移動通信概要

2019-11-03 09:50:11

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移動通信概要（李承恕）摘要：移動通信網在世紀之交正以前所未有的高速度發展。本文扼要探討其現狀與展望，簡要介紹蜂窩移動通信網、衛星移動通信網和移動數據通信網的技術應用及其演進情況。關鍵詞；移動通信 GSM CDMA衛星通信 CDPD GPRS 一、引言當前全球移動通信正以前所未有的高速度發展，有關統計資料表明，1998年全球移動電話的用戶總數將近3億，預計到2000年可達5億。我國移動電話用戶1998年達2300萬戶，預計到2000年將達到4000萬戶。由此可見，無論國內外，移動通信都是一個十分巨大的市場，它也是世界各國的重要支柱產業。目前的移動通信產品是以第二代數字移動通信為其主體，它包括歐洲采用時分多址（TDMA）技術的全球移動通信系統（GSM），和北美采用碼分多址（CDMA）技術的IS一95標準。本文簡要介紹蜂窩移動通信網、衛星移動通信網和移動數據通信網在技術上和應用方面的演進情況。二、蜂窩移動通信網 1．GSM系統的演進（1）采用智能網（IN）技術創造和開發新的服務功能，以滿足用戶新的需求，提高使用率。例如移動性和PABX的集成以滿足企業辦公室聯網和辦公室之間的虛擬專用網。同時增加容量和覆蓋，以實現全面移動性。（2）增強無線數據服務。短消息服務（SMS）和因特網的無線移動接入的需求增長，原來單一的話音服務已經不能滿足用戶的要求。采用智能消息處理和無線接入協議（WAP）可與各種傳送方式和設備兼容。 GSM的數據帶寬原來限于9.6kbit/s。采用高速電路交換數據（HSCSD）技術實現57kbit／s的數據速率，而采用通用分組無線服務（GPRS）將實現超過 100 kbit/s的數據速率。GSM增強數據速率改進（EDGE）技術，更能實現在現有GSM網上的384 kbit/s的速率提供無線多媒體服務。采用這些技術后可應用于會議電視、電子郵件、遠程接入局域網和無線圖象、信用卡認證、遠程測量等。對運營商可創造20％～30％的收入。（3）增加網絡容量。GSM網絡目前能提供每平方公里200～300愛爾蘭的容量。為了支持本來業務量的增加，要求網絡增加10倍的容量，達到每平方公里幾千個愛爾蘭。采用的技術有分層網絡結構、智能跳頻（IFH）技術、微蜂窩、雙頻運營（GSM900，GSM1800）等。 2，IS-95系統的演進 IS－95系統主要的演進在提供無線數據服務方面?，F在的IS－95支持的電路模式和分組模式的數據服務限于9.6～14.4 kbit/s的數據率。 IS－95－A標準在提高數據率的演進分兩步走。第一步為演進到IS－95B，支持數據速率達64 kbit/s；第二步則演進到第三代的cdma－2000，可支持2Mbit／s的數據率二有關內容在下面討論移動數據通信時再作說明。 3·第三代蜂窩移動通信網（1）第三代移動通信無線傳輸技術（RTT）標準的建議按照ITU關于發展第三代移動通信的日程表，1998年6月各國提交的陸地移動通信的建議共10個，衛星移動通信建議有5個。1998年9月對這些標準進行了評估，未能進行篩選。目前各國之間正進行調協和融合。但由于各國之間利益上的矛盾，要達到全球統一的標準還相當困難。建議的標準中具有代表性的有北美的寬帶。cdmaOne（現稱cdma·2000）、日本寬帶CDMA（W－CDMA）和歐洲提出的TD－CDMA，現簡介如下： ①北美的cdma2000 北美4家大公司Lucent、Motorola、Nortel、Qualcomm提出了cdmaOne2000的建議。它受到HNS、Nokia、Samsunng、HiTachi等公司的支持。建議采用多載波／DS－CDMA，射頻信道帶寬為1.25／5／10／20MHZ，PN碼片速率為1.2288／3.6864／7.3728／14.7456 Mbit/s。用戶比特率為9.6 kbit／s～2Mbit／s。幀僅為20ms。擴頻調制為QPSK，解調為連續導頒符號輔助的相干檢波。