第九章现代通信系统简介

本节知识要点：

发信机的主要性能指标 收信机的主要性能指标 SDH微波通信系统的组成 SDH数字微波技术发展趋势

微波通信技术问世已经半个多世纪了，它是在微波频段通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段。最初的微波通信系统都是模拟制式的，它与当时的同轴电缆载波传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段。

在60年代至70年代初期，随着微波通信相关技术的进步，人们研制出了中小容量（如8Mbps、34Mbps）的数字微波通信系统，这是通信技术由模拟向数字发展的必然结果。80年代后期，由于同步数字系列（SDH）在传输系统中的推广应用，出现了N×155Mbps的SDH大容量数字微波通信系统。现在，数字微波通信、光纤通信和卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。

随着技术的不断发展，除了在传统的传输领域外，数字微波技术在固定宽带接入领域也越来越引起人们的重视。工作在28GHz频段的LMDS（本地多点分配业务）已在发达国家大量应用，这预示数字微波技术仍将拥有良好的市场前景。本节将对SDH微波通信系统及其相关技术进行简要的介绍。

9.1.1 微波通信主要设备的性能指标

发信机和收信机是微波通信系统中非常重要的设备，根据微波信号传送的特点，将分别介绍发信机和收信机的主要性能指标。

1.发信机的主要性能指标

发信机的主要性能指标包括工作频段、输出功率和频率稳定度等，下面逐一进行介绍。 (1)工作频段

从无线电频谱的划分来看，可以把频率为0.3GHz～300GHz的射频称为微波频率，而目前通常使用的微波频率范围只有1GHz～40GHz。当然，系统工作频率越高，越能获得较宽的通频带和较大的通信容量，也可以得到更尖锐的天线方向性和天线增益。但是，当频率较高时，雨、雾及水蒸气对电波的散射或吸收衰耗增加，造成电波衰落和接收信号电平下降。这些影响对12GHz以上的频段尤为明显，并随频率的增加而急剧增加。 目前我国基本使用2、4、5、6、7、8、11GHz微波频段。其中2、4、5、6GHz频段因电波传播比较稳定，通常用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用2、7、8、11GHz微波频段。当然，对频率的使用，还需要经专门的申请，由上级主管部门和国家无线电管理委员会批准才行。 (2)输出功率

输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率的确定与设备的用途、站距、衰落影响及抗衰落方式等因素有关。由于数字微波的输出比模拟微波有较好的抗干扰性能，故在要求同样的通信质量情况下，数字微波的输出功率可以小些。当用场效应管功率放大器作末级输出时，一般为几十毫瓦到1瓦左右。 (3)频率稳定度

在发信机的每个波道中，都有一个标称的射频中心工作频率，用表示，工作频率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度。设实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为，则频率稳定度的定义为。 对于采用PSK调制方式的数字微波通信系统而言，若发信机工作频率不稳，即有频率漂移，这将使相干解调的有效信号幅度下降，误码率增加。对于PSK调制方式，通常要求频率稳定度在1×～5×之间。

发信本振源的频率稳定度与本振源的类型有关。近年来由于微波介质稳频振荡源可以直接产生微波频率，并具有电路简单、杂波干扰及热噪声较小的优点，所以正在被广泛采用，其自身的频率稳定度可达到1×～2×左右。如果对频率稳定度要求较高或较严格时，例如（1～5）×，可采用脉冲抽样锁相振荡源等形式的本振源。

2.收信机的主要性能指标

数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，也就是收信机。这里所讲的收信设备只包括射频和中频两部分。目前收信设备都采用外插式收信方案，而解调设备是从中频输出中解调出数字基带信号。因此，这里研究的收信机的性能指标，主要是指收信设备，而不包括解调设备，它们主要包括：工作频率、收信本振的频率稳定度、噪声系数、通频带、选择性、收信机的最大增益和自动增益控制范围。 (1)工作频率

收信机是与发信机配合工作的，对于某一个中继段而言，前一个微波站的发信频率就是本收信机的收信频率，频段的使用参见前面有关发信设备主要性能指标中的内容。 (2)收信本振的频率稳定度

接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的。但是收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行混频的结果，所以若收信本振偏离标称较多，就会使混频输出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一部分不能通过中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起信号失真，使误码率增加。对收信本振频率稳定度的要求与发信设备基本一致，通常要求（1～2）×，要求较高者为（1～5）×。

(3)噪声系数

数字微波收信机的噪声系数一般为3.5～7dB，比模拟微波收信机的噪声系数小5dB左右。噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本定义如下：

在环境温度为标准室温（17℃）、一个网络（或收信机）输入与输出端在匹配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值，可以表示为：

(9-1)

设网络的增益系数为G，则输出端的噪声功率是由输入端的噪声功率（被放大G倍）与网络本身产生的噪声功率两部分组成的，这时式（9-1）就可以改写为：

(9-2)

由公式（9-2）可以看出，网络（或收信机）的噪声系数最小值为1（合0dB）。NF = 1，说明网络本身不产生热噪声，其输出端的噪声功率仅由输入端的噪声源所决定。实际的收信机不可能使NF = 1，即NF > 1。

式（9-2）说明，收信机本身产生的热噪声功率越大，NF值就越大。通常收信机本身的噪声功率要比输入端的噪声功率经放大G倍后的值还要大很多，根据噪声系数的定义，可以说NF是衡量收信机热噪声性能的一项指标。

(4)通频带

收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱的主要成份要占有一定的带宽。收信机要使这个频带信号无失真地通过，就要具有足够的工作频带宽度，这就是通频带。通频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无失真地通过，但也会使收信机收到较多的噪声；反之，通频带过窄，噪声自然会减小下来，但却造成了有用信号频谱成分的损失，所以要合理地选择收信机的通频带和通频带的幅频衰减特性。经过分析可认为，一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率的1～2倍。对于 = 8.448Mbps的二相调相数字微波通信设备，可取通频带为13MHz，这个带宽约等于码元速率（二相调相中与比特速率相等）的1.5倍，通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。 (5)选择性

对某个波道的收信机而言，要求它只接受本波道的信号，对邻近波道的干扰、镜像频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够大的抑制能力，这就是收信机的选择性。收信机的选择性是用增益～频率（G～f ）特性表示。要求在通频带内增益足够大，而且G～f特性平坦，通频带外的衰减越大越好，通带与阻带之间的过渡区越窄越好。

(6)收信机的最大增益

天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。要维持解调机正常工作，收信机的主中放输出应达到所要求的电平，例如要求主中放在75Ω负载在输出250mV（相当于-0.8dBm）。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为-80dBm，则此时收信机输出与输入的电平差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最大增益为79.2dB。 (7)自动增益控制范围

以自由空间传播条件下的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。假定数字微波通信的上衰落为+5dB，下衰落为-40dB，其动态范围（即收信机输入电平变化范围）为45dB。当收信电平变化时，若仍要求收信机的额定输出电平不变，就应在收信机的中频放大器内设置自动增益控制（AGC）电路，使之当收信电平下降时，中放增益随之增大；收信电平增大时，中放增益随之减小。根据上面假定的数据，本例中AGC范围就应为45dB。

微波中继通信属于无线通信方式，其无线电波的收和发是由天线来完成的。即微波发信机输出的信号通过馈线（同轴电缆或波导）送至天线，由天线向对方发射无线电磁波，或由天线接收对方发射来的无线电磁波，并通过馈线送往微波收信机。由此可见，微波天线系统是构成微波通信系统的一个重要组成部分，有关天线的性能指标请参阅有关书籍。

9.1.2 SDH微波通信系统的组成

考虑到微波信号在自由空间的传播特性，一个SDH微波接力通信系统可由终端站、枢纽站、分路站及若干中继站组成。其传输形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支，通常主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路。但不论哪种形式，根据各站所处位置和功能不同，数宇微波传输线路总是由图9-1中给出的几种站型组成。下面分别介绍它们的作用及设备配置。

图9-1 数字微波传输线路示意图

1.终端站

SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理、调制、发信混频及发信功率放大等；终端站的收信端完成主信号的低噪声接收、解调、收信基带处理。在公务联络方面，终端站具有全线公务和选站公务两种能力。在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理及遥控、遥测指令，需要时还可与电信管理网连接。终端站基带接口与SDH复用设备连接，用于上、下支路信号。终端站还具有备用倒换功能，包括倒换基准的识别，倒换指令的发送与接收，倒换动作的启动与证实等。 2.枢纽站

枢纽站一般处在干线上，需完成多个方向上的通信任务。在系统多波道工作的情况下，此类站要完成某些波道信号或部分支路的转接，完成话路的上、下，另外还要完成某些波道信号的复接与分接等等。因此，这一类站上的设备门类繁多，可以包括各种站型的设备。 3.分路站

分路站处在线路中间，除了可以在本站完成话路的上、下和收、发信波道的分支处理外，还可以沟通干线上两个方向之间的通信。在此类站上，配有SDH微波传输设备和SDH分插复用设备（ADM）。视要求也可安装多套微波传输再生设备，同时该站还可以作为监控系统的主站，也可以用作受控站。 4.中继站

