第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展<1>

第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展<1>（姚永煬）
    序言
    無(wú)線電通信發(fā)展了一百多年歷史，在這過(guò)程中，產(chǎn)生了不少新的學(xué)科的同時(shí)，又在不斷地
與其他學(xué)科進(jìn)行綜合，從而不斷地涌現(xiàn)出一系列的通信方式，在不斷適應(yīng)社會(huì)需求的同時(shí)，自
身也得到不斷的發(fā)展。
    由于無(wú)線電頻譜是最寶貴的有限資源，由于人們掌握技術(shù)有一個(gè)發(fā)展過(guò)程，因而從歷史上
看，人們總是從低頻段向高頻段方向進(jìn)行開發(fā)利用，并努力提高頻譜利用率。又由于無(wú)線各頻
段傳播的特點(diǎn)，因此開發(fā)出的通信系統(tǒng)很自然地是豐富多采的各式各樣的，所以無(wú)線電通信領(lǐng)
域一直是人們神往的“科學(xué)領(lǐng)地”。
    從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，百年來(lái)開發(fā)出不少新技術(shù)、新裝備，但有一條規(guī)律是直至今日沒
有哪一種技術(shù)被否定掉，而是各得其所地發(fā)展，關(guān)鍵問(wèn)題是為何應(yīng)用得當(dāng)而已。通信是人與人
交流的重要手段，從電信角度來(lái)看：無(wú)非是將信息轉(zhuǎn)化原電磁波進(jìn)行傳輸?shù)囊环N手段，因而這
種傳輸離不開交換、傳輸（有線、無(wú)線）與終端所組成的通信網(wǎng)來(lái)進(jìn)行，因而無(wú)線電通信主要
作為傳輸手段時(shí)，總是離不開有線傳輸系統(tǒng)互相配合，相輔相成的發(fā)展。
    從無(wú)線電通信發(fā)展全過(guò)程來(lái)看，不難看出，每一種傳輸系統(tǒng)，一般在某個(gè)時(shí)期總有發(fā)展過(guò)
程和鼎盛時(shí)期，大致可分為三個(gè)重要發(fā)展階段：20～30年代的短波通信，50～70年代的微波接
力通信（含衛(wèi)星通信），80年代～現(xiàn)在的蜂窩移動(dòng)通信。
    從無(wú)線電通信方式的發(fā)展來(lái)看，是由點(diǎn)一點(diǎn)通信，發(fā)展到干線傳輸方式，以至將交換、無(wú)
線傳輸、用戶終端綜合在一起組成的系統(tǒng)以“網(wǎng)”的概念來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞�。而承載電信
業(yè)務(wù)，則由語(yǔ)音傳輸?shù)碾娫挘�再其次是�?shù)據(jù)，以至圖象傳輸。
    通信技術(shù)的發(fā)展，總是遵循著這樣的規(guī)律：社會(huì)的需求促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，而技術(shù)的發(fā)展又
反過(guò)來(lái)促進(jìn)社會(huì)新的需求。
    現(xiàn)僅就當(dāng)今世界通信技術(shù)發(fā)展最為迅速，系統(tǒng)最為復(fù)雜，而又是熱門話題——地面蜂窩移
動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，作一簡(jiǎn)要敘述，發(fā)表個(gè)人粗淺看法，與同行們商榷蜂窩移動(dòng)通信的概
念。早在十多年前即已提出，但付之工程實(shí)用，直至70年代計(jì)算機(jī)與通信的結(jié)合，和大規(guī)模集
成電路的開發(fā)等技術(shù)發(fā)展。近二十年來(lái)，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)已由第一代以通電話業(yè)務(wù)為主的模
擬系統(tǒng)到逐步增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第二代數(shù)字系統(tǒng)以至發(fā)展到當(dāng)今以增加高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和圖象業(yè)務(wù)
的多媒體通信為主要目標(biāo)的第三代系統(tǒng)。值得注意的是：在地面蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，它與前者相結(jié)合，重點(diǎn)解決海洋、邊遠(yuǎn)地區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)等覆蓋問(wèn)
