早期的模拟蜂窝系统容量小,不能提供非话业务,语音传输质量不高,保密性差,难以和ISDN相连接,而且设备不能实现小型化,制式不统一,因此已逐渐被数字系统所取代。
下面介绍GSM900/DCSl800、D-AMPS、PDC以及CDMA等数字移动通信系统的主要性能,见表1。
表1 几种数字蜂窝移动通信系统的比较
TDMA数字蜂窝系统
GSM系统
GSM是一种多业务系统,能提供比固定网用户更多的服务,包括语音、电文、图像、传真、计算机文件等。另外,GSM还提供一组非传统业务,即短消息业务,它与寻呼业务很相似,但摒弃了数据业务通常要求很大的终端(与手机相比),使数据业务真正适用于移动环境。
目前,GSM已开通了传真和数据通信业务、呼叫转移、来电显示、呼叫等待、呼叫限制、多方通话、短消息服务、语音信箱、计费通知、区域选择、闭合用户群、被叫号码显示等12项业务。
GSM移动通信系统的主要技术性能如下。
① 小区结构和频率再用:农村地区可采用宏小区,小区半径可达35km;城市地区的小区半径一般为10~20km;在市中心等业务量密集地区可采用微小区,直径1km左右。地域覆盖模式为9小区的区群,同频保护比为C/I=9dB。
② 时隙和TDMA帧:时隙构成基本物理信道,时隙周期为577μs。8个时隙构成一个TDMA帧。在物理信道上安排逻辑信道,包括业务信道和控制信道。
③ 业务信道:进行语音传输与数据传输。对用于全速率信道的语音编码器的基本速率为13.0kbit/s,加纠错保护后总速率为22.8kbit/s;对于数据,可提供2.4kbit/s、4.8kbit/s和9.6kbit/s的透明数据业务,还可提供基本速率为12.0kbit/s的非透明数据业务。
④ 控制信道:有广播、公用和专用三种。其中,广播信道分频率校正、同步和广播控制三种;公共控制信道包括寻呼、随机接入和准予接入等;专用控制信道分独立专用和辅助控制信道,后者与业务信道一起使用,又分为慢速和快速两种。
⑤ 小区选择:由MS进行,实现小区选择的条件是以路径损耗测量结果为依据。如果满足不了指标要求或者不能对BS发射的寻呼块进行译码或者不能接入上行线路,则MS就开始重新选择小区。
⑥ 漫游和位置更新:MS可以在各个MSC之间以及各国之间进行漫游。当MS进入一个新的位置区时,即启动位置更新程序。
⑦ 接口和通信协议:主要接口有MS和BS之间的无线接口(Um)、BS与MSC之间的A接口、网络各功能单元之间的接口以及与固定网络的接口。通信协议按照OSI分层模型来构成。
⑧ 网络功能:GSM系统提供的网络功能分为四类:第一,支持基本业务的网络功能,包括呼叫处理、用户识别认证、紧急呼叫、补充业务、信令信息单元保密;第二,支持蜂窝操作的网络功能,包括位置登记、切换、呼叫重建;第三,支持呼叫处理的附加网络功能,包括排队、非占空呼叫建立、业务安全等;第四,与网络管理有关的网络功能,包括用户管理、终端设备管理、计费、业务统计等。
D-AMPS系统
D-AMPS采用IS-54标准,它的射频载波信道间隔与AMPS一致,该标准所规定的BS和MS的数字/模拟双模方式,使网络经营者可逐步扩大数字业务,从而实现从模拟方式到数字方式的平滑过渡。其主要技术指标如下。
① 接入方式:TDMA,3时隙/载波(全速)
6时隙/载波(半速)
② 业务信道:语音业务信道支持全速率和半速率数字语音信息传输;数据业务信道支持2.4kbit/s、4.8kbit/s和9.6kbit/s速率的用户数据传输。
③ 控制信道:分公共控制信道和监控信道。公共控制信道可由数字和模拟MS共享。数字方式的MS附加控制信息由数字业务信道来传输,以保证两种蜂窝系统提供更高的容量。监控信道由每个用户专用一条,并分为快速辅助控制信道和慢速辅助控制信道。
④ 系统结构:通信协议采用OSI分层协议模型,系统功能块之间的接口规范采用ITU-T Q.1000标准。
⑤ 漫游:可实现系统间自动漫游,并有漫游证实、特殊功能处理和呼叫传送等功能。
PDC系统
PDC系统使用800/900MHz和1.5GHz两种频段,在800MHz频段上的射频标准与模拟系统标准相一致。主要性能如下。
① 业务信道:对于语音,支持全速率和半速率的语音编码器,全速率语音编码的净速率规定为6.5~9.6kbit/s,加上前向纠错编码后速率为9.6~12kbit/s;对于数据,支持1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s速率的业务,也将支持更高速率的业务;对于ISDN,支持速率为8kbit/s的ISDN数据传输。
② 控制信道:第一类广播控制信道(BCCH),用于广播控制信息;第二类公共控制信道(CCCH),用于各种控制信令的传输,如寻呼等;第三类相关控制信道(ACCH),分为慢速和快速相关控制信道。
③ 漫游:MS对接收信号电平和编码进行判决,必要时启动位置更新程序。可在移动交换中心之间以及不同移动网系统之间实现漫游。
④ 系统结构:网络通信协议采用OSI分层协议模型;系统功能块之间的接口采用ITU-T Q.1000标准。
这三种系统的开发时间和开发目标各不相同,因而在技术性能上有许多差异。
CDMA数字蜂窝系统
概述
该系统为每个用户分配了各自特定的地址码,利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性,以区别地址,而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码,用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。
CDMA系统的特点
① 许多用户共享同一对频率。
② 通信容量大。CDMA是干扰限制性系统,任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。因此,一些能降低干扰功率的技术,如语音激活(Voice Activity)技术等,可以自然地用于提高系统容量。
③ 容量的软特性。TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的,无法再多接入任何一个用户,而DS-CDMA系统中,多增加一个用户只会使通信质量略有下降,不会出现硬阻塞现象。
④ 由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。如果频谱带宽比信道的相关带宽大,那么固有的频率分集将减少小尺度衰落的作用。
⑤ 信道数据速率很高。因此码片(chip)时长很短,通常比信道的时延扩展小得多。因为PN序列有低的自相关性,所以,大于一个码片宽度的时延扩展部分,可受到接收机的自然抑制,另一方面,如采用分集接收最大合并比技术,可获得最佳的抗多径衰落效果。而在TDMA系统中,为克服多径造成的码间干扰,需要用复杂的自适应均衡,均衡器的使用增加了接收机的复杂度,同时影响到越区切换的平滑性。
⑥ 平滑的软切换和有效的宏分集。DS-CDMA系统中所有小区使用相同的频率,这不仅简化了频率规划,也使越区切换得以完成。每当MS处于小区边缘时,同时有两个或两个以上的BS向该MS发送相同的信号,MS的分集接收机能同时接收合并这些信号,此时MS处于宏分集状态。当某一BS的信号强于当前BS信号且稳定后,MS才切换到该BS的控制上去,这种切换可以在通信的过程中平滑完成,称为软切换。
⑦ 低信号功率谱密度。在DS-CDMA系统中,信号功率被扩展到比自身频带宽度宽百倍以上的频带范围内,因而其功率谱密度大大降低。由此可得到两方面的好处:其一,具有较强的抗窄带干扰能力;其二,对窄带系统的干扰很小,有可能与其他系统共用频段,使有限的频谱资源得到更充分的使用。