处在线路中间不进行上、下话路的站称为中继站。它可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站等。由于SDH数字微波传输容量大，一般只采用再生中继站。再生中继站对收到的已调信号进行解调、判决和再生，然后转发至下一方向的调制器。经过它的处理可以去掉传输中引入的噪声、干扰和失真，这充分体现出数字通信的优越性。在一般情况下，两个中继站的距离为50公里左右。

9.1.3 SDH数字微波技术发展趋势

对于宽带ISDN而言，SDH微波通信和光纤通信是两种重要的信息传输方式，由于这两种传输链路分别使用无线和有线介质，因此，在很多应用场合它们的优势可以相互补充发挥，这不仅确保干线电路的高质量，而且降低了运营成本。

微波的传输容量一般比光纤要小，为使微波在一个微波传输频段中总传输容量和可靠性与现有光纤容量及可靠性接近，这就必须进一步提高微波信道的频谱利用率，同时也要提高SDH微波通信的纠错能力，这些也正是目前数字微波通信技术的主要发展方向。 1.提高QAM调制级数及严格限带 微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在4～11GHz频段大都采用的波道间隔为28～30MHz和40MHz（ITU-R相关的频率配置建议）。要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高状态的调制技术。在这里一般多采用多电平QAM调制技术，目前已达到256/512QAM，正逐步实现1024/2048QAM。与此同时，对信道滤波器的设计提出了极为严格的要求：在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1，现已可做到0.2左右。只有这样才能实现提高频谱利用率的目的。 2.网格编码调制及维特比检测技术

为降低系统误码率，提高信息传输的可靠性，就必须采用更加复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。为了解决这个问题，可以采用网格编码调制（TCM）技术。采用TCM技术需利用维特比算法解码，在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大，需要进一步攻关。 3.自适应频域和时域均衡技术

当系统采用多状态QAM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施。考虑到ITU-R的新建议将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此，必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中，最常用的技术之一是自适应均衡技术，它包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域自适应均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落，为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器。 4.多载波并联传输

多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使瞬断率降低到原来的1/10。 5.其它技术

如多重空间分集接收、发信功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等。

9.2 VSAT卫星通信系统

本节知识要点：

VSAT卫星通信系统组成 VSAT的接入方式 VSAT主要类型 VSAT的特点

VSAT（ Very Small Aperture Terminal）是80年代初发展起来的一种卫星通信系统，它的中文含义为“甚小口径天线地球站”，通常它是指天线口径小于2.4米，G/T（天线增益/天线温度）值低于19.7dB/K的高度智能化控制的地球站。目前，采用扩频方式（SS）的C频段VSAT，其天线口径可进一步压缩；Ku频段的天线口径已经小于1.8米。

按VSAT所承担主要业务的不同可分成两大类：一类是以数据为主的小型数据地球站（PES，Personal Earth Station）；另一类是以话务为主、数据兼容的小型电话地球站（TES，Telephone Earth Station）。VSAT由于应用了大规模集成电路、数字信号处理和微处理器等新技术，因而具有成本低、体积小、智能化、高可靠、信道利用率高和安装维护方便等特点，特别适用于缺乏现代通信手段、业务量小的专用卫星通信网。自VSAT问世以来，立即得到各国的重视，至80年代中期获得广泛应用，成为卫星通信中的热门领域之一。因此，将简要地介绍VSAT通信系统。

9.2.1 系统的组成

VSAT系统由通信卫星转发器、天线口径较大的主站（中枢站）和众多甚小天线口径的小站组成。VSAT网中的空间通信由Ku频段（11～14GHz）或C频段（4～6 GHz）的卫星转发器提供的。主站通常有主、备用两份设备，天线口径在3.5～11米之间。VSAT网小站（终端）除天线以外其它设备与主站的类似。终端通过设备之间的电缆，将室内单元连接到射频单元。射频单元与天线一起设置在室外，以提供频率变换等功能及收信机功能等。

室外单元的射频设备包括：天线、低噪声放大器（LNA）、上下变频器、固态放大器（SSPA）。SSPA的一般输出功率为5W、l0W、30W不等。为减少信号功率的损耗和引入的噪声，一般都将SSPA、LNA 和上、下变频器直接安装在天线后面，并由室内经电缆供电。因室外工作环境恶劣，室外设备既要密封（为了防雨防潮），又要能承受温度的大范围变化，因此，对室外单元各个部件的要求极高。

中频及基带部分属于室内单元，它们主要包括：调制解调器、前向纠错编译码器以及其它基带设备等，其具体组成根据业务类型不同而略有不同。

从中枢站（主站）到VSAT小站的信道叫出境路由，系统中所有小站都有相同的出境路由。从VSAT小站到中枢站（主站）的信道称为入境路由，由于VSAT小站天线小、功率低，因此入境路由的速率要低于出境路由的速率。

VSAT网络从传输方向上可分为2种：单向VSAT网络和双向VSAT网络；从传输方式上可分为4种：点对点、点对多点广播式、多点对点搜集式和点对多点的多边通信网络；基于网络功能特点VSAT网络可分为4种：数据交换、电路交换、视频／音频／数据分布网络和微型终端网络；从网络拓扑结构上可分为2种：星形拓扑结构和网状拓扑结构。

9.2.2 VSAT的接入方式（多址方式）

是决定VSAT性能的关键要素之—，同时也决定着系统的工作量和总延时，早期VSAT无例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。当然，在VSAT系统中，不同的网络拓扑结构，不同的传输链路，其接入方式也是不同的。下面就介绍5种常用的接入方式： 1.TDM/FDMA（时分复用／频分多址）方式

这种方式通常用于星型网络中心站的出站链路，采用连续的TDM载波，典型的信息速率为：57.6、153.6、256和512kbps。在一个VSAT网络中，如果不能满足业务量要求，则可增加多个TDM 出站载波，即TDM/FDMA载波，每个TDM载波对应一群VSAT站。

2.SCPC/FDMA（每载波单信道／频分多址）方式

这种方式通常用于各远程VSAT站向中心站发送数据的入站链路，每个VSAT站占用一个载波，这种方式典型的信息速率为：1.2、2.4、4.8、9.6kbps，其优点是线路延时小、线路专用；缺点是线路利用率低，灵活性差。它适用于业务量固定且平稳的VSAT网。 3.TDMA时分多址方式

传统的TDMA方式是根据网络内站数的多少，给每个站划分一个固定时隙，而在VSAT网络中，它们与传统的TDMA方式有很大差异，比较典型的有： (1)S-ALOHA（时隙—ALOHA）方式

ALOHA和S-ALOHA均指随机争用卫星信道方式。ALOHA是纯随机方式，既没有预约也没有分配时隙，主要用于突发数据通信，发送短文等。S-ALOHA是时隙ALOHA方式，为普通使用的方式，与ALOHA相比，减少了碰撞概率，提高了传输率，这种方式常用于低业务突发通信且VSAT站数目的网络。 (2)R-ALOHA（预约—ALOHA）方式

这是方式是在ALOHA信道上开一个预约时隙，对较长的分组采用预约方式来传输数据，对较短的数据则采用随机方式。在这种接入方式中，当VSAT站有数据要发送到中心站时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量，中心站把定量的TDMA时隙分配给相应的VSAT站。当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排队等侯。这种方式可用于数据量变化较大的用户。 (3)Stream（数据流）方式

这种方式主要用于传输较长的连续数据，如大数据文件、话音及视频电话等。 (4)AA-TDMA （自适应—时隙分配）方式

这是一种自适应调整TDMA方式。每个远程VSAT站按需使用时隙，并根据通信量的大小调整时隙的宽度。也可根据用户的业务情况，自动变换接入方式，如ALOHA、Stream和R-ALOHA。 4.CDMA（码分多址）方式

这种方式根据需要采用适当位数的扩频编码，不同的VSAT站采用不同的地址码。当中心站与若干个（如N个）VSAT站通信时，将所要传输的N个信号用指定的N种不同的伪随机码进行扩频调制，同时使用同一种出站载波频率传给N个VSAT站，只要各个VSAT站的接收机使用各自规定的伪随机码来解调，它们便可分别接收到相应的原始信号。这种通信方式具有抗窄带干扰能力及保密通信的能力。 5.DAMA（按需分配多址）方式

在路由较少环境中，采用保SCPC、传统的FDMA这样的固定分配方式是对空间段资源的浪费，为提高效率，可以使用DAMA技术。这可以在每呼叫（call by call）基础上建立卫星链路，大量的VSAT站按需享用卫星容量，以较好利用空间段资源。当DAMA技术用于FDMA网络时就被称为DA／FDMA方式；用于TDMA网络中时就被称为DA／TDMA方式，或称为SCPC／DAMA方式。

9.2.3 VSAT主要类型和特点

目前已经开发出了4种类型的VSAT系统，这里简要的介绍它们的主要类型和特点。 1. (1)非扩展频谱VSAT，这种类型的VSAT工作于Ku频段，具有高速度和双向的通信特点，采用无扩频相移键控调制技术和自适应带宽接入协议；

