摘要　　該文簡要介紹移動通信的業務發展，討論移動通信的無線頻率資源配置問題，分析了未來移動通信系統如何合理利用頻率資源，并提出進一步利用頻率資源的研究建議。 　　

關鍵詞　移動通信　無線頻率資源　頻譜利用率　IMT-2000 TD-SCDMA

　　1　引言

　　目前，世界移動通信與互聯網技術的迅速融合，顯示出了強勁的發展勢頭，這種增長趨勢正從根本上改變著全球通信業的面貌；互聯網的盛行進一步促進了移動互聯網的發展，以及無線用戶對高速數據傳輸的要求，人們期待著無線高速多媒體時代的到來，為滿足人們對無線個人通信與日俱增的要求，我們在展望無線移動網發展的巨大潛力的同時，也應該意識到高用戶量，高數據傳輸量和多種業務并存給未來無線網絡帶來的潛在挑戰，解決這一問題，不僅僅只靠通信設備的更新，更需要合理使用現在的無線資源。以便提高網絡的容量。

　　當前，移動通信中提高網絡容量的方式可分為兩種。一種是傳統的無線鏈路本身性提高，即由點到點調制和解調，編碼和解碼等各個方面提高單一鏈路的數據傳輸量，以滿足高用戶量要求，但該方式對收發信機的要求較高，造成了設備的復雜性可見一斑。另一種是把蜂窩網看作一個整體，合理使用現在的無線資源，用較簡單的收發信機，而以優化分配有限的無線資源來提高網絡的整體容量。 　

　　對于蜂窩網絡合理使用無線資源的問題：是指進入網絡的移動用戶蜂窩網需要分配適當的基站、信道、發信功率，以使其具有固定硬件無線網絡獲得更高容量的同時，滿足用戶的質量要求（QoS）。對無線網絡這樣的一個動態網絡，應該采用實時型的無線資源配置實現資源最佳的分配（Optimization）。

　　2 無線資源配置

　　2.1　無線資源分配問題

　　資源分配問題將涉及移動用戶與基站之間建立無線鏈路，包括基站選擇，信道分配、切換、上行和下行發信功率控制、而這要按照資源分配原則，根據目前的無線移動網理論分析表明，充分利用網絡內部有效資源的關鍵問題是在保證網絡服務質量的前提下，提高頻譜利用率。當然提高頻譜利用率有多種方法，除無線鏈路本身性能提高外，還要優化網絡管理，而主要是基于網內話務量分布不均勻，且信道的狀態因無線電磁波信號衰落及干擾而起伏變化的情況下，尋求靈活地分配和及時調整可用的無線資源。這需要對整個無線網絡進行優化組合、合理配置。而最有效的方法，莫過于采用信道合理分配，適時的切換以及靈活的功率控制。 　

　　2.2.1　信道的配置

　　一個蜂窩網的信道配置是在一給定時間定義蜂房內可用的信道表。它包括一組支持空閑模式下移動臺和啟動移動臺接入的公用信道（一個BCCH，一個PAGCH和一個RACH）和一組攜帶信令和用戶數據的業務信道（各種速率的TACH，包括規范中的TCH/F，TCH/H和SDCCH），它可以定時改變，而這些改變可能對業務管理有不同程度的影響。

　　2.2.2　信道的分配方式

　　現代蜂網中，隨著用戶量的增加信道分配對網絡容量直接起著至關重要的作用。目前蜂網中信道分配方式歸結起來有以下三種方式：固定信道分配（FCA:fined channel callocation）和隨機信道分配（RCA:random channel allocation）。

　?。?）固定信道分配(fca:fined channel allo-cation)

　　最傳統的一種信道分配方式，普遍應用于第一和第二代移動通信系統中。它根據網絡設計的要求，考慮在最差的情況下所需要的頻率復用距離來制定頻率規劃。復用距離的縮短，可提高頻譜利用率，而最差情況下的考慮，又限制了復用距離的縮短。因此FCA不能滿足高頻譜利用率的要求。

　?。?）隨機信道分配（RCA:random channel allocation）

　　在用戶通話過程中隨機地更換信道。若有一個信道質量不好那么就有一個用戶得不到好信道，隨機信道分配的結果是同一小區內的每一用戶得到同樣的信道質量，即占有好壞信道機會均等。這樣在無法獲得信道質量信息時，RCA不失為一種好方法。但不足之處是小區邊界同頻干擾，有時較嚴重（取決于隨機概率），實際上沒有一個用戶可以得到真正好的信道，在第二代GSM9000系統中采用慢速跳頻序列，隨機地改變一個信道占有頻道頻率的技術?？筛纳普`碼性能并收到頻率分集的效果，分離了來自其他小區的同頻干擾。這種技術可理解為隨機信道分配的例子。

