【正文】 JTACS NTACS 915925/860870 898901/843846 25/ 25/ 400/800 120/240 280 日本 而我國(guó)當(dāng)年采用的是 TACS。第一代移動(dòng)通信技術(shù)存在著很多不足之處，比如容量小，制式太多并且互不兼容，保密性不夠好，通話質(zhì)量差，無法提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，無法漫游等。 第二代移動(dòng)通信技術(shù)（ 2G） 第二代的移動(dòng)通信技術(shù)比第一代在性能方面有很大的提 升，采用了數(shù)字時(shí)分多址（ TDMA）技術(shù)和碼分多址（ CDMA）技術(shù)。在全球主要有 GSM 和 CDMA 兩種體制。 1992 年，歐洲率先開始鋪設(shè)第一個(gè)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) GSM，由于其優(yōu)良的性能， GSM 迅速在全球范圍內(nèi)擴(kuò)張， GSM 用戶數(shù)量曾一度超過全球蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)用戶總數(shù)的 70%。隨后美國(guó)和日本等國(guó)的 2G 系統(tǒng)也相繼投入使用。 1993 年，美國(guó)高通公司推出了 CDMA 接入技術(shù)。第二代移動(dòng)通信替代第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)完成了從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，但是由于第二代數(shù)字移動(dòng)技術(shù)的帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，并不能實(shí)現(xiàn)高速率的移 動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。 表 12 第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本特征 系統(tǒng)名稱 GSM IS54 PDC IS95 引入年代 1990 1991 1993 1993 多址方式 TDMA TDMA TDMA CDMA (上行 /下行頻率 ) /MHz 890915 935960 824849 869894 810830 14291453 940960 14771501 824849 869894 調(diào)制方式 GMSK DQPSK DQPSK OQPSK/QPSK 載波帶寬 200kHz 30kHz 25kHz 1250kHz 信道速率 /(kbit/s) 42 編碼方式 /碼率 RELPLTP/13 VSELP/8 VSELP/ QCELP/8 3 代移動(dòng)通信技術(shù)（ ） 由于移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，在短時(shí)期內(nèi)又無法徹底替換第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，于是在第二代移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，出現(xiàn) 代移動(dòng)通信技術(shù)。它是2G 邁向 3G 的銜接性技術(shù)。 HSCSD， WAP， EDGE，藍(lán)牙， EPOC 等技術(shù)都是 技術(shù)。 GPRS 技術(shù)史中國(guó)移動(dòng)推出的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。這些技術(shù)都沒有 3G 快，但是能夠滿足低速率接入因特網(wǎng)的需求，從而在短時(shí)期內(nèi)解決了移動(dòng)用戶隨時(shí)上網(wǎng)的需求。 第三代移動(dòng)通信技術(shù)（ 3G） 與前兩 代移動(dòng)通信技術(shù)相比，第三代移動(dòng)通信技術(shù)有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為 384K，最高為 2M，帶寬可達(dá) 5MHz 以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用，如無線接入因特網(wǎng)。第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動(dòng)接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實(shí)現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多 媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟(jì)、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。但第三代移動(dòng)通信仍是基于地面、標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域性通信系統(tǒng)。雖然第三代移動(dòng)通信可以比現(xiàn)有傳輸率快上千倍，但是未來仍無法滿足多媒體的通信需求。 第四代移動(dòng)通信技術(shù)（ 4G） 第四代移動(dòng)通信的概念可稱為寬帶（ Broadband）接入和分布網(wǎng)絡(luò)，是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)是正交頻分復(fù)用（ OFDM）、智能天線、多入多出天線（ MIMO）、軟件無線電等技術(shù)。