(2)采用扩展频谱的VSAT，这种类型的VSAT工作于C频段，可提供单向或双向数据通信业务；

(3)扩展频谱超小口径终端（USAT），它的天线口径通常为0.3～0.5米，是目前最小的双向数据通信地球站。

(4)T型小口径终端（TSAT），这种类型的终端可以传输点对点双向综合数据、图像和话音，能与ISDN接口不需要主站就可以构成网状结构，是一种较高级的VSAT，TSAT系统一般采用2.4米口径天线，目前，有报道说可以采用口径更小的天线。TSAT系统通过Ku频段和C频段的卫星转发器工作，安装简便，网路结构容易改变，适合于多种应用场合。 2. (1)VSAT网主要用于传输实时数据业务，信道响应时间十分重要，它对信号质量和网络利用率影响很大。因此，信道响应时间就成为VSAT的网络资源之一。在一般情况下，较大的业务量和较快的信道响应时间将占用较多的网络资源；

(2)从VSAT系统的业务性能分析，在整个系统中，参与组网的VSAT小站数目越多，网络的利用率就越高，这时每个小站所承担的费用也就越小。在一般情况下，组网小站数应为200～5000个较为合理；

(3)中枢站至小站采用广播式的传输方式，向全网发布信息。各小站按照一定的协议选取本站要接收的信息。因此，在系统设计时，为了保障出站链的数据高传输速率，以充分提高卫星转发器的利用率，中枢站天线口径选得较大；

(4)通常小站至中枢站的业务量小，在系统设计时对于中枢站链路，应当优先考虑VSAT小站的高频功率放大器（HPA）的利用率。其多址接入规程大多采用SSMA或TDMA方式，以尽可能地缩小天线口径，降低高频功率放大器的输出功率；

(5)VSAT站主要采用软件管理，易于控制。一般天线口径较小，G/T小于19.6dB/K，设备结构紧凑，全固体化，功耗小，环境条件要求不高，VSAT小站的公用部件（HPA、LNA等）一般没有冗余设备；

(6)对于VSAT小站而言，其公用部件主要是指共用的主站和卫星转发器，因此，随着小站数量的增加，每个小站的均摊费用会逐步降低。当然，随着VSAT小站数据终端站（DTE）的数量、速率、活动系数的变化，小站费用、共用设备（即主站和卫星转发器）费用在每站每月费用中也会发生一定的变化。

9.3 海事卫星移动通信系统——Inmarsat

本节知识要点：

Inmarsat系统组成 nmarsat航空卫星通信系统 Inmarsat-P系统的组成 Inmarsat-P系统特点

最早的GEO卫星移动系统，是利用美国通信卫星公司（COMSAT）的Marisat卫星进行卫星通信的，它是一个军用卫星通信系统。70年代中期为了增强海上船只的安全保障，国际电信联盟决定将L波段中的1535～1542.5MHz和1636.3～1644MHz分配给航海卫星通信业务，这样Marisat中的部分内容就提供给远洋船只使用。 1982年形成了以国际海事卫星组织（Inmarsat）管理的Inmarsat系统，开始提供全球海事卫星通信服务。1985年对公约作修改，决定把航空通信纳入业务之内，1989年又决定把业务从海事扩展到陆地。1994年12月的特别大会上，国际海事卫星组织改名为国际移动卫星组织，其英文缩写不变仍为“Inmarsat”。 目前它已是一个有79个成员国的国际卫星移动通信组织，约在143个国家拥有4万多台各类卫星通信设备，它已经成为惟一的全球海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星移动通信服务的提供者。中国作为创始成员国之一，由中国交通部和中国交通通信中心分别代表中国参加了该组织。

9.3.1 系统的组成

Inmarsat系统由船站、岸站、网络协调站和卫星等部分组成。下面简要介绍各部分的工作特点： 1.卫星

Inmarsat通信系统的空间段由四颗工作卫星和在轨道上等待随时启用的四颗备用卫星组成。这些卫星位于距离地球赤道上空约35700km的同步轨道上，轨道上卫星的运动与地球自转同步，即与地球表面保持相对固定位置。所有Inmarsat卫星受位于英国伦敦Inmarsat总部的卫星控制中心（SCC）控制，以保证每颗卫星的正常运行。

每颗卫星可覆盖地球表面约1／3面积，覆盖区内地球上的卫星终端的天线与所覆盖的卫星处于视距范围内。四个卫星覆盖区分别是大西洋东区、大西洋西区、太平洋区和印度洋区。目前使用的是Inmarsat第三代卫星，它们拥有48dBW的全向辐射功率，比第二代卫星高出8倍，同时第三代卫星有一个全球波束转发器和五个点波束转发器。由于点波束和双极化技术的引入，使得在第三代卫星上可以动态地进行功率和频带分配，从而大大提高了卫星信道资源的利用率。为了降低终端尺寸及发射电平，Inmarsat-3系统通过卫星的点波束系统进行通信。除南北纬75度以上的极地区域以外，四个卫星几乎可以覆盖全球所有的陆地区域。 2.岸站（CES）

CES是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有，并归它们经营。它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接续中心。其主要功能为：

(1)对从船舶或陆上来的呼叫进行分配并建立信道；

(2)信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理； (3)船舶识别码的编排和核对； (4)登记呼叫，产生计费信息； (5)遇难信息监收；

(6)卫星转发器频率偏差的补偿； (7)通过卫星的自环测试；

(8)在多岸站运行时的网络控制功能； (9)对船舶终端进行基本测试。

每一海域至少有一个岸站具备上述功能。典型的CES抛物面天线直径为11～14米，收发机采用双频段工作方式，C频段用于语音，L频段用于用户电报、数据和分配信道。 3.网路协调站（NCS）

网路协调站（NCS）是整个系统的一个重要组成部分。在每个洋区至少有一个地球站兼作网络协调站，并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。大西洋区的NCS设在美国的Southbury，太平洋区的NCS设在日本的Ibaraki，印度洋区的NCS设在日本的Namaguchi。 4.船站（SES）

SES是设在船上的地球站。因此，SES的天线在跟踪卫星时，必须能够排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚、偏航所产生的影响；同时在体积上SES必须设计得小而轻，使其不致影响船的稳定性，在收发机带宽方面又要设计得有足够带宽，能提供各种通信业务。为此，对SES采取了以下技术措施： (1)选用L频段；

(2)采用SCPC／FDMA制式以及话路激活技术，以充分利用转发器带宽；

(3)卫星采用极子碗状阵列式天线，使全球波束的边缘地区亦有较强的场强；

(4)采用改善HPA（发送部分的高功放），来弥补因天线尺寸较小所造成天线增益不高的情况； (5)L频段的各种波导分路和滤波设备，广泛采用表面声波器件（SAW）； (6)采用四轴陀螺稳定系统来确保天线跟踪卫星。

SES根据Inmarsat业务的发展被分为A型站、B型站、M型站和C型站标准，1992～l993年投入应用的B、M型站，采用了数字技术，它们最终将取代A型站和C型站。

每个SES都有自己专用的号码，通常SES由甲板上设备（ADE）和甲板下设备（BDE）两大部分组成。ADE包含天线、双工器和天线罩；BDE包含低噪声放大器、固体高功放等射频设备，以及天线控制设备和其它电子设备。射频部分也可装在ADE天线罩内。

9.3.2 Inmarsat航空卫星通信系统

Inmarsat航空卫星通信系统主要提供飞机与地球站之间的地对空通信业务。该系统由卫星、航空地球站和机载站三部分组成。如图9-2所示。

图9-2 Inmarsat航空卫星通信系统

卫星与航空地球站之间采用C频段，卫星与机载站之间采用L频段。航空地球站是卫星与地面公众通信网的接口，是Inmarsat地球站的改装型；机载站是设在飞机上的移动地球站。Inmarsat航空卫星通信系统的信道分为P、R、T和C信道，P、R和T信道主要用于数据传输，C信道可传输话音、数据、传真等。

航空卫星通信系统与海上或地面移动卫星通信系统有明显差异，例如飞机高速运动引起的多普勒效应比较严重、机载站高功率放大器的输出功率和天线的增益受限。因此，在航空卫星通信系统设计中，采取了许多技术措施，如采用相控阵天线，使天线自动指向卫星；采用前向纠错编码、比特交织、频率校正和增大天线仰角，以改善多普勒频移的影响。

目前，支持Inmarsat航空业务的系统主要有以下5个：

(1)Aero-L系统：低速（600bps）实时数据通信，主要用于航空控制、飞机操纵和管理；

(2)Aero-l系统：利用第三代Inmarsat卫星的强大功能，并使用中继器，在点波束覆盖的范围内，飞行中的航空器可通过更小型、更廉价的终端获得多信道话音、传真和电路交换数据业务，并在全球覆盖波束范围内获得分组交换的数据业务；

(3)Aero-H系统：支持多信道话音、传真和数据的高速（10.5kbps）通信系统，在全球覆盖波束范围内，用于旅客、飞机操纵、管理和安全业务；

(4)Aero-H+系统：是H系统的改进型，在点波束范围内利用第三代Inmarsat卫星的强大容量，提供的业务与H系统基本一致；

(5)Aero-C系统：它是Inmarsat-C航空版本，是一种低速数据系统，可为在世界各地飞行的飞机提供存储转发电文或数据报业务，但不包括航行安全通信。

目前，Inmarsat的航空卫星通信系统已能为旅客、飞机操纵、管理和空中交通控制提供电话、传真和数据业务。从飞机上发出的呼叫，通过Inmarsat卫星送入航空地球站，然后通过该地球站转发给世界上任何地方的国际通信网络。