　　（3）動態信道分配（DCA:dynamic channel allocation）

　　考慮到系統中受到種種干擾，系統根據實時測試（干擾電平）或估測到的信道質量（信噪比）以便分配一條具有最小上行鏈路干擾電平的空閑信道或決定信道切換。這就是動態信道分配方式。在任何一個小區內可根據以上情況使用任何信道。顯然DCA比RCA、FCA兩種方式系統需要更多的信息來選擇信道，這將增加了控制信道的信息量，但它可以使用高智能的算法得到另兩種方式所達不到的網絡容量。理論上可以給出網絡達到的最佳容量，大大節省了頻率資源。

　　在一個RR對話期間越區切換是蜂網的一個非常重要的功能，切換保證了網絡的QoS。當移動臺從一個基站覆蓋區移動到另一個在站服務區，通過越區切換，可保持基站和移動臺的通信。目前在CDMA技術中采用的切換方式有三種。

　　2.3.1　軟切換

　　系統支撐的軟切換是通過兩個或更多個基站為移動臺發射反向業務而實現的。特點是先連后切，即移動臺先建立與新基站的通信，然后再切斷與原基站的通信。移動臺對不同的參與基站進行導標信號場強測試，選擇兩個或更多個信號合成。軟切換改善了越區切換范圍附近的覆蓋，在軟切換過程中與移動臺的通信鏈路在所有時間都是保持的（連續），使用戶幾乎察覺不到切換。軟切換，以及利用IMR（Inter,MSC Router）的MSC間的切換。不足之處是軟切換僅適用于同樣頻率配置的CDMA信道。

　　2.3.2　硬切換 　

　　對于變更1.25MHz　RF（射頻）信道和那些不可能實現軟切換的情況，可由硬件換作支撐。先切后連。而移動臺先切斷與原基站的通信，然后再與新基站的通信，所以在硬切換過程中不能保持無線鏈路的連續性。（與移動臺的通信鏈路會出現短暫中斷）硬切換包括：不同載頻間的頻率切換CDMA數字系統與模擬系統間的切換以及不同幀偏置（Frana.offset）間的切換。具備軟切換的特點，專指一個蜂窩網中同一基站不同扇區之間的切換。

　　2.4　功率控制方式

　　功率控制是指在一定范圍內，用無線方式改變移動臺或基站（或兩者）傳輸功率的可能性，它與不連續傳輸的目標相同，都是為了提高頻譜利用率，并延長移動臺的電池壽命，在采用擴頻技術的系統中，功率控制尤其重要，當接收端的接收質量很好時，適當降低發送方的傳輸功率，能減少對周圍地區其它呼叫的干擾，從而減少復用距離的最有效方法，提高頻譜利用率。功率控制可分為集中式和分布式兩種。 　

　　3 未來移動通信（3G系統）無線資源的使用

　　3.1　IMT-2000研發情況

　　1999年11月國際電聯ITU-RTG8/1最后一次會MT-2000無線接口“技術規范”建議。2000年5月，國際電聯批準了IMT-2000無線接口5種技術規范，而以其中3種CDMA技術為主流。即頻分雙工方式；MC-CDMA(cdma2000)和DS-CDMA(WCDMA)；時分雙工方式：CDMA TDD(TD-SCDMA和UTRA TDD)。通過對三種主流方案的比較，我國和其他一些歐洲國家提出TD-SCDMA技術被國際電聯所接納，并已寫入第三代無線接口規范建議的IMT-2000　CDMA TDD部分中，這標志著我國提出的移動通信技術建議第一次成為國際電聯標準。我們失去了第一代，錯過了第二代，終于擁有了第三代。

　　3.2.1　技術特點

　　（1）頻率規劃

　　ITU目前對第三代移動通信系統的頻率規劃為：1900MHz-2025MHz,2110MHZ-2170MHZ（下行）及2110MHZ-2170MHZ(TDD方式)3段。衛星移動道信（MSS）業務段為1980MHZ-2010MHZ和2170MHZ-2200MHZ總的址來工作頻率的提高使頻譜資源更豐富，提高了網絡的容量。

　?。?）采用雙工模式

　　TDD:刊登于高密度用戶地區，城市及近郊區的局部覆蓋。無線傳輸技術不需要成對頻率，具有頻譜安排靈活性，適合對稱和不對稱即語音和第三代移動通信要求的移動數據（或ip）業務。即提高了頻譜利用率?！?/P>

　　FDD：適合于大區域的全國系統，適合于對稱業務如話音、交互式實時數據業務等。

　　TD-SCDMA采用TDD模式。

　　WCDMA.cdma 2000采用TDD.FDD相結合雙工模式。

　　（3）提高利用率技術

　　TD-SCDMA采用了控分多址（SDMA），碼分多址（CDMA），頻分多址（FDMA），時分多址（TDMA）相結合的多址技術，采用智能天線，聯合檢測，上行同步技術，消除扇區間（INTERCELL）和扇區內（INTRACELL）的同信道干擾（CCI），多址干擾（MAI）和碼間干擾（ISI）?？s短頻率復用距離，提高了頻譜利用率，降低設備成本。WCDMA、cdma2000采用碼分多址，頻分多址相結合的多址技術，采用智能天線導頻符號輔助相干檢測的多用戶檢測，上下行同步技術，消除各種干擾，提高頻譜利用率。