在業(yè)務(wù)上、功能上、頻帶上都與第三代系統(tǒng)不同，將在不同的固定和無線平臺(tái)及跨越不同頻 帶的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中提供無線服務(wù)，比第三代移動(dòng)通信更接近于個(gè)人通信。 以上小節(jié)僅對(duì)四代移動(dòng)技術(shù)分別做了概述，后續(xù)會(huì)對(duì)每一代技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 二 蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 “蜂窩”一詞指示了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。它是把一大片地理區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)小的單元，每一個(gè)單元叫做一個(gè)小區(qū)。每一個(gè)小區(qū)擁有一個(gè)基站，這個(gè)基站負(fù)責(zé)接受和傳輸在它覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)站點(diǎn)的信號(hào)。而基站覆蓋小區(qū)的面積考慮了很多因素，例如基站傳輸能力，移動(dòng)站點(diǎn)傳輸能力，小區(qū)中建筑的構(gòu)成，以及基站天線高度等。 多址接入技術(shù) 多址接入技術(shù)指發(fā)射站發(fā)射的 信號(hào)可以沒有任何干擾的道道接收站。通過發(fā)送用頻率、時(shí)間和碼字來區(qū)分的載波可以實(shí)現(xiàn)多址接入。 1. 頻分多址接入（ FDMA） 頻分多址是無線網(wǎng)絡(luò)中最基礎(chǔ)的一種多址接入技術(shù)。它是把發(fā)送和接受的信號(hào)的信道按照頻率劃分成多個(gè)區(qū)域。當(dāng)有多個(gè)移動(dòng)設(shè)備需要同時(shí)發(fā)送或者接受信4 號(hào)時(shí)，為每一個(gè)設(shè)備分配一個(gè)固定的信道來傳輸。這樣不會(huì)引起載波帶寬的重疊，頻分多址技術(shù)不需要協(xié)調(diào)和同步，但是在接入的設(shè)備增多的時(shí)候，信道的數(shù)量就會(huì)滿足不了需求。 2. 時(shí)分多址接入（ TDMA） 時(shí)分多址技術(shù)與頻分多址很相似，它是把發(fā)送的時(shí)間按照一定的時(shí)間間隔劃分成多 個(gè)區(qū)域，每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)固定的時(shí)間片，所有設(shè)備進(jìn)行輪轉(zhuǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。 3. 碼分多址接入（ CDMA） 通過擴(kuò)頻技術(shù)，碼分多址接入將調(diào)制和多址接入結(jié)合在一起，以此來獲得一定程度的信息效率和保護(hù)。最初 CDMA 是用于軍事應(yīng)用，通過不斷的發(fā)展和演變，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到實(shí)際生活中。 CDMA 在一個(gè)頻譜擁塞和干擾的環(huán)境下也能夠保證良好的帶寬的服務(wù)質(zhì)量。 CDMA 技術(shù)是在為每一個(gè)用戶分配一個(gè)或一些相互獨(dú)立的碼字，當(dāng)用戶想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端會(huì)把碼字和信號(hào)進(jìn)行混合編碼，當(dāng)接受到數(shù)據(jù)時(shí)，接收端會(huì)用碼字把信息提取出來。采用 CDMA 的主要優(yōu)勢(shì) 是不需要頻率復(fù)用規(guī)劃，信道數(shù)目相對(duì)較多，帶寬利用率高，信息保密性好。 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的組成 （ MS） 移動(dòng)站就是我們的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，比如我們?nèi)粘Ｉ钪忻刻焓褂玫氖謾C(jī)或者一些蜂窩工控設(shè)備。終端設(shè)備需要在一個(gè)小區(qū)內(nèi)能夠和基站相連，然后進(jìn)行接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。 （ BTS） 基站是無線網(wǎng)絡(luò)中重要組成部分。一方面，基站通過空中接口提供了與移動(dòng)設(shè)備的物理連接；另一方面，基站通過有線的鏈接擴(kuò)展到更加廣闊的區(qū)域中去。實(shí)現(xiàn)與更多的設(shè)備互聯(lián)。 （ MSC） 每一個(gè)基站與一個(gè)移動(dòng)交換中心相連接， 移動(dòng)交換中心負(fù)責(zé)多個(gè)小區(qū)之間的鏈接的協(xié)調(diào)，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備需要與超過一個(gè)小區(qū)以上的設(shè)備相連接的時(shí)候，移動(dòng)交換中心就負(fù)責(zé)在中間建立鏈接，不僅如此，它還可以把有線用戶和無線用戶相連。它在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中起到了關(guān)鍵的作用。 