9.3.3 Inmarsat-P

Inmarsat业务的发展如表9-1所示。其中移动性较强的Inmarsat-C及M的开发是由于Inmarsat-3卫星的成功发射，而逐步走向实用的。Inmarsat-A/B的体积相当于衣箱大小，Inmarsat-C/M体积相当于公文包大小。

表9-1 Inmarsat业务的发展

业务 Inmarsat-A Inmarsat-Aero Inmarsat-C Inmarsat-M 日期 1982年 1990年 1991年 1993年 使用终端 初期的话音和数据终端 航空话音和数据终端 公文包式数据终端 公文包式数字电话终端 Inmarsat-B 1993年 数字全业务终端 全球寻呼 1994年 袖珍式传呼机 导航业务 1995年 各种专用业务终端 音频广播 九十年代中期 尚未规范化 Inmarsat-P 正在逐步完善之中 手持式卫星电话 在Inmarsat-P的开发过程中，第一步是在1991年底推出的Inmarsat-C终端，它是采用信息存储转发方式进行通信的。移动用户可事先在显示屏上编辑好电文，然后以数据包形式通过卫星发往所需的地面站，地面站在收完最后一组数据包后，对数据包进行复原处理，最后通过国际电信网在几秒钟内将电报送达用户。 采用存储转发方式，可以使Inmarsat卫星的工作容量得到最大限度的利用，从而降低用户的费用；还可以使用户充分利用陆地通信网中各种通信方式发送数据。Inmarsat-C终端把接收机、发射机、天线三者集成在—个仅有16开书本大小的公文包内，重量约3～5kg，其天线使用小型的定向或全向性天线，很易于指向卫星。

Inmarsat-M终端是Inmarsat于1992年底推出的，它是通向全球个人移动通信的桥梁。它可提供直接拨号、双向电话、第三类传真（GROUP-3）和数据通信，提供单跳、全球范围内的移动、稀路由电话服务，具有直接与国际电信网连接的选择能力。该终端已经广泛用于各类船舶、航空用户以及各种类型的车辆。即使船舶、飞机、车辆在行进中，其天线也能够自动跟踪卫星，随时保持与卫星的联系。随着世界网络信令系统的发展，Inmarsat-M终端将提供单一号码的入口接续，并与蜂窝系统互连。

Inmarsat为了实现全球个人移动通信，在1991年9月公布了Inmarsat 21世纪工程计划，也就是现在的ICO通信系统。目前体积小、重量轻、费用低的通信终端（称Inmarsat-P终端），已经能够提供用户越洋的全球手持卫星话音通信以及数据、寻呼、定位等业务，并能与国际公众通信网（PSTNS）接口。

自1995年ICO全球通信公司成立到目前为止，Inmarsat-P系统正在按照预定的方案和计划如期进行和落实，部分功能和业务目前已经能够实现。下面介绍该系统组成和特点。 1.Inmarsat-P系统的组成

由空间段、地面段和用户终端组成。Inmarsat-P使用GSM标准作为其主要的数据通信技术平台，同时保留与非GSM标准业务漫游的兼容能力。 (1)空间段

Inmarsat-P的空间段由在高度10355km轨道运行的10颗主用卫星、2颗备用卫星及相关控制设备组成。每颗卫星至少能支持4500个电话，采用时分多址（TDMA）技术，使用(1980～2010MHz)/(2170～2200MHz)频段，一颗卫星有163个点波束，由网络协调中心（NCC）通过网络协调站（NCS）实施系统的全面管理和运作。 (2)地面段

地面段由合理分布在全球不同地方的12个卫星接续枢纽站（SAN站）和两个网络中心（NME）与一个通过光缆组成的全球网络相互连接而构成。每个SAN站提供与Inmarsat-P卫星转接的基本接口，同时存储必要的用户数据，SAN站还与地面各种互连接点相连，作为与公众电话交换网、移动网和数据网的基本接口，SAN站由当地运营者管理和维护。 (3)用户终端段

Inmarsat-P系统的用户终端可以是单模手持电话机，也可以是兼容陆地蜂窝系统的双模式手持机。双模式手持机可自动选择卫星或地面操作模式，也可由用户根据现有的卫星和地面系统可利用的程度及用户的意愿进行选择，其手持机与当前的蜂窝系统、电话手持机在体积外观和话音质量方面都非常相似。Inmarsat-P双模式手机将提供GSM／ICO、DMAPS／ICO、PDC／ICO业务。

Inmarsat-P手持电话还具有一些可供选择的特点：其中包括外部数据接口和内部缓冲储存器等，另外它们也可支持数据通信、中文、寻呼、传真和智能卡（SIM）的使用。同时，Inmarsat-P用户电话还有多种用户终端形式，例如车载、航空、船舶等终端以及半固定和固定终端（如农村电话亭和集体电话）等，其中有许多终端可以使用比手持电话更高增益的发射功率，以支持传播更高比特率的数据。 2.Inmarsat-P系统特点

Inmarsat-P系统与其它系统比较，有以下：

(1)系统有50多个国家的直接投资者，国际卫星移动组织的各个成员国是间接投资者，具有广泛的国际基础，是该领域唯一不受某一大国操纵的公司，因此，有可靠的国际保障，不受国际突发事件和政治因素的影响。任何国家和政治组织是不可能利用其实施通信封锁和经济制裁的； (2)系统采用成熟的技术，在技术上非常可靠；

(3)系统有提供海上和航空移动通信的能力，能够继承国际移动卫星组织承担海上遇险安全通信义务； (4)系统充分考虑到各国主权问题，所有通信必须经过当地业务提供者的关口站，不损害当地的电信经营者的利益，也不侵犯当地的电信主权，有可靠的通信安全保障。将要在我国建设的卫星接续枢纽站（SAN）就是其网络的重要组成部分之一；

(5)系统所采用的频率是经过国际电联无线电大会批准的专用频段，我国国家无线电管理委员会也作出了相应的规划，预留了相应的频段；

(6)系统采用卫星／蜂窝网双模制式，其通信规程与各国已有的地面蜂窝网的通信系统兼容，既可较好地提高现有地面网络通信系统的利用率，也可使地面网络覆盖不到的地区实现移动通信，因此，它是地面蜂窝网的有利补充；

(7)系统投资者绝大部分是各国的电信经营者，而不是通信设备生产厂家，这避免了产品的独家垄断经营，降低用户的各方面费用。

9.4 GSM数字蜂窝移动通信系统

本节知识要点：

GSM的特点 GSM系统体系结构 GSM系统的工作频率 GSM系统的调制方式 GSM的信道类型 GSM系统研究新进展

9.4.1 GSM的特点

GSM系统是泛欧数字蜂窝移动通信网的简称，这是当前发展最成熟的一种数字移动通信系统，现重新命名为“Global System for Mobile Communication”，即“全球移动通信系统”。它是第二代蜂窝系统的标准，是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统。GSM的特点主要表现在以下几方面： 1.GSM的移动台具有漫游功能，可以实现国际漫游

为了实现漫游功能，GSM为用户定义了三个识别码，它们是DN码、MSRN码和IMSI码。DN码是公用电话号码簿上可以查到的统一的电话号码；移动台漫游号码MSRN是在呼叫漫游用户时使用的号码，由VLR（访问位置寄存器）临时指定，并根据此号码将呼叫接至漫游的移动台；国际移动台识别码IMSI在无线信道上使用，用来寻呼和识别移动台。上述三个号码存在对应关系，利用它们可以准确无误地识别出某个移动台。

若某区的移动台进入另一个区时，只有经过位置登记后才能使用。例如A区移动台进入B区后，它会自动搜索该区基站的广播公共信道，以获得位置信息。当发现接收到的区域识别码与自己原来区域不同时，漫游的移动台会向当地基站发出位置更新请求，B区的被访局收到此信号后，通知本局的VLR，VLR即为漫游用户指定一个临时号码MSRN，并将此号码通过CCITT No.7信令，通知移动台所在业务区备案。这样，一个漫游用户位置登记就完成了。

当公有用户要呼叫某漫游移动台时，该用户通过电话机拨打移动台DN码，DN码首先经由公用交换网接至最靠近的本地GSM移动业务交换中心（GSMC），GSMC利用DN码访问母局位置登记器，从中取得漫游台的MSRN码，GSMC根据此码将呼叫接至被访问的移动业务交换中心（VMSC），VMSC接到MSRN号码后，进一步访问

来访者登记器，证实漫游台是否仍在本区工作，经确认后，VMSC把MSRN码转换成国际移动台识别码（IMSI），通过当地基站，在无线信道上向漫游移动台发出寻呼，从而建立通话。 2.GSM可以提供多种数据业务

GSM可提供新业务包括300～9600bps双工异步数据通信、1200～9600bps双工同步数据通信、异步300～9600bps的PAD（分组打包拆包）接入电路、分组数据和话音数字信号、可视图文以及对ISDN（综合业务数据网）终端的支持等。

3.GSM具有较好的保密功能

GSM可以向用户提供以下三种保密方式：

(1)对移动台识别码加密，使窃听者无法确定用户的移动台电话号码，起到对用户位置保密的作用； (2)将用户的话音、信令数据和识别码加密，使非法窃听者无法收到通信的具体内容；

