早期的模擬蜂窩系統(tǒng)容量小，不能提供非話業(yè)務(wù)，語音傳輸質(zhì)量不高，保密性差，難以和ISDN相連接，而且設(shè)備不能實現(xiàn)小型化，制式不統(tǒng)一，因此已逐漸被數(shù)字系統(tǒng)所取代。 1982年以來，人們著手制定數(shù)字蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)實用系統(tǒng)。
基本簡介
下面介紹GSM900/DCSl800、D-AMPS、PDC以及CDMA等數(shù)字移動通信系統(tǒng)的主要性能，見表1。
表1 幾種數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的比較
系統(tǒng)簡介
GSM系統(tǒng)
GSM是一種多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，能提供比固定網(wǎng)用戶更多的服務(wù)，包括語音、電文、圖像、傳真、計算機(jī)文件等。另外，GSM還提供一組非傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，即短消息業(yè)務(wù)，它與尋呼業(yè)務(wù)很相似，但摒棄了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常要求很大的終端(與手機(jī)相比)，使數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)真正適用于移動環(huán)境。
目前，GSM已開通了傳真和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)、呼叫轉(zhuǎn)移、來電顯示、呼叫等待、呼叫限制、多方通話、短消息服務(wù)、語音信箱、計費通知、區(qū)域選擇、閉合用戶群、被叫號碼顯示等12項業(yè)務(wù)。
GSM移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù)性能如下。
① 小區(qū)結(jié)構(gòu)和頻率再用：農(nóng)村地區(qū)可采用宏小區(qū)，小區(qū)半徑可達(dá)35km；城市地區(qū)的小區(qū)半徑一般為10～20km；在市中心等業(yè)務(wù)量密集地區(qū)可采用微小區(qū)，直徑1km左右。地域覆蓋模式為9小區(qū)的區(qū)群，同頻保護(hù)比為 C/ I=9dB。
② 時隙和TDMA幀：時隙構(gòu)成基本物理信道，時隙周期為577μs。8個時隙構(gòu)成一個TDMA幀。在物理信道上安排邏輯信道，包括業(yè)務(wù)信道和控制信道。
③ 業(yè)務(wù)信道：進(jìn)行語音傳輸與數(shù)據(jù)傳輸。對用于全速率信道的語音編碼器的基本速率為13.0kbit/s，加糾錯保護(hù)后總速率為22.8kbit/s；對于數(shù)據(jù)，可提供2.4kbit/s、4.8kbit/s和9.6kbit/s的透明數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還可提供基本速率為12.0kbit/s的非透明數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
④ 控制信道：有廣播、公用和專用三種。其中，廣播信道分頻率校正、同步和廣播控制三種；公共控制信道包括尋呼、隨機(jī)接入和準(zhǔn)予接入等；專用控制信道分獨立專用和輔助控制信道，后者與業(yè)務(wù)信道一起使用，又分為慢速和快速兩種。
⑤ 小區(qū)選擇：由MS進(jìn)行，實現(xiàn)小區(qū)選擇的條件是以路徑損耗測量結(jié)果為依據(jù)。如果滿足不了指標(biāo)要求或者不能對BS發(fā)射的尋呼塊進(jìn)行譯碼或者不能接入上行線路，則MS就開始重新選擇小區(qū)。
⑥ 漫游和位置更新：MS可以在各個MSC之間以及各國之間進(jìn)行漫游。當(dāng)MS進(jìn)入一個新的位置區(qū)時，即啟動位置更新程序。
⑦ 接口和通信協(xié)議：主要接口有MS和BS之間的無線接口(U)、BS與MSC之間的A接口、網(wǎng)絡(luò)各功能單元之間的接口以及與固定網(wǎng)絡(luò)的接口。通信協(xié)議按照OSI分層模型來構(gòu)成。
⑧ 網(wǎng)絡(luò)功能：GSM系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)功能分為四類：第一，支持基本業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)功能，包括呼叫處理、用戶識別認(rèn)證、緊急呼叫、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、信令信息單元保密；第二，支持蜂窩操作的網(wǎng)絡(luò)功能，包括位置登記、切換、呼叫重建；第三，支持呼叫處理的附加網(wǎng)絡(luò)功能，包括排隊、非占空呼叫建立、業(yè)務(wù)安全等；第四，與網(wǎng)絡(luò)管理有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能，包括用戶管理、終端設(shè)備管理、計費、業(yè)務(wù)統(tǒng)計等。
D-AMPS系統(tǒng)
D-AMPS采用IS-54標(biāo)準(zhǔn)，它的射頻載波信道間隔與AMPS一致，該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的BS和MS的數(shù)字/模擬雙模方式，使網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者可逐步擴(kuò)大數(shù)字業(yè)務(wù)，從而實現(xiàn)從模擬方式到數(shù)字方式的平滑過渡。其主要技術(shù)指標(biāo)如下。