公 共 電 話 網(wǎng) 絡(luò) 和 因 特 網(wǎng)移 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 中 心移 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 中 心基 站用 戶 圖 21 蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 5 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的幾何表示 顧名思義，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的幾何表示為正六邊形，就想蜜蜂的巢穴一樣。在正多邊形中，能夠完整的無重疊的覆蓋所有面積的圖形有，三角形，正方形，和正六邊形，當(dāng)邊長(zhǎng)相等的時(shí)正六邊形的面積最大，因此采用正六邊 形來表示蜂窩網(wǎng)絡(luò)。 無線擴(kuò)展 我們今天使用的無線局域蜂窩網(wǎng)絡(luò)是基于 ，但是他們可以擴(kuò)展到任何射頻技術(shù)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能保留在了每一個(gè)接入點(diǎn)，所以不需要集中式交換機(jī)，而只需要智能計(jì)入點(diǎn)和 網(wǎng)絡(luò)處理器、交換能力和系統(tǒng)軟件。 網(wǎng)絡(luò)在蜂窩結(jié)構(gòu)中相互連接時(shí)，首先，節(jié)點(diǎn)的自我發(fā)現(xiàn)功能必須確定它們是作為無線設(shè)備的接入點(diǎn)來服務(wù)，還是作為來自另一節(jié)點(diǎn)的信息量的骨干網(wǎng)來服務(wù)，或者兩項(xiàng)功能都具備。 其次，單一的節(jié)點(diǎn)用發(fā)現(xiàn)查詢 /響應(yīng)協(xié)議來定位它們的鄰居。這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必須簡(jiǎn)潔，所以不能增加信 息流量的負(fù)擔(dān)，即它們不能超過可用帶寬的 1%到 2%。 一旦某節(jié)點(diǎn)識(shí)別出另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們會(huì)計(jì)算路徑信息，如接收信號(hào)的強(qiáng)度、吞吐量、錯(cuò)誤率和遺留的老系統(tǒng)等。這些信息必須在節(jié)點(diǎn)之間交換，但又不能占用太多的帶寬?；谶@些信息，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠選擇通向其鄰居的最佳路徑，從而使每一時(shí)刻的服務(wù)質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和路徑選擇的過程在后臺(tái)運(yùn)行，這樣每一個(gè)節(jié)點(diǎn)保留現(xiàn)有鄰居的列表并不斷重新計(jì)算最佳路徑。因?yàn)樵诰S護(hù)、重新安排或出故障時(shí)，假如一個(gè)節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中斷開，臨近它的節(jié)點(diǎn)可以迅速地重新配置它們的信息列表并重新計(jì)算路徑，以便 在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，保持信息流量。這種自我恢復(fù)的特性或糾錯(cuò)能力，是蜂窩結(jié)構(gòu)與集線器輻射網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別所在。 三 第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò) 第一代蜂窩網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與服務(wù) 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要蜂窩系統(tǒng)包括 AMPS、 NMT、 Hicap、 CDPD、 MOBITEX、DataTac、 TACS 和 ETACS，并且所有 1G 系統(tǒng)都有兩類邏輯信道：業(yè)務(wù)信道和控制信道。業(yè)務(wù)信道傳輸模擬 FM 電話，同時(shí)還傳輸必要的模擬信令?？刂菩诺婪譃橄滦械膶ず粜诺篮蜕闲械慕尤胄诺溃鶄鬏敂?shù)字信令。 第一代移動(dòng)通信有代表性的終端設(shè)備就是眾所熟知的“ 大哥大”。最先研制出大哥大的是美國(guó)摩托羅拉公司的 Cooper 博士。由于當(dāng)時(shí)的電池容量限制和模擬調(diào)制技術(shù)需要碩大的無線和集成電路的發(fā)展?fàn)顩r等等制約，這種手機(jī)只能移動(dòng)稱不上便攜。這種手機(jī)有多種制式，如 NMT、 AMPS、 TACS，但是基本上使用頻分復(fù)用方式，只能進(jìn)行語音通信，收訊效果不穩(wěn)定，且保密性不足，無線寬帶利用不充分。此類手機(jī)的通話是鎖定在一定頻率內(nèi)的，所以使用可調(diào)電臺(tái)就可以竊聽通話。 