(3)利用“询问—响应”过程启动“用户鉴别”单元来鉴别用户。在通信过程开始时，首先由网络向移动台发出一个信号，移动台收到这个号码后，连同内部的“电子密钥”，共同来启动“用户监别”单元，随之输出信息，返回网络的固定方，网络固定方在发出号码的同时，也启动自己的“用户鉴别”单元，产生相应的信息，与移动台返回的信息比较，若相同则确认为合法用户，否则确认为非法用户，从而确保了用户的使用权。 4.越区切换功能

在微蜂窝区运动着的移动台，高频度的越区切换是不可避免问题。为了解决这个问题，GSM采取主动参与越区切换的策略，其工作原理如下：移动台在通话期间，不断向所在工作区基站报告本区和相邻区无线环境的详细数据，当需要越区切换时，移动台主动向本区基站（BS）发出越区切换请求，固定方（MSC和BS）根据来自移动台的数据，查找是否存在替补信道，以接收越区切换，如果不存在，则选择第二替补信道，直到选中一个空闲信道，使移动台切换到该信道上继续通信。 5.其他特点

GSM系统容量大、通话音质好、便于数字传插、可与今后的ISDN兼容，还具有电子信箱、短消息业务等功能。

9.4.2 GSM系统体系结构

GSM系统体系结构主要包括三个相关的子系统，它们是基站系统（BSS）、网络交换系统（NSS）和操作与支持系统（OSS），移动台（MS）也是一个子系统，但通常被认为是BSS的一部分。GSM系统组成如图9-3所示。

图9-3 GSM系统结构

表9-2 GSM系统结构中的缩写字母说明

AUC：鉴权中心 BSC：基站控制器 BSS：基站系统 ISDN；综合业务数据网 NSS：网络交换系统 HLR：归属位置寄存器 OMC：操作维护中心 MS：移动台 OSS：操作与支持系统 BTS：基站收发信机 MSC：移动交换中心 PSTN：公共交换电话网 EIR：设备识别寄存器 NMC：网络管理中心 VLR：访问位置寄存器 1.网络交换系统（NSS） 网络交换系统包括移动交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）。 (1)归属位置寄存器（HLR）

HLR属于GSM系统的中央数据库中最重要一部分，在这个寄存器当中包含用户信息，如用户识别号码、用户类型、访问能力、补充业务等。此外，还存储了有关MS的位置信息，利用这个位置信息可以使MS随时随地接收BS的呼叫。

(2)鉴权中心（AUC）

AUC归属用户位置寄存器的一个功能单元，它存储着用户鉴权信息和加密密钥，保证移动用户通信安全，防止无权用户接入系统。

(3)访问位置寄存器（VLR）

VLR对其控制区域内的移动用户进行登记，并为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR是一个动态数据库，它从已登记移动用户的归属用户位置寄存器获取或存储相关数据。当移动用户离开该VLR的控制区域进入到另一个VLR的控制区域时，移动用户在新的VLR进行登记，而原VLR将删除该移动用户数据。 (4)移动交换中心（MSC）

MSC向基站子系统（BSS）、操作维护中心（OMC）以及网络交换系统（NSS）中各寄存器和控制单元提供数据交换与连接，实现移动用户之间或移动用户和固定网络用户之间相互的连接。MSC可以为移动用户提供电信业务、承载业务和补充业务，同时还支持位置登记、越区切换、自动漫游等其它网络功能。 2.基站系统（BSS）

BSS主要是由基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）组成。该系统是由各无线小区连成的网络，这些小区的组成可覆盖整个服务区。每一个小区有一个BTS，工作在一组无线信道上。为避免干扰，这一组通信的频率与用于相邻各小区的频率不同，一组BTS由一个BSC控制，一个BTS机柜最多可容纳5个载波。 移动台（MS）属于基站子系统的一部分，它是GSM系统中用户使用的设备，它包括：手持台、便携台和车载台，移动台通过无线空中接口与基站收发信机（BTS）连接。移动台另外一个重要组成部分是用户识别卡（SIM）。SIM卡是一种存储装置，可存储用户识别码，为用户提供服务的网络、地区、专用键，以及其他特定用户信息等。没有SIM装置，GSM移动台不会工作。正是SIM使GSM用户能识别自己的身份。

3.操作与支持系统（OSS）

OSS包括操作维护中心和网络管理中心。它负责全网的通信质量及运行的检验和管理，记录和收集全网运行中的各种数据。它对全网内各设备之间都有连接线，并对各设备执行监视和控制的职能。 4.GSM网络接口

在图9-3中，用虚线来表示各设备或功能块之间的接口，下面就分别予以介绍。 (1)主要接口

GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um接口。这三种主要接口的定义和标准化可保证不同厂家生产的移动台、基站子系统和网络子系统设备能够纳入同一个GSM移动通信网运行和使用。

A接口。A接口定义为NSS与BSS之间的通信接口。从系统的功能实体而言，就是MSC与BSC之间的互连接口，其物理连接是通过采用标准的 2.048Mbps PCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等。

Abis接口。Abis接口定义为BSC与BTS之间的通信接口，它是通过标准的2.048Mbps或64kbps PCM数字传输链路来实现的。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。 Um接口（空中接口）。此接口定义为MS与BTS之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。

（2）网络系统内部接口：它包括B、C、D、E、F、G接口。

B接口。此接口定义为MSC与VLR之间的内部接口，用于MSC向VLR询问有关MS当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。

C接口。此接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实现的。

D接口。此接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换MS位置和用户管理的信息，保证MS在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。

E接口。此接口为相邻区域的不同MSC之间的接口，用于MS从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换，此接口的物理链接方式是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实现的。 F接口。此接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息，此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路实现的。

G接口。此接口定义为两个VLR之间的接口，当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，它用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。 (3)GSM系统与其它公用电话网接口

GSM系统通过MSC与公用电信网互连，一般采用7号信令系统接口。其物理链接方式采用标准的2.048Mbps的PCM数字传输链路实现的。

9.4.3 GSM系统的无线接口

1.工作频率与载频序号

这几种常用的如表9-3所示：

表9-3 GSM系统主要工作频率

频段 上行频率 下行频率 双工间隔 载频间隔 （GSM）900MHz 890～915 MHz 935～960 MHz 45MHz 200kHz （EGSM）900 MHz 880～915 MHz 925～960MHz 45MHz 200kHz 1800MHz 1710～1785 MHz 1805～1880 MHz 95MHz 200kHz 1900MHz 1850～1910 MHz 1930～1990 MHz 80MHz 200kHz 表9-3中上行链路是指MS发、BS收的工作频率；下行链路是指BS发、MS收的工作频率，双工间隔是指收、发频率间隔，频分复用以后每一个载频的间隔，EGSM900系统比GSM900在上/下行频段向下扩展了10MHz工作带宽，以解决目前GSM900系统频道拥挤问题。下面就以GSM900系统为例进行介绍。

由于载频间隔为0.2MHz，工作带宽为25MHz，因此整个系统工作频段可分为124对载频，其频道序号用n表示，则上、下两频段中序号为n的载频可用下式计算：

(9-3)

式中，n=1～124。当n=1, =890.2MHz, =935.2MHz，其它序号的载频依次类推。由于GSM系统采用TDMA/FDMA接入方式，每个载频有8个时隙，具体接入方式如图9-4所示，因此GSM系统总共有124×8=992个物理信道，有的书籍中简称GSM系统有1000个物理信道。

图9-4 TDMA/FDMA接入方式

2.调制方式

GSM的调制方式是二进制高斯最小频移键控（GMSK）方式。这一调制方案由于改善了频谱特性，使得相邻信道的干扰变得很小。基于200kHz的载频间隔及270.833kbps的信道传输速率，其频谱利用率为1.35bps/Hz。

3.载频复用与区群结构

GSM系统中，基站发射功率为每载波500 W，每时隙平均为500/8=62.5W。移动台发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种，可供用户选择。小区覆盖半径最大为35km，最小为500m，前者适用于农村地区，后者适用于市区。

由于系统采取了多种抗干扰措施（如自适应均衡、跳频和纠错编码等），同频道射频防护比可降到C/I=9dB，因此在业务密集区，可采用3小区9扇区的区群结构。

9.4.4 GSM的信道类型

GSM逻辑信道可以分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。业务信道携带的是用户的数字化语音或数据，无论是上行还是下行链路都有同样的功能和格式。控制信道在移动站和基站之间传输信令和同步信息，在上下行链路之间有着不同的信道。在GSM中有6种类型的业务信道和很多类型的控制信道。 1.GSM中的业务信道（TCH）

GSM的业务信道携带用户数字化语音或数据信息，可分为全速率或半速率两种类型。全速率传送时，用户数据包含在每帧的一个时隙内；而半速率传输时，用户数据映射到同一时隙上，但是采用隔帧传送的方式，因此，两个半速率的用户可以共享同一个时隙，但是每隔一帧交替发送。

在GSM标准中，TCH数据不会在作为广播信道频点的TDMA帧的TS0上传播。此外，TCH复帧（包含26帧）在第13和第26帧中会插入慢速辅助控制信道（SACCH）数据或空闲帧（IDLE）。如果第26帧中包含IDLE数据位，则为全速率TCH，如果在第26帧发送SACCH数据，则为半速率的TCH。业务信道复帧结构如图9-5所示。