題，為了實(shí)現(xiàn)任何地點(diǎn)，任何時(shí)間與任何人通信的目標(biāo)，而要實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)中的“漫游”通信，
于是就產(chǎn)生多頻、多模移動(dòng)臺(tái)（手機(jī)），而又由于向用戶提供的電信業(yè)務(wù)由話音、數(shù)據(jù)而至圖
象信息，這樣多媒體終端亦將不久問(wèn)世。
    第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)
    技術(shù)體制研究
    這是由于無(wú)線電通信發(fā)展的第三階段，它組成的系統(tǒng)已將交換、無(wú)線電傳輸、移動(dòng)終端綜
合為一體的通信實(shí)體，因此在組網(wǎng)、接口標(biāo)準(zhǔn)等一系列問(wèn)題需要研究和確定。由于移動(dòng)與固定
用戶的互通，所以移動(dòng)通信的組網(wǎng)方案要受制于當(dāng)?shù)毓潭ㄍㄐ啪W(wǎng)情況。
    傳輸?shù)难芯?br />    在50年代一60年代微波頻段的“視距”范圍的傳輸研究，已發(fā)現(xiàn)除收、發(fā)信號(hào)天線問(wèn)的直
接波外，兩機(jī)務(wù)站間還存在著地面反射波和對(duì)流層不均勻?qū)诱凵湎聛?lái)的折射波，而形成了多徑
傳輸?shù)乃ヂ洮F(xiàn)象。而城市內(nèi)的移動(dòng)通信的傳播環(huán)境，將更為復(fù)雜，存在著建筑物反射波和直接
波等，有時(shí)多達(dá)六任以上，而多個(gè)城區(qū)，傳輸環(huán)境各異，因此很難得出一個(gè)通用的傳輸數(shù)學(xué)表
達(dá)式來(lái)概括傳輸情況。因此在60～70年代所進(jìn)行的少數(shù)城市的傳輸測(cè)試，經(jīng)整理雖然得出一些
傳輸公式，但這只能作為規(guī)劃移動(dòng)通信網(wǎng)的參考，而與工程實(shí)用相差較遠(yuǎn)。因此時(shí)至今日，移
動(dòng)通信網(wǎng)建設(shè)投入使用后，還須注意網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作，在實(shí)踐中來(lái)加以修正、調(diào)整，這里除業(yè)
務(wù)增加、用戶密度分布等因素不容易確定外，更重要的仍然是對(duì)傳輸規(guī)律未能很好掌握有關(guān)，
這也是當(dāng)今世界上移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商們所存在的薄弱環(huán)節(jié)。
    交換系統(tǒng)的演進(jìn)
    仍然是以64Kb／s電路交換為基礎(chǔ)的交換機(jī)為平臺(tái)，根據(jù)移動(dòng)通信特點(diǎn)，還要增加HLR、
VLR等，這比原來(lái)固定網(wǎng)的交換機(jī)要復(fù)雜得多，在同樣的用戶容量情況下，其處理能力要大為
提高，而在與固定網(wǎng)互通時(shí)，移動(dòng)交換機(jī)多半與該地區(qū)的匯接局或長(zhǎng)途局相連。
    信令、功能方面要求
    反映在越區(qū)切換與“漫游”方面，移動(dòng)通信有其特殊要求，方能保證移動(dòng)通信用戶的不間
斷的通信的需求，而其語(yǔ)音傳輸質(zhì)量，雖有無(wú)線通信的特點(diǎn)所制約，但以達(dá)到有線通信的話音
質(zhì)量一直是其追求的目標(biāo)。
    采用FDMA技術(shù)
    基站天線的空間分集以及系統(tǒng)的跳頻技術(shù)（頻率分集）和組網(wǎng)中注意同頻干擾與鄰頻干擾
的頻率復(fù)用、分配方案，這些都是在過(guò)去已有的成熟的基礎(chǔ)上，結(jié)合移動(dòng)通信環(huán)境的要求而予
以實(shí)現(xiàn)加以應(yīng)用，甚為恰當(dāng)。
    移動(dòng)臺(tái)、手機(jī)的發(fā)展
    由于移動(dòng)用戶在移動(dòng)中能維持通信，除系統(tǒng)功能滿足要求外，另一個(gè)重要課題是要解決好
用戶通信終端問(wèn)題，這要求大規(guī)模集成電路的開發(fā)與應(yīng)用，還需要根據(jù)系統(tǒng)體制標(biāo)準(zhǔn)要求，開