功率控制采用開環及快速閉環控制，上下鏈路均如此。在基站分集采用RAKE接收及天線分集。擴頻碼為I／Q短PN碼及長PN碼。正交碼為Walsh碼。信道編碼為卷積碼（K=9，R=1／4，1／3），對高速數據也考慮用Turbo碼，語聲編碼采用EVRC。多載波的目的在于將5MHZ分為三個1.25MHZ帶寬的信道，以便與IS一95后向兼容，可以共存或重疊?；就絼t基于GPS。 ②日本的W－CDMA NTTDoCoMo提出的建議為相干多碼率寬帶CDMA（W－CDMA）。多頻帶DS－CDMA采用1.25／5／10／20MHZ帶度。小區之間為異步運行。擴頻碼片速率為1.024／4.096／8.0192／16.384 Mbit／S，多碼率業務高達2Mbit/s。擴頻碼信道化為長瑪×短碼。短碼采用樹形結構正交多碼率碼，長碼采用偽隨機碼。調制為基于導頻碼的相干QPSK，信道編碼為卷積碼（R=1／3，K=7）及RS組連碼（R=9／10）。分集采用RAKE接收加天線分集。功率控制采用基于SIR的快速控制。交織幀長為10 ms。此建議受到日本富士、松下及NEC等公司的支持。現在歐洲愛立信等公司已與NTTDoCoMo公司合作，共同提出RTT采用M－CDMA，而核心網絡則沿用GSM的網絡平臺：其目的在于能從GSM演進到3GM。 ③歐洲的TD－CDMA 歐洲西門子和阿爾卡特等公司提出了一種時分一CDMA（TD－CDMA）。該方案將FD－MA／TDMA／CMDA組合在一起。其特點是信道間隔擴展為1.6MHZ，但它的幀結構和時隙結構與GSM相同。擴展因子為16，可支持每時隙8個用戶。同時采用跳頻和跳時。支持的用戶比特率為8～2048 kbit/s。在最高比移車時用了全部8個時隙，而每個時隙可用8個用戶地址碼。移動臺將采用雙模手機，以便在網絡、信令層與GSM兼容。由于每時隙僅8個用戶（碼分），故可采用聯合檢測（Joint Detection），從而不需快速功率控制和減少碼間干擾。另外還可采用時分雙工（TDD），為無繩電話應用時減少終端造價。此方案便于由GSM平滑過渡，它還受到Bosch、Itatel、MOtorola、Nortel、Sony等公司的支持，將被作為UMTS和IMT－2000標準建議的候選方案提出：（2）發展我國第三代移動通信技術方案的基本思路 ·為建立我國移動通信產業打下基礎。第二代移動通信的研究開發、商用推廣的過程證明，只有走超前和創新的道路才可能建立起本國自己的移動通信產業。因此，我們要抓住機遇，知難而進，研究和確定我國關于第三代移動通信技術方案，為建立我國移動通信產業打下基礎。 ·盡可能依照國際標準建議。隨著ITU規定的確定建議日期日益臨近，各國以大公司為代表紛紛提出自己關于無線傳輸技術（RTT）建議的方案。我們要利用自己的技術優勢，加入有自己知識產權的補充和修正方案。但最終的實現方案要盡可能依照國際標準建議，才能保證系統與其它系統的互連、互通，自己產業的產品才最終能夠打出國門，與國際市場上同類產品進行競爭。 ·具有創新性和知識產權。第三代移動通信系統的開發，在符合國際標準建議的前提下，提出具有創新性和知識產權的解決方案，這是實現產品的國產化、建立本國移動通信產業的關鍵之處。 ·具有通用性，與其它系統工連互通。各國為第三代移動通信提出了各種不同的實現方案，根據目前的情況，很可能會出現幾種不同的標準。我們研制系統，必須考慮與其它系統的互連；在設計上也要考慮與第二代移動通信系統的后向兼容性。 ·具有可實現性。所提出的解決方案必須在技術上是可以實現的，并要考慮經濟上的可行性。三、衛星移動通信網 1、個人衛星移動通信發展現狀個人衛星移動通信近年來已逐漸成為移動通信產業發展的熱點。當前正在開發的衛星移動通信系統中以中低軌道的系統為主。主要有“銥”系統（66顆主用，6顆備用，軌道高度780公里）；“全球星”系統（48顆主用，8顆備用，軌道高度1414公里）以及國際海事衛星組織的“ICO”系統（10顆主用，2顆備用，軌道高度10354公里）。我國正在參與開發的地區高軌（軌道高度35786公里）衛星移動通信系統有亞太衛星移動通信（APMT）系統和鑫諾衛星移動通信（SINDSAT）系統。