第一代網(wǎng)絡(luò)采用了模擬調(diào)制、頻分多址、蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)和雙向信道等技術(shù)，在世界各地建立了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，擁有為數(shù)眾多的用戶，直至今 天，北美等地區(qū)仍在使用第一代網(wǎng)絡(luò)，可見在一定程度上模擬網(wǎng)絡(luò)可以提供較好的通信服務(wù)，即使在數(shù)字技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的今天，第一代模擬網(wǎng)絡(luò)還具有一定的吸引力。 6 第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的局限性 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功，但是其弊端也日漸顯露出來，如頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盜聽和盜號(hào)、設(shè)備成本高。體積大。重量大。作為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)的頻譜利用率較低，保密性差，且提供的業(yè)務(wù)比較單一，難以適應(yīng)用戶的數(shù)字業(yè)務(wù)需求。因此，走向數(shù)字化是移動(dòng)通信發(fā)展 的必然趨勢(shì)。由于FDMA 技術(shù)的每信道占用一個(gè)載頻，相對(duì)寬帶較窄，故通常在窄帶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)中激戰(zhàn)復(fù)雜龐大，易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾；可以用帶通濾波器來限制鄰道干擾；越區(qū)切換復(fù)雜；模擬調(diào)制，故保密性差，容易被第三方竊聽；提供業(yè)務(wù)單一，只能實(shí)現(xiàn)話務(wù)；受傳輸寬帶限制，不能進(jìn)行長(zhǎng)途漫游；傳輸速率低，只有~10kb/s。 所以，第一代移動(dòng)通信技術(shù)作為 20 世紀(jì) 80 年代到 90 年代初的產(chǎn)物已經(jīng)完成了任務(wù)推出了歷史舞臺(tái)。 四 第二代蜂窩網(wǎng)絡(luò) 由于第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的種種缺陷，以及人們?cè)絹碓蕉嗟拈_始使用移動(dòng)電話和網(wǎng)絡(luò)，尋找一種高效便利的通訊技術(shù)顯得尤為重要，于是第二代蜂窩網(wǎng)絡(luò)在這種歷史條件下誕生了。 GSM—— 全球移動(dòng)通訊系統(tǒng) 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（ Global System of Mobile munication）就是眾所周知的 GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球有超過 200 個(gè)國(guó)家和地區(qū)共計(jì)超過 10 億人正在使用 GSM 電話。 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的無處不在使得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署 漫游協(xié)定 后用戶的國(guó)際漫游變得很平常。 GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是他的信令和語音信道都是數(shù)字式的，因此 GSM 被 看作是第二代 (2G)移動(dòng)電話系統(tǒng)。 1 頻道分配 目前， GSM 通信系統(tǒng)可以采用 900 MHz、擴(kuò)展 900 MHz 和 1800 MHz 頻段，有些國(guó)家也采用 1900 MHz 頻段。所有頻段相鄰兩頻道的間隔都為 200kHz，并且采用等間隔頻道配置方法。 2 頻率復(fù)用 目前， GSM 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方式采用小區(qū)制，即蜂窩系統(tǒng)，它把整個(gè) GSM 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)分成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時(shí)又在 MSC 的統(tǒng)一控制下實(shí)現(xiàn)小區(qū)間移動(dòng)用戶的通信以及與市話用戶間的通信。 在蜂窩系統(tǒng)中，主要通過頻率復(fù)用來 增大系統(tǒng)的容量，即小區(qū)之間在間隔足夠遠(yuǎn)的情況下（干擾信號(hào)不至于影響有用信號(hào)的接收），可使用相同的頻率，一般情況下把可用的 N 個(gè)頻道分成 F 組，依次把 F 組頻道分配給相鄰小區(qū)使用。其中每個(gè)小區(qū)的頻道數(shù)約為 N/F 個(gè)，如果采用全向型天線，通常在每個(gè)小區(qū)的中心位置設(shè)立一個(gè)基站，稱為 O 型站點(diǎn)；如果采用定向扇型天線，則通常在三個(gè)小區(qū)的交叉點(diǎn)上設(shè)立一個(gè)基站，稱為 S 型站點(diǎn)，該站點(diǎn)覆蓋相鄰的三個(gè)小區(qū)。下圖為頻率復(fù)用示意圖。 7 圖 41 頻率復(fù)用示意圖 3 非持續(xù)發(fā)送 非連續(xù)發(fā)送方式 DTX（ Discontinuous Transmission）：在話音激活期進(jìn)行 13 kbps 編碼，在話音非激活期進(jìn)行 500 bit/s 編碼，每 480 ms 傳輸一個(gè)舒適噪聲幀（每幀 20 ms）。這樣做有兩個(gè)目的，一是降