發(fā)相應(yīng)軟件、新的加工工藝和一致性測(cè)試手段，結(jié)構(gòu)盡量小巧，便于攜帶、便于使用等都要相
應(yīng)解決，才能推廣到用戶中去使用。
    第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)
    1．這一代系統(tǒng)的特征主要是采用了話音壓縮編碼技術(shù)，而使全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，現(xiàn)在
采用的13Kb／s語(yǔ)音編碼技術(shù)，其質(zhì)量已達(dá)到相當(dāng)滿意的結(jié)果。
    2在技術(shù)體制上，有TDMA和N－CDMA兩種作為代表。GSM系統(tǒng)屬于前者，把一個(gè)載頻分為八
個(gè)時(shí)隙，但其載頻間隔為200kHz，這與第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的TACS的載頻間隔為25KHz，以
通語(yǔ)音及基礎(chǔ)來(lái)比較，兩者頻譜利用率未能有所提高，不過(guò)它卻在歐洲統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)國(guó)際
間“漫游”和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展輔平了道路。由于其標(biāo)準(zhǔn)制定比較嚴(yán)謹(jǐn)，而又比N－CDMA系統(tǒng)超前
一年投入使用，因此工程實(shí)用上發(fā)展相當(dāng)快。而N－CDMA技術(shù)是基于60年代的擴(kuò)譜通信技術(shù)，把
它移植到蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)，它的出現(xiàn)主要是利用CDMA的特點(diǎn)，提高頻譜利用率，其正交的
PN碼的選擇與應(yīng)用是N－CDMA的技術(shù)基礎(chǔ)。
    3．組網(wǎng)技術(shù)方面
    第二代的TDMA系統(tǒng)，在組網(wǎng)方面（蜂窩小區(qū)規(guī)劃、建設(shè)方面）、蜂窩小區(qū)間頻率分配與第
一代FDMA系統(tǒng)一樣要嚴(yán)格進(jìn)行，防止同頻干擾與鄰頻干擾。N－CDMA在組網(wǎng)中則主要注意是根據(jù)
用戶密度的分布進(jìn)行功率分配，而小區(qū)間可在一個(gè)地區(qū)采用同一頻率進(jìn)行組網(wǎng)通信。
    4．“越區(qū)切換”功能方面
    在TDMA系統(tǒng)的越區(qū)切換仍與FDMA系統(tǒng)一樣，只能采取“硬切換”方式，在切換過(guò)程中有瞬
間中斷，但對(duì)電話業(yè)務(wù)無(wú)甚影響。而N－CDMA系統(tǒng)由于采用RAKE接收技術(shù)，能通過(guò)運(yùn)算使信號(hào)分
離、合并等加工處理，而實(shí)現(xiàn)了在越區(qū)切換中，不中斷通信傳輸，實(shí)現(xiàn)了“軟切換”，這對(duì)數(shù)
據(jù)傳輸甚為適合。
    5．抗衰落措施方面的發(fā)展
    TDMA系統(tǒng)則針對(duì)移動(dòng)通信中的多徑衰落，往往造成的誤碼是連續(xù)一大片，普通糾錯(cuò)措施很
難發(fā)揮作用，因而首先采用了交織技術(shù)，使集中的誤碼變成離散的誤碼。這樣再加上采用數(shù)據(jù)
傳輸常用的成熟的糾帶碼技術(shù)——分級(jí)碼和卷積碼加以來(lái)用，而使得誤碼率大為改善，同時(shí)采
用跳頻技術(shù)，也是解決衰落和避免干擾的技術(shù)措施之一。
    在抗衰落分集領(lǐng)域，有人試驗(yàn)了極化分集的效果，可以改善1個(gè)多分貝的信嗓比。這是由于
盡管當(dāng)前的移動(dòng)通信系統(tǒng)都千篇—律地采用垂直極化波進(jìn)行傳輸，但在深陰影區(qū)傳輸和反射條
件下傳輸總出現(xiàn)水平極化波分量，因此把這兩種極化波都同時(shí)接收下來(lái)，加以功率合成，自然
會(huì)使通信質(zhì)量得到一定改善。
    N－CDMA系統(tǒng)由于把RAKE技術(shù)用于接收多任傳來(lái)的同樣的信號(hào)，不過(guò)由于相互間由傳輸路徑
各異，有一定時(shí)運(yùn)差，因此經(jīng)過(guò)運(yùn)并加以分離后，有選擇地將其中少數(shù)幾徑來(lái)的信號(hào)（一般為
功率較強(qiáng)者）加以合成，從而改善接收效果，這是抗多徑衰落的一個(gè)比較好的技術(shù)措施。