３、功率控制
功率控制技術(shù)是解決遠(yuǎn)近效應(yīng)的有效方法。在上行鏈路，為了克服寬帶ＣＤＭＡ系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)，需要?jiǎng)討B(tài)范圍達(dá)８０ｄＢ的功率控制。上行鏈路功率控制方式分開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種，閉環(huán)功率控制包括內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。開(kāi)環(huán)功率控制主要用來(lái)克服距離衰減，閉環(huán)功率控制用于克服多普勒頻率產(chǎn)生的衰落，以此保證基站接收到的所有移動(dòng)臺(tái)信號(hào)具有相同的功率。在下行鏈路中，為了實(shí)現(xiàn)快速和自適應(yīng)的功控算法，也插入功控子信道實(shí)現(xiàn)前向的閉環(huán)功控。
�。�、智能天線
智能天線也叫自適應(yīng)陣列天線，它由天線陣、波束形成網(wǎng)絡(luò)、波束形成算法三部分組成。它通過(guò)滿足某種準(zhǔn)則的算法去調(diào)節(jié)各陣元信號(hào)的加權(quán)幅度和相位，從而調(diào)節(jié)天線陣列的方向圖形狀，達(dá)到增強(qiáng)所需信號(hào)，抑制干擾信號(hào)的目的。智能天線也可以用空分復(fù)用ＳＤＭＡ的概念加以解釋，就是利用信號(hào)入射方向上的差別，將同頻率、同時(shí)隙的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而達(dá)到成倍地?cái)U(kuò)展通信系統(tǒng)容量的目的。
智能天線技術(shù)已日趨完善，中國(guó)電信科學(xué)研究院信威公司已推出了帶智能天線的同步ＣＤＭＡ系統(tǒng)，美國(guó)麥得威通信公司的智能天線也已投放市場(chǎng)。
�。�、多用戶檢測(cè)
通信系統(tǒng)中的傳統(tǒng)檢測(cè)器都是單用戶檢測(cè)器，它將所需用戶的信號(hào)當(dāng)作有用信號(hào)，而將其它用戶的信號(hào)都作為干擾信號(hào)對(duì)待。但從信息論的角度看，ＣＤＭＡ系統(tǒng)是一種多輸入、多輸出的信道。因此單用戶檢測(cè)器不能充分利用信道容量。多用戶檢測(cè)的基本思想就是把所有用戶的信號(hào)都當(dāng)作有用信號(hào)，而不是干擾信號(hào)來(lái)處理，這樣就可以充分利用各用戶信號(hào)的用戶碼、幅度、定時(shí)和延遲等信息，從而大幅度地降低多徑多址干擾。目前，主要有兩種基本的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)：一是線性檢測(cè)法，它的基本想法是通過(guò)線性變換來(lái)消除不同用戶間的相關(guān)性，使得送入每個(gè)用戶的檢測(cè)器的信號(hào)只與自己的信號(hào)相關(guān)；二是相減式干擾對(duì)消器，它在送入匹配濾波器輸入端的信號(hào)中減去本地估計(jì)出的來(lái)自其它用戶的多址干擾，從而消除多址干擾。
�。�、切換技術(shù)
由于移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，所以，移動(dòng)臺(tái)在跨越空間劃分的小區(qū)時(shí)，必然要進(jìn)行越區(qū)切換，即完成移動(dòng)臺(tái)到基站的空中接口的轉(zhuǎn)移，以及基站到網(wǎng)入口和網(wǎng)入口到交換中心的相應(yīng)的轉(zhuǎn)移。在第一和第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中都采用越區(qū)硬切換方式，硬切換使通信容易中斷。３Ｇ系統(tǒng)將在使用相同載波頻率的小區(qū)間實(shí)現(xiàn)軟切換，即移動(dòng)用戶在越區(qū)時(shí)可以與兩個(gè)小區(qū)的基站同時(shí)接通，只相應(yīng)改變擴(kuò)頻碼，即可做到“先接通再斷開(kāi)”的交換功能，從而大大改善了切換時(shí)的通話質(zhì)量。但軟切換具體的實(shí)現(xiàn)方法和步驟還有待研究。另外，不同載波的小區(qū)間的切換仍需要用硬切換，所以切換技術(shù)中還有許多問(wèn)題需要解決。
�。�、信道結(jié)構(gòu)及上層協(xié)議信令
�。常窍到y(tǒng)的用戶巨大，且要實(shí)現(xiàn)全球范圍的漫游，那么各種資源的管理控制必然十分復(fù)雜和龐大，這就要求信道結(jié)構(gòu)合理，各種協(xié)議信令豐富完善。３Ｇ系統(tǒng)的無(wú)線空中接口將采用分層結(jié)構(gòu)及協(xié)議，這些協(xié)議包括用戶平面、控制平面和控制平面?zhèn)鬟f信令。比如：呼叫控制、移動(dòng)性管理、無(wú)線載波控制、無(wú)線資源控制等。
�。�、軟件無(wú)線電
軟件無(wú)線電是對(duì)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的革命，它被稱為“無(wú)線電世界的個(gè)人計(jì)算機(jī)”。軟件無(wú)線電的核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，在通用的硬件平臺(tái)上，盡可能通過(guò)軟件來(lái)定義無(wú)線電的功能。這樣利用一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，通過(guò)軟件生成ＧＳＭ、ＩＳ－９５、ＩＳ－６６５、ＩＭＴ２０００等不同體制的終端，并且可以適應(yīng)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展。它與寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸模式─異步轉(zhuǎn)移模式一樣能適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展，并與軟件定義的電信信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展相一致。軟件化是無(wú)線傳輸系統(tǒng)從模擬到數(shù)字的飛躍后的另一次飛躍。在民用方面，Ａｉｒｃｏｍ公司已推出ＧＳＭ體制的基站系統(tǒng)。在軍用方面，美國(guó)已推出了“易通話”的演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)在第一階段能產(chǎn)生１３種波形，第二階段能產(chǎn)生２７種波形，工作在３０種網(wǎng)絡(luò)，具有１３種加密體制。我國(guó)８６３－３１７主題也開(kāi)展了這方面的研究。也許只有軟件無(wú)線電的全面實(shí)現(xiàn)，人類才能實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的美好愿望。
----《通信世界》