　　3.2.2　采用的信道分配、切換和功率控制

　　.信道分配

　　3G系統采用的CDMA技術中，用戶間信息的交換都是占有共同信道，因此不會采用FCA，而是將DCA和RCA結合使用。由于全IP移動骨干網絡能更有效地傳輸非連續話務（包交換）。而包交換的特性使無線頻譜利用率的提高更容易實現。則信道的分配有更多的自由空間。雖然3G系統主要選擇DCA的分配方式，但因每個數據包的長度有限，所以無線資源管理沒有足夠的時間傳送信道質量信息，給動態分配造成困難。此時采用RCA分配方式就變得尤其重要。TD-SCDMA中采用的DCA分配方式，可在空域、頻域、時域和碼域進行信道動態分配。根據實時測試的信道質量選擇空閑信道，這就保證了有效利用信道，提高網絡的系統容量，同時也保證了通信質量，但TD-SCDMA對設備的要求較高。

　　在3G系統中軟切換是CDMA技術普遍采用的切換技術，對提高網絡容量，保證通信質量起著關鍵作用?！?/P>

　　WCDMA：扇區間采用軟切換，小區間采用軟切換，載頻間采用硬件切換WCDMA的基站不需要同步。因此不需外部同步資源，如：GPS。在設計軟切換算法和執行定位業務時，必須考慮基站的異步性。在進入軟切換前，移動站測量兩個基站的下行SCH的定時差別。移動站將定時差別報告給服務基站。根據一個符號的解析度來調整新的下行軟件切換連接的時間這樣能夠使移動站的RAKE接收機從兩個基站接收某宏分集的能量。

　　cdma2000：扇區間采用軟切換，小區間也采用軟切換，載頻間采用硬切換，基本信道的軟切換類似于IS-95的軟切換與WCDMA相近。對輔助信道活動組可以是基本信道的活動組的子集。當不需要分集補償衰落時，更傾向于從很少幾個基站傳輸，從而增加了整個下行鏈路的容量。在不變化的條件下，使用優化的方式，只從一個基站傳輸此基站將發射最小的下行傳輸功率，對于分組業務，如果輔助信道不在軟切換狀態，可以簡化控制過程。

　　TD-SCDMA：采用按力切換技術，它不同于傳統的軟切換和硬切換它可以工作在同頻和異頻狀態，利用已知的移動臺用戶位置（采用用戶定位業務）。結合切換算法和上行同步技術準確地將需切換的移動臺切換到新的基站，大大提高了系統質量。 　

　　3G系統中軟切換最具有CDMA的特點：CDMA的信號結構也非常適合軟切換的執行。TD-SCDMA的接力切換是第三代中新的切換技術。三種主流方案的切換技術都比第二代系統有明顯的改善，提高了系統容量，保證了信道質量。

　　.功率控制

　　3G系統中分布式功率控制應用很廣泛，恒定接收功率控制應用于CDMA系統中，而TD-SCDMA系統則在繼承第二代GSM功率控制技術的基礎上，主要是智能天線的恒定接受功率控制方式。功率控制技術包括前向和反向信道功率控制，重要的是反向信道功率控制。二者都是采用快速功率控制技術。而TD-SCDMA系統開環+慢速閉環功率控制速度反為（0-20）bite/s?？梢奣D-SCDMA系統中由于采用TDMA和CDMA的結合，所以功率控制速度較慢。顯然TD-SCDMA系統中，要能以最快的速度達到最好的同信道干擾控制，克服功率控制速度與性能之間無法同時兼顧的矛盾將是TD-SCDMA今后發展的主要目標。

　　縱觀3G系統，所采用的傳輸技術都比第二代GSM900移動通信系統在利用無線資源上比較合理。信道的分配，越區切換和功率控制的應用，大大提高了頻譜利用率，同時保證了道信質量。但是在非連續性話務的交換中，每個數據包發出的時間和長度無法預測，因信道質量預測無法幫助提高信息傳輸量，再作信道分配，功率控制和越區切換時系統性能會大受影響。目前國際上，在這一領域已有大量的研究開發工作正在進行。未來無線多媒體系統中，不同類型的用戶提出不同的服務質量要求，尤其在下行鏈路方向上，如能采用多種話務動態信道分配和下行復用技術，系統容量將會顯著提高。目前普遍看好的方向是動態信道分配和功率控制的混合使用

　　4 結束語

　　總之，利用有限的無線資源與合理的設備配置提供最佳的系統容量或數據吞吐量，使用戶滿意將是以后研究的永恒話題。