在图9-5中：TSn表示第n个时隙，Tn表示第n个TCH，S为慢速辅助控制信道帧，I为空闲帧。 (1)话音业务信道

载有编码话音的业务信道分为全速率话音业务信道（TCH/FS）和半速率话音业务信道（TCH/HS），两者信道编码后的速率分别为 22.8kbps和11.4kbps。对于全速率话音编码，话音帧长20ms，每帧含260bit话音信息，提供的净速率为13kbps，半速率话音采样速率是全速率话音的一半，因此可以提供约为6.5kbps的话音编码。

(2)数据业务信道

数据业务经纠错编码之后，在全速率或半速率信道上传输速率分别为22.8kbps和11.4kbps。通过不同的速率适配和信道编码，用户可使用下列几种不同的数据业务： 9.6 kbps, 全速率数据业务信道（TCH/F9.6） 4.8 kbps, 全速率数据业务信道（TCH/F4.8） 4.8 kbps, 半速率数据业务信道（TCH/H4.8） ≤2.4 kbps, 全速率数据业务信道（TCH/F2.4） ≤2.4 kbps, 半速率数据业务信道（TCH/H2.4）

图9-5 话音专用控制信道帧和复帧结构

2.GSM中的控制信道（CCH）

在GSM系统中，控制信道是用于传送信令和同步信号的，主要有三种控制信道：广播信道（Broadcast Channel-BCH）、公共控制信道（Common Control Channel-CCCH）、专用控制信道（Dedicated Control Channel-DCCH）。

每个信道均由几个逻辑信道组成，这些逻辑信道按时间分布，向GSM提供必要的控制功能。BCH和CCCH的前向控制信道分配在指定频点的专用时隙中，它们一般只在51帧（控制信道复帧）的指定帧的TS0中发送，这个频点称之为广播信道。其它7个时隙TS1到TS7可用来支持7个全速率的用户。在广播信道中，第51帧不包含BCH/CCCH前向链路数据，是一个空闲帧。在反向链路上，CCCH可以接收从移动台传来的包含TS0中的任何一帧中的信息。而DCCH可以在每一帧的每一个时隙上传输。具体控制信息的复帧结构在这里不详细介绍了，其内容请参阅相关书籍。下面简要介绍三种控制信道的原理和组成。 (1)广播信道（BCH）

广播信道是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息，传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息，其中又分为：

a．频率校正信道（FCCH）：传输供移动台校正其工作频率的信息；

b．同步信道（SCH）：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息，也就是说基站识别码是在同步信道上传输的；

c．广播控制信道（BCCH）：传输系统公用控制信息，例如公共控制信道（CCCH）号码以及是否与独立专用控制信道（SDCCH）相组合等信息。 (2)公用控制信道（CCCH）

CCCH是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令，其中又分为： a．寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息；

b．随机接入信道（RACH）：这是一个上行信道，用于移动台随机提出的入网申请，即请求分配一个独立专用控制信道（SDCCH）；

c．准许接入信道（AGCH）：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。

(3)专用控制信道（DCCH）

DCCH是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息，其中又分为：

a．独立专用控制信道（SDCCH）：用于在分配业务信道之前传送有关信令。例如登记、鉴权等信令均在此信道上传输，经鉴权确认后，再分配业务信道（TCH）；

b．慢速辅助控制信道（SACCH）：在移动台和基站之间，需要周期性地传输一些信息。例如移动台要不断地报告正在服务的基站和邻近基站的信号强度，以实现“移动台辅助切换功能”。此外，基站对移动台的功率调整、时间调整命令也在此信道上传输，因此SACCH是双向点对点控制信道。它可与一个业务信道或一个独立专用控制信道联用。SACCH安排在业务信道时，以SACCH/T表示；安排在控制信道时，以SACCH/C表示。 c．快速辅助控制信道（FACCH）：传送与SDCCH相同的信息，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信道。使用时要中断业务信息，把FACCH插入业务信道中，每次占用的时间很短，约18.5ms。

9.4.5 GSM系统研究新进展

GSM系统采用小区制，小区覆盖半径大多为1～25km，每个小区设有一个（或多个）基站，用以负责本小区移动通信的联络和控制等功能。若干个小区组成一个区群（蜂窝），区群内各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心（MSC）相连。移动交换中心通过PCM电路与市话交换局相连接。由于覆盖半径较大，所以基站的发射功率较强，一般在10W以上，天线也做得较高。

由于网络漏覆盖或电波在传播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等原因，使得该区域的信号强度极弱，

通信质量严重低劣形成小区内的“盲点”。而在商业中心或交通要道等业务繁忙区域，使得该区域空间业务负荷超重形成小区内的“热点”。针对以上两“点”问题，便产生了微蜂窝小区技术。它的覆盖半径大约为30～300m；发射功率较小，一般在1W以下；基站天线比宏蜂窝小区天线低很多。

随着移动通信的不断发展，近年来又出现了一种新型的蜂窝形式——。所谓智能蜂窝，是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将监测到的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。智能天线利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准移动用户信号到达方向，旁瓣或零点对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。

9.5 CDMA数字蜂窝移动通信系统

本节知识要点：

CDMA系统原理 CDMA系统的特点 频率和信道规范

CDMA下行信道 CDMA上行信道 3G的主要特点 3G的研究进展

CDMA是一种以扩频技术为基础的调制和多址接入技术，因其保密性能好、抗干扰能力强而广泛应用于军事通信领域。随着移动通信技术的发展，许多移动通信专业公司注意到CDMA技术在移动通信方面具有广阔的应用前景，因此，各国都在着手这种新系统的研究与开发。美国高通（Qualcomm）公司自1989年以来，进行了多次CDMA系统试验，直到1993年7月才取得重大进展，开发出的CDMA蜂窝体制被采纳为北美数字蜂窝移动通信标准，定名为IS-95，使CDMA蜂窝移动通信系统正式走上商业通信市场。

1994年在我国天津成功地进行了CDMA的现场试验。结果表明：其系统容量、语音质量、频率复用和功率控制功能等方面性能优越，除此之外，他们还特别对CDMA所特有的“软切换”功能进行了演示。

1995年我国香港建立了世界上第一个CDMA移动通信系统，而后韩国、美国等国家先后建立了CDMA移动通信系统。非营利组织CDMA Development Group（CDG）于美国当地时间2003年3月17日，发表了有关CDMA技术使用状况调查。调查结果显示，2002年第4季度，CDMA 2000的用户增加了1200万人以上，共达到1亿4700万人。第3代CDMA2000的用户也达到3300万人。

CDMA蜂窝移动通信系统与FDMA模拟蜂窝移动通信系统或TDMA数字蜂窝移动通信系统相比具有更大的系统容量、更高的话音质量、更强的抗干扰性能和更好的保密性能等诸多优点，因而CDMA也成为第三代蜂窝移动通信系统的方式。本书以IS-95标准为例，对CDMA系统作简要介绍。

9.5.1 CDMA系统原理及特点

是以码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。码分多址是以扩频技术为基础的，所谓扩频是把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术，将扩频技术应用于通信系统中，可以加强系统的抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。

适用于码分多址蜂窝通信系统的扩频技术是直接序列扩频（DS）简称直扩。它的产生包括调制和扩频两个步骤。比如，先用要传送的信息对载波进行调制，再用伪随机序列（PN序列）扩展信号的频谱；也可以先

用伪随机序列与信息相乘（把信息的频谱扩展），再对载波进行调制，二者是等效的。在CDMA系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。虽然信号在时间域和频率域是重叠的，但用户信号可以依靠各自不同的编码序列来区分的。

IS-95标准的全称是“双模宽带扩谱蜂窝系统的移动台-基站兼容标准”，这说明IS-95标准是一个公共空中接口（CAI）。它没有完全规定一个系统如何实现，而只是提出了信令协议和数据结构的特点和限制，不同的制造商可采用不同的技术和工艺制造出符合IS-95标准规定的系统和设备。

与其它蜂窝标准不同的是，根据话音激活和系统网络要求，IS-95的用户数据速率（不是信道码片速率）要实时的改变。而且，IS-95的上行链路和下行链路采用不同的调制和扩频技术。在下行链路上，基站通过采用不同的扩频序列同时发送小区内全部用户的用户数据，同时还要发送一个导频码，使得所有移动台在估计信道条件时，可以使用相干载波检测。在上行链路上，所有移动台以异步方式响应，并且由于基站的功率控制，理想情况下，每个移动台具有相同的信号电平值。

IS-95系统采用的话音编码器是由美国高通公司自行研制的9600bps码激励线性预测声码器（QCELP），该声码器检测到话音后就被激活，并在静默期间将数据速率降至1200bps，中间数据速率为2400、4800和9600bps，当然数据速率也可以自行设定。1995年高通公司又推出了14400bps编码器，该编码器使用13.4kbps的话音数据（QCELP13）。