此外，尚有極低軌道的Teledesic系統（288顆衛星，軌道高度565公里）?，F將有關發展近況簡介如下：（1）“銥”系統 Motorola公司在1987年提出“銥”系統的構想，1992年成立“銥”公司。目前已集資44億美元。去年已有68顆衛星升空，經測試運轉正常。預計“銥”系統將在今年9月23日開通。銥星每里面重689公斤，預計工作壽命為5～8年?，F已在全球建立11個關口站，用戶可通過關口站與公眾通信網用戶通信。手機采用“雙?！笔?，可選擇使用通過地面蜂窩系統或衛星系統通信。預計第一代用戶為300～400萬，第二代，即2004年全球用戶預計可達2000萬。我國長城工業公司參與投資和用長征二號丙火箭發射“銥”星。（2）“全球星”系統由美國Loral／Qualcomm公司開發的“全球星”系統包括48顆衛星和8顆備用星。計劃于1998年底以前發射44顆衛星，剩下的12顆衛星將于1999年初發射。第一批4顆星全部測試結果良好?，F有8顆星分別在兩個相鄰軌道面上運行。最近已定購了30萬部用戶終端，并正在世界各地建設20多個關口站。計劃在1999年初提供服務。全球星合股公司包括Loral、Qualcomm、AirTouch、ALCATEL、法國電信、韓國現代和Vodafone等服務提供者和設備制造商。中國電信（香港）已投資全球星。，全球星系統總投資26億美元，已與85％以上覆蓋業務范圍內的106個國家簽署了業務協議。該系統采用CDMA技術，可為用戶提供手持機、車載式和固定式終端發送和接收電話，同時也可提供數據、尋呼、傳真和定位功能。（3）“ICO”系統 1993年INMARSAT推出了21世紀衛星移動通信系統（INMARSAT－P），也就是現在的“ICO”衛星移動通信系統。1995年1月成立了ICO全球通信公司，現已有44個國家的47家公司參加組成。TRW的Odyssey系統也加盟ICO，加強了ICO的實力。我國交通部對該系統進行了投資，井是該系統最大股東之一。ICO已同美國休斯公司簽訂了全部12顆衛星的發射合同，按計劃第一顆衛星將于1998年底發射。12個接續樞紐站（SAN）已有6個在建設中。（4）APMT系統中國亞太移動通信衛星公司（中國APMT）與新加坡發起，日本、泰國、馬來西亞、印度尼西亞等國聯手運作開發的APMT衛星移運通信系統已正式起動，并投資6.5億美元，覆蓋亞太地區22個國家近31億人口。APMT系統采用同步定點衛星和袖珍式衛星用手持機，一顆衛星的通信容量將超過16000條雙向話音信道，用戶數可達200萬。系統可提供雙向話音通信、單向或雙向數據通信、傳真、信道顯示、手持機應急位置報告、車船連續定位報告及其它通信增值業務。手持機為雙模式，可任選地面或空中通信。系統的控制中心和衛星運行中心將設在北京。APMT衛星將于2000年發射。（5）Teledesic系統 Tehidesic衛星移動通信系統是由美國MCCaw移運通信公司和微軟公司發起，后又加入波音公司共同研制的。該系統計劃在距地球565公里的軌道上部署288顆低軌道衛星，構成一個覆蓋全球的通信衛星網。每顆衛星覆蓋直徑為100公里的區域，提供超過500 Mbit/s的雙工通信能力；上行速率達 2 Mbit/s，下行速率達 64 Mbit/s；全網可同時為數百萬用戶提供服務，包括寬帶Internet接入、視頻會議、高質量語音和其他數據、圖象業務。Teledesic以地面固定終端為主要服務對象，也能為航海航空等移動終端提供服務。該系統與其他網絡的聯結通過地面網點實現。這一能提供寬帶服務、低誤碼率、低時延的衛星移動通信系統的設想是1990年提出的。1998年2月25日美國軌道公司用航天飛機和火箭已能將衛星送入軌道。如果順利的話，預計2002年Teldesk將正式投入商用。 2．未來寬帶衛星通信隨著第三代移動通信的發展、B－ISDN和多媒體通信的應用，以及全球信息高速公路的發展，寬帶衛星通信已引起人們極大的關注?