① 接入方式：TDMA，3時隙/載波(全速)
6時隙/載波(半速)
② 業(yè)務(wù)信道：語音業(yè)務(wù)信道支持全速率和半速率數(shù)字語音信息傳輸；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道支持2.4kbit/s、4.8kbit/s和9.6kbit/s速率的用戶數(shù)據(jù)傳輸。
③ 控制信道：分公共控制信道和監(jiān)控信道。公共控制信道可由數(shù)字和模擬MS共享。數(shù)字方式的MS附加控制信息由數(shù)字業(yè)務(wù)信道來傳輸，以保證兩種蜂窩系統(tǒng)提供更高的容量。監(jiān)控信道由每個用戶專用一條，并分為快速輔助控制信道和慢速輔助控制信道。
④ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：通信協(xié)議采用OSI分層協(xié)議模型，系統(tǒng)功能塊之間的接口規(guī)范采用ITU-T Q.1000標(biāo)準(zhǔn)。
⑤ 漫游：可實現(xiàn)系統(tǒng)間自動漫游，并有漫游證實、特殊功能處理和呼叫傳送等功能。
PDC系統(tǒng)
PDC系統(tǒng)使用800/900MHz和1.5GHz兩種頻段，在800MHz頻段上的射頻標(biāo)準(zhǔn)與模擬系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)相一致。主要性能如下。
① 業(yè)務(wù)信道：對于語音，支持全速率和半速率的語音編碼器，全速率語音編碼的凈速率規(guī)定為6.5～9.6kbit/s，加上前向糾錯編碼后速率為9.6～12kbit/s；對于數(shù)據(jù)，支持1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s速率的業(yè)務(wù)，也將支持更高速率的業(yè)務(wù)；對于ISDN，支持速率為8kbit/s的ISDN數(shù)據(jù)傳輸。
② 控制信道：第一類廣播控制信道(BCCH)，用于廣播控制信息；第二類公共控制信道(CCCH)，用于各種控制信令的傳輸，如尋呼等；第三類相關(guān)控制信道(ACCH)，分為慢速和快速相關(guān)控制信道。
③ 漫游：MS對接收信號電平和編碼進(jìn)行判決，必要時啟動位置更新程序。可在移動交換中心之間以及不同移動網(wǎng)系統(tǒng)之間實現(xiàn)漫游。
④ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用OSI分層協(xié)議模型；系統(tǒng)功能塊之間的接口采用ITU-T Q.1000標(biāo)準(zhǔn)。
這三種系統(tǒng)的開發(fā)時間和開發(fā)目標(biāo)各不相同，因而在技術(shù)性能上有許多差異。
蜂窩系統(tǒng)
概述
該系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊。系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來對接收的信號進(jìn)行相關(guān)檢測。其他使用不同碼型的信號因為和接收機(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。
CDMA系統(tǒng)的特點
① 許多用戶共享同一對頻率。
② 通信容量大。CDMA是干擾限制性系統(tǒng)，任何干擾的減少都直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)容量的提高。因此，一些能降低干擾功率的技術(shù)，如語音激活(Voice Activity)技術(shù)等，可以自然地用于提高系統(tǒng)容量。
③ 容量的軟特性。TDMA系統(tǒng)中同時可接入的用戶數(shù)是固定的，無法再多接入任何一個用戶，而DS-CDMA系統(tǒng)中，多增加一個用戶只會使通信質(zhì)量略有下降，不會出現(xiàn)硬阻塞現(xiàn)象。
④ 由于信號被擴(kuò)展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落。如果頻譜帶寬比信道的相關(guān)帶寬大，那么固有的頻率分集將減少小尺度衰落的作用。
⑤ 信道數(shù)據(jù)速率很高。因此碼片(chip)時長很短，通常比信道的時延擴(kuò)展小得多。因為PN序列有低的自相關(guān)性，所以，大于一個碼片寬度的時延擴(kuò)展部分，可受到接收機(jī)的自然抑制，另一方面，如采用分集接收最大合并比技術(shù)，可獲得最佳的抗多徑衰落效果。而在TDMA系統(tǒng)中，為克服多徑造成的碼間干擾，需要用復(fù)雜的自適應(yīng)均衡，均衡器的使用增加了接收機(jī)的復(fù)雜度，同時影響到越區(qū)切換的平滑性。
⑥ 平滑的軟切換和有效的宏分集。DS-CDMA系統(tǒng)中所有小區(qū)使用相同的頻率，這不僅簡化了頻率規(guī)劃，也使越區(qū)切換得以完成。每當(dāng)MS處于小區(qū)邊緣時，同時有兩個或兩個以上的BS向該MS發(fā)送相同的信號，MS的分集接收機(jī)能同時接收合并這些信號，此時MS處于宏分集狀態(tài)。當(dāng)某一BS的信號強(qiáng)于當(dāng)前BS信號且穩(wěn)定后，MS才切換到該BS的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換。
⑦ 低信號功率譜密度。在DS-CDMA系統(tǒng)中，信號功率被擴(kuò)展到比自身頻帶寬度寬百倍以上的頻帶范圍內(nèi)，因而其功率譜密度大大降低。由此可得到兩方面的好處：其一，具有較強(qiáng)的抗窄帶干擾能力；其二，對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，有可能與其他系統(tǒng)共用頻段，使有限的頻譜資源得到更充分的使用。
參考資料 >