基于上述描述，CDMA系统具有以下主要特点：

(1)系统容量大，根据理论计算和实际测试表明，CDMA系统容量是模拟蜂窝系统的10～20倍，是TDMA系统的4倍。

(2)CDMA系统具有软容量特性。在FDMA和TDMA系统中，当所有频道或时隙被占满以后，再无法增加一个用户。此时若有新的用户呼叫，只能遇忙等待产生阻塞现象。而CDMA系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号是靠伪随机码区分的，当系统负荷满载时，再增加少量用户只会引起话音质量的轻微下降，而不会产生阻塞现象。CDMA系统的这一特性，使系统容量和用户数之间存在一种“软”关系。在业务高峰期间，可以通过稍微降低系统的误码性能，达到增多系统用户数目。系统软容量的另一种形式是小区呼吸功能。所谓小区呼吸功能是指各个小区的覆盖区域大小是动态的。当相邻的两个小区负荷一轻一重时，负荷重的小区通过减小导频发射功率，使本小区边缘的用户由于导频功率强度不够而切换到相邻小区，使重负荷小区的负荷得到分担，从而增加了系统的容量。

(3)CDMA系统具有软切换功能。所谓软切换是指当移动台需要切换时，先与新小区的基站连通，再与原来小区的基站切断联系。在切换过程中，原小区的基站和新小区的基站同时为过区的移动台服务。软切换功能可以使过区切换的可靠性提高。

(4)CDMA系统具有话音激活功能。由于人类通话过程中话音是不连续的，占空比小于35%。CDMA系统采用可变速率声码器，在不讲话时传输速率降低，减小对小区其他用户的影响，从而增加系统的容量。 (5)CDMA系统以扩频技术为基础，因此具有抗干扰、抗多径衰落、保密性强等优点。

9.5.2 频率和信道规范

IS-95上行链路的频率为824～849MHz，下行链路的频率为869～894MHz；一对下行链路频率和上行链路频率的频率间隔为45MHz，带宽1.25MHz；系统许多用户共享同一公共信道来传送数据信息，最大用户数据速率为9.6kbps。用户数据通过扩频技术进行处理，扩展后得到的码片（chip）速率为1.2288Mcps，总扩频因子为128。

下行链路和上行链路的扩频过程是不相同的。在下行链路中，用户数据用1/2比率卷积码进行编码，然后交织，最后通过64个正交扩频序列（沃尔什函数）之一来扩频。给定小区中的每个移动台都分配有一个不同的扩频序列，使得不同用户的信号在通常情况下能完全分开。为了减小不同小区中使用相同扩频序列的用户间的干扰，所有信号都用一个码片长度为的伪随机序列来进行扰频。由于同一小区内所有下行信道用户的信号同步地进行扰频，所以它们之间仍然保持正交关系。在下行链路上提供一个导频信道，它可以使得同一小区

内的每一用户在利用相干检测时能确定信道特性，同时导频信道的发射功率要高于用户信道功率。

在上行链路中，由于每个接收信号是经由不同的传播路径到达基站的，因此在这里采用了与下行链路不同的扩频方法。上行信道用户数据流首先用1/3比率的卷积码进行编码，然后进行交织处理，将每个编码符号块映射到一个正交沃尔什函数，因而产生了64列正交信号。最后，分别通过码片周期为的用户特定码和码片周期为的基站特定码，将307.2kcps的数据流扩展，最终得到4倍的扩展流，即速率为1.2288Mcps。采用1/3比率卷积编码和沃尔什函数映射所产生的抗干扰能力要比传统的重复扩频编码方式的抗干扰能力强，这种抗干扰力的增强对上行链路是很重要的。

上行链路还可以对某一个用户的传输功率进行严格控制，以避免由于接收用户功率的不同而引起所谓的“远近效应”。链路中采用开环与快速闭环相结合的功率控制方式来调整小区中用户的发射功率，以使得基站所接收的信号具有相同的功率。闭环功率控制命令以800bps的速率发送，而这些比特是从话音帧中“偷”得的。如果没有快速功率控制，由于衰落引起的功率快速变化将使系统中所有用户的性能降低。

在基站和用户端，系统都采用RAKE接收机来解决多径问题，基站处使用了三分支RAKE接收机。IS-95结构也为基站在软切换期间提供了分集，在两小区间移动的移动台与此两小区都保持联系，移动台接收机将来自两个基站的信号组合起来，使过区切换的可靠性提高。

CDMA系统网络结构与GSM系统的网络结构相同，其结构可参见图9-2，系统主要包括：基站子系统、移动台子系统、网络子系统和操作支持子系统等。CDMA系统与TDMA系统的主要差别在于无线信道的构成、相关的无线接口和无线设备、特殊的控制功能等。

9.5.3 CDMA下行信道

CDMA下行信道包括1个导频信道、1个同步信道、7个寻呼信道以及63个下行业务信道，下面就分别进行介绍。

1.导频信道

传输由基站连续发送的导频信号。导频信号是一种无调制的直接序列扩频信号，可以让移动台迅速而精确地捕获信道的定时信息，并提取相干载波进行信号的解调。移动台通过对周围不同基站的导频信号进行检测和比较，可以决定什么时候需要进行过区切换。 2.同步信道

主要传输同步信息（还包括提供移动台选用的寻呼信道数据速率）。在同步期间，移动台利用此同步信息进行同步调整。一旦同步完成，它通常不再使用同步信道，但当设备关机后重新开机时，还需要重新进行同步。当通信业务量很多，所有业务信道均被占用时，此同步信道也可临时改作业务信道使用。 3.寻呼信道

在呼叫接续阶段传输寻呼移动台的信息。移动台通常在建立同步后，接着就选择一个寻呼信道（也可以由基站指定）来监听系统发出的寻呼信息和其它指令。在需要时，寻呼信道可以改作业务信道使用，直至全部用完。

4.下行业务信道

共有四种传输速率（9600、4800、2400、1200bps）。业务速率可以逐帧（20ms）改变，以动态地适应通信者的话音特征。比如，发音时传输速率提高，停顿时传输速率降低。这样做，有利于减少CDMA系统的多址干扰，以提高系统容量。在业务信道中，还要插入其它的控制信息，如链路功率控制和过区切换指令等。 图9-6描述了下行业务信道的调制过程，从图中可以看到用户数据首先进行卷积编码，接着根据实际的用户数据速率进行交织，然后用一个沃尔什码和一个速率为1.2288Mcps的长PN序列来扩展信号。

图9-6 CDMA下行业务信道

下面就分别介绍下行业务信道中几个功能模块的作用和指标：

(1)卷积编码：数据在传输之前都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/2，约束长度为9；

(2)码元重复：同步信道中的各个码元经过卷积编码后，在分组交织之前，当数据率低于9600bps时，在分组交织之前都要重复。速率为4800bps时，各码元要重复一次（每码元连续出现2次），速率为2400bps时，各码元要重复3次（每码元连续出现4次），速率为1200bps时，各码元要重复7次（每码元连续出现8次）。这样做，使各种信息速率均变换为相同的调制码元速率，即每秒19200个调制码元；

(3)分组交织：卷积编码和重复之后，编码符号被发送到20ms长的块交织中，其结构是24行×16列的阵列；

(4)长码发生器：其作用是为通信提供保密，它把交织器输出的码元流和按用户编址的PN序列进行模2相加。这种PN序列是工作在时钟为1.2288MHz的长码，每一调制码长度等于1.2288×106/19200=64个PN子码宽度。长码经分频后，其速率变为19200bps，因而送入模2相加器进行数据掩蔽的是每64个子码中的第一个子码在起作用；

(5)功率控制子信道：为减少每个用户的误比码率，IS-95力求使每个用户的功率在到达基站接收器时是一样的。基站每1.25ms估计一次移动台的信号强度，进而更新一次功率控制。功率控制命令是在功率控制子信道上发送给用户的，该命令使移动台以1dB的步长来提高或降低自己的发射功率。

(6)正交扩展：为了使下行传输的各个信道之间具有正交性，在CDMA下行信道中传输的所有信号都要用六十四进制的沃尔什函数进行扩展。这种沃尔什函数 64×64 矩阵可用的循环方式产生。

9.5.4 CDMA上行信道

CDMA上行信道由接入信道和上行业务信道组成。这两种信道共享相同的频率段，且每个业务/接入信道由特定的用户长码来识别。移动台通过接入信道来初始化与基站之间的通信，并响应寻呼信道信息。接入信道是一个随机信道，每个信道用户有它们的长码来唯一的确认。CDMA下行信道中，每个被支持的寻呼信道最多包含32个接入信道，并以4800bps的固定速率工作。

当移动台没有使用业务信道时，接入信道提供移动台到基站的传输通路，其中包括发起呼叫、对寻呼进行响应以及传送登记注册等短信息。接入信道和正向传输中的寻呼信道相对应，以相应传送指令、应答和其它有关的信息。

图9-7给出了下行业务信道的调制过程。下行信道上的用户数据被分成20ms长的帧，所有传输数据在传输之前要经过卷积编码、交织、64阶正交调制和扩频。数字话音或用户数据速率可以是9600bps、4800bps、2400bps或1200bps。

下面分别介绍上行业务信道中几个功能模块的作用和指标：

(1)卷积编码：接入信道和上行业务信道所传输的数据都要进行卷积编码，卷积码的码率为1/3，约束长度为9；

图9-7 CDMA上行业务信道

(2)码元重复：上行业务信道的码元重复办法和下行业务信道一样，其目的是使各种信息速率均变换为相同的调制码元速率，即每秒28800个调制码元。这里不同的地方是重复的码元而不是重复发送多次，相反，除去发送其中的一个码元外，其余的重复码元全部被删除。在接入信道上，因为数据速率固定为4800bps，因而每一码元只重复1次，而且两个重复码元都要发送。