，F在已提出Ka／K11頻帶LEO／MEO／GEO寬帶衛星通信系統的方案有20種，除了上述Teledesic系統外，具有代表性的還有Celestri系統、Skybridge系統、Cyberstar系統、SPaceway系統等。四、移動數據通信網 1．移動數據通信簡介移動數據通信就是用戶通過無線數據終端可在任意固定地點或在運動中與其它數據終端交換數據、傳遞文件、提取資料，以及訪問數據庫。隨著數字移動通信的發展和Internet網的應用高速增長，移動數據通信成為當前大家關注的另一熱點。移動數據通信大致可分為三種：第一種是利用現有的蜂窩移動通信網，使用專門的調制解調器傳送數據，利用電路交換技術，與公用電話網傳輸數據相似。第二種是利用信包交換技術，建立專門移動數據網。例如Motorola公司的Data Pac系統，愛立信公司的MobiteX系統和CDPD（蜂窩數字信包數據）等。第三種為利用無繩電話系統，如 DECT等來傳輸數據。下面先簡單介紹CDPD系統，然后探討第二代和第三代移動通信傳輸數據問題。 2.CDPD系統簡介 CDPD是在現有的AMPS移動電話網上提供分組數據服務，它與AMPS共用一頻帶。信道速率為19.2kbit/s實際速率為10～13kbit/s。CDPD將傳送的數據分成定長的數據段，在其上加收發端地址及控制信息，以組為單位。CDPD在AMPS的空閑話時信道上傳送。當話音用戶要求占用該信道時，CDPD將重新尋找新的空閑信道，并利用信道跳頻技術，自動跳到新的空閑信道傳送數據。CDPD系統主要由移動終端、固定終端、移動數據基站、管理服務器、信息服務器、網絡管理系統等組成。每個管理服務器可支持8個信包服務器，每個信包服務器可支持32個移動基站，一個基站擁有6個信道，每個信道約2000～3000個用戶。CDPD采用ip高層網間協議，各部分的通信靠TCP／IP來連接。外部主機與CDPD網之間可采用X.25協議或Internet直連。CDPD具有標準性好、開放性強、傳輸效率高，具有廣泛的應用前景。 3·GSM中增強勤據傳輸技術 GSM網目前的數據傳輸只有9.6 kbit/s。增強其傳輸數據能力的第一步為采用HSCSD（高速電路交換數據）技術和GRPS（通用無線分組服務）技術來提高用戶的比特率。HSCSD采用TDMA技術，把每一物理信道分成幾個時隙，并將每個時隙的傳輸速率提高到14.4 kbit／s，并可將 200 kHZ載波內的3個時隙合并在一起，形成一個高速數據傳輸信道。理論上一個信道的最大傳輸速率可達115.2kbit／s。GPRS是一項基于數據包的信包交換技術。它將每時隙的傳輸速率從9.6kbit／S提高到14.4kbit/s，然后將8個時隙合并在一起、最大可提供115.2 kbit/s的傳輸速率。采用 GPRS后，許多用戶可共享同一信道，它尤其適用于Internet／Intranet移動服務。GSM增強傳輸數據能力的第二步為采用EDGE（增強數據速率改進）技術，它可將GSM網絡的傳輸速率提高到 384 kbit/s，以處理多媒體業務。EDGE同樣采用TDMA技術，其幀結構與GSM相同。每一載波帶寬 200 kHZ。它通過提高每一GSM時隙的數據容量來實現增容，可從9.6kbit/s提高到48kbit/s，甚至70kbit/s。EDGE允許集中多達 8個時隙，從而使速率提高到284 kbit/s。 4. IS－95增強移動數據服務能力 IS－95增強移動數據服務能力分兩步走：第一步是演進到IS一95－B，第二步則由cdma2000提供達2 Mbit／s的高速數據服務。IS－95－B利用碼聚焦（aggregation）技術，在一個突發（burst）中將8個碼分配給一個高速分組數據移動臺，構成一基本碼信道。當更高數據速率需要時移動臺可再增7個補充的碼信道。這一新的可選服務可以是非對稱的。IS－95－B的高速數據服務由于可同時分配8個前向或反向碼信道給一個用戶，而一個碼信道可運行9.6kbit／s或144kbit/s，放它可支持9.6～76.8 kbit/s或14.4～115.2 kbit/s的數據速率。

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