(3)分组交织：所有码元在重复之后都要进行分组交织。分组交织的跨度为20ms。交织器组成的阵列是32行×18列（即576个单元）。

(4)可变数据率传输：为了减少移动台的功耗和减小它对CDMA信道产生的干扰，对交织器输出的码元，用一时间滤波器进行选通，只允许所需码元输出，而删除其它重复的码元。同时，传输的占空比随传输速率而变：当数据速率是9600bps时，选通门允许交织器输出的所有码元进行传输，即占空比为1；当数据率速是4800bps时，选通门只允许交织器输出的码元有1/2进行传输，即占空比为1/2；依此类推。在选通过程中，把20ms的帧分成16个等长的段，即功率控制段，每段1.25ms，编码从0至15。根据一定的规律，使某些功率段被连通，而某些功率控制段被断开。这种选通要保证进入交织器的重复码元只发送其中一个。

通过选通门允许发送的码元以猝发的方式工作。它在一帧中占用哪一位置进行传输是受一PN码控制的。这一过程称为数据的猝发随机化，猝发位置根据前一帧中倒数第二功率控制段内的最末14个PN码比特进行计算，具体计算方法请参阅相关文献。

(5)正交多进制调制：在CDMA上行信道中，把交织器输出的码元每6个作为一组, 用进制的沃尔什函数之一（称调制码元）进行调制。调制码元的传输速率为28800/6=4800B。调制码元的时间宽度为

1/4800=208.333μs。每一调制码元含64个子码，因此沃尔什函数的子码速率为64×4800=307.2kbps，相应的子码宽度为3.255μs。

(6)直接序列扩展：长码的周期是；

(7)四相扩展：CDMA上行信道四相扩展所用的序列就是前面CDMA下行信道所用的I与Q引导PN序列。

9.5.5 第三代移动通信系统（3G）

1.第三代移动通信系统的主要特点

随着世界范围通信领域的迅猛发展，移动通信已逐渐成为通信领域的主流。到目前为止，商用移动通信系统已经发展了两代。第一代移动通信系统是采用FDMA方式的模拟移动蜂窝系统，如AMPS、TACS等。由于其系统容量小，不能满足移动通信业务的迅速发展，目前已被淘汰。第二代移动通信系统采用TDMA或窄带CDMA方式的数字移动蜂窝系统，如GSM、IS-95等，它们是目前世界各国所广泛采用的移动通信系统。第二代移动通信系统在系统容量、通信质量、功能等方面比第一代移动通信系统有了很大提高。

随着移动通信终端的普及，移动用户数量成倍地增长，第二代移动通信系统的缺陷也逐渐显现，如全球漫游问题、系统容量问题、频谱资源问题、支持宽带业务问题等。为此，从20世纪90年代开始，各国和世界组织又开展了对第三代移动通信系统的研究，它包括地面系统和卫星系统，移动终端既可以连接到地面的网络，也可以连接到卫星的网络。由于第三代移动通信系统工作在2000MHz频段，为此1996年国际电信联盟正式将其命名为IMT-2000。

第三代移动通信系统的框架结构是将卫星网络与地面移动通信网络相结合，形成一个全球无缝覆盖的立体通信网络，以满足城市和偏远地区不同密度用户的通信要求，支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的愿望。

作为下一代移动通信系统，有：

第二代移动通信系统一般为区域或国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它将使用共同的频段，全球统一标准或兼容标准，实现全球无缝漫游。

第三代移动通信系统具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。现有的移动通信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供100～200kbps的数据业务，GSM演进到最高阶段的速率能力为384kbps。而第三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。

第三代移动通信的业务能支持从话音、分组数据到多媒体业务；应能根据需要提供带宽。ITU规定的第三代移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足在以下三个环境的三种要求。即： (1)快速移动环境，最高速率达144kbps；

(2)室外到室内或步行环境，最高速率达384kbps； (3)室内环境，最高速率达2Mbps。

第三代移动通信系统便于过渡、演进。由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成，并应与固定网兼容。

第三代移动通信系统支持非对称传输模式。由于新的数据业务，比如WWW浏览等具有非对称特性，上行传输速率往往只需要几千比特每秒，而下行传输速率可能需要几百千比特每秒，甚至上兆比特每秒才能满足需要。

第三代移动通信系统更高的频谱效率。通过相干检测、Rake接收、软切换、智能天线、快速精确的功率控制等新技术的应用，有效地提高系统的频谱效率和服务质量。 2.第三代移动通信系统的研究进展

无线传输技术（RTT）是第三代移动通信系统的重要组成部分，其主要包括调制解调技术、信道编解码技术、复用技术、多址技术、信道结构、帧结构、RF信道参数等。无线传输技术的标准化工作主要由ITU-R完成，网络部分由ITU-T负责。ITU还专门成立了一个中间协调组（ICG），使ITU-R和ITU-T之间定期进行交流，并协调在制定IMT-2000技术标准中出现的各种问题。根据国际电联对第三代移动通信系统的要求，各大电信公司联盟均已提出了自己的无线传输技术提案。

至1998年9月，包括移动卫星业务在内的16，它们基本来自IMT-2000的16个RTT评估组成员。其中有10个是IMT-2000地面系统提案（表9-4），6个是卫星系统提案。到2000年初已完成了IMT-2000的无线技术详细规范。

表9-4 正式向ITU提交的候选RTT方案

序号 提交者 候选RTT方案 1 日本ARIB W-CDMA 2 欧洲ESA SW-CDMA&SW-CTDMA 3 ICO ICO RTT 4 中国CATT TD-SCDMA 5 韩国TTA Global CDMAⅠ&Ⅱ, Satellite RTT 6 欧洲ETSI-DECT EP-DECT 7 欧洲ETSI-UTRA UTRA 8 美国TLA UWC-136, cdma2000, WIMSW-CDMA 9 美国TIP1-ATIS WCDMA/NA 10 INMARSAT Horizons 从市场基础、后向兼容及总体特征看，这10个候选方案中欧洲ETSI的UTRA和美国的cdma2000最具竞争力，它们都是采用宽带CDMA技术。cdma2000主要由IS-95和IS-41标准发展而来，与AMPS、DAMPS、IS-95都有较好的兼容性，同时又采用了一些新技术，以满足IMT-2000的要求。

在欧洲ETSI的UTRA提案中，对称频段采用W-CDMA技术，主要用于广域范围内的移动通信；非对称频段采用TD-CDMA技术，主要用于低移动性室内通信。我国原邮电部电信科学技术研究院（CATT）也向ITU提交了具有我国自主知识产权的候选RTT方案：TD-SCDMA。TD-SCDMA具有较高的频谱利用率、较低的成本和较大的灵活性，很具竞争性。这充分体现了我国在移动通信领域的研究已达到国际领先水平。表9-5对以上三种技术进行了比较。

第三代移动通信系统的引入将经历一个渐进的过程，并将充分考虑向后兼容的原则。第三代系统与第二代系统将在较长时间内处于共存状态。

表9-5 W-CDMA、cdma2000和TD-SCDMA技术比较

10 ms 20 ms 10 ms 卷积码（r = 1/2, 卷积码（r=1/2, 1/3, 3/4, 卷积码（r = 1/4～1, m=9）RS码（数FEC编码 1/3,m=9）RS码（数据） m=9）Turbo码（数据） 据） 卷积码：帧内交织RS码：交织 块交织 卷积码：帧内交织RS码：帧间交织 帧间交织 扩频 Walsh+Gold序列 Walsh+M序列 Walsh+PN序列 信道带宽 Chip速率 帧长 W-CDMA 5/10/20 MHz N×3.84 Mcps cdma2000 1.25/5/10/15/20 MHz N×1.2288 Mcps TD-SCDMA 1.2 MHz 1.28 Mcps 数据调制：QPSK/BPSK扩调制 频调制：QPSK 相干解调 双工方式 多址方式 功率控制 基站间同步 数据调制：QPSK/BPSK DQPSK/16QAM 扩频调制：QPSK/OQPSK 前向：公共导频信 专用导频信道 反向：专用导频信道 FDD DS-CDM，MC-CDMA 开环+快速闭环 TDD TD-SCDMA 开环+快速闭环 同步（GPS或其他） 专用导频信道 FDD-TDD DS-CDMA FDD：开环+快速闭环 TDD：开环+慢速闭环 异步，同步（可选） 同步（GPS） 1 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯。通信原理。北京：国防工业出版社，2001

2 沈振元，聂志泉，赵雪荷。通信系统原理。西安：西安电子科技大学出版社，1993

3 曹志刚，钱亚生。现代通信原理。北京：清华大学出版社，1992

4 张辉，曹丽娜。现代通信原理与技术。西安：西安电子科技大学出版社，2002

5 欧阳长月。数字通信。北京：北京航空航天大学出版社，1990

6 宋祖顺等。现代通信原理。北京：电子工业出版社，2001

7 洪江龙等。Dreamweaver MX中文版网页制作实用教程。北京：人民邮电出版社，2003

8 东方人华等。Flash MX范例入门与提高。北京：清华大学出版社，2003