td-scdma由我国提出,技术特点是应用同步和智能天线技术,适用于低速接入环境。它已经成为国际第三代移动通信的重要标准之一,是中国百年电信史上提出完整标准的第一次,标志着中国从跟踪向创新转变的历史性的一步。预示着我民族移动通信工业在错过第一代、赶上第二代移动通信的脚步后,能够在第三代技术的研究开发上与世界潮流保持同步,并在未来的移动通信市场获得更大的发展空间。
通过融合工作,1999年已经制订“imt-2000无线接口技术规范”(imtrspc),包括cdmads(直接序列)、cdmamc(多载波)、cdmatdd、tdmafdd和tdmatdd。将于2000年5月批准成为国际电联标准,作为开发依据,以便21世纪初为全球提供移动多媒体业务。从而标志着第三代移动通信商业化的开始,这将成为人类社会迈向个人化通信时代的重要里程碑。
另外,对imt-2000以后的第四代移动通信技术作为新的研究课题将在itu-r第8研究组会议上进行讨论。
7.2 软件无线电技术
随着数字技术和微电子技术的迅速发展,数字信号处理器(dsp)等通用可编程器件的运算能力在成倍地提高,而价格却在成倍地下降,这就使得实现一种技术——软件无线电成为可能。软件无线电技术可用不同软件来实现不同无线电设备的各种功能,可任意改变信道接入方式或调制方式,利用不同软件即可适应不同标准,构成多模手机和多功能基站,具有高度的灵活性。软件无线电技术的出现,使无线通信的发展经历了由固定到移动,由模拟到数字,由硬件到软件的三次变革。软件无线电技术起源于1990年8月美国防部开始的“易通话”战术通信系统计划,其主要目标为研制三军通用的多频段多功能无线电台(mbmmr),工作频段2~2000mhz,能兼容现有15种主要军用电台的所有功能,并将最终取代军队所有传统电台。
(1)软件无线电技术的原理
现有的各种电台,从天线到终端,不同的带宽、不同的信号处理及不同的接口,都有其独自的要求和设计。而软件方法在实现mbmmr模式和同时性上起了决定性作用,是电台的核心技术,故称为软件电台(softwavestation)。软件无线电技术的基本思想就是将宽带a/d及d/a变换尽可能地靠近射频天线,建立一个“a/d-dsp-d/a。”公共硬件平台,尽量以dsp软件技术来实现电台的各种类型,实现各种波形调制解调方式、不同的信号频带宽度、话音编解码运算、保密结构、网络协议和控制终端功能等。
使用数字信号处理(dsp)技术,用编程软件对传送信息抽样、量化、编码、进行运算处理、变换成已调波的射频以实现电台的发射机功能;对接收信号抽样、量化、编码、进行运算处理、变换恢复信息以实现电台的接收机功能。
通过编程软件实现这些功能,为mbmmr提供了灵活性,可以快速改变各种信道调制方式(调幅、调频、单边带、数据、跳频和扩频等等),实现各种通信频段(hf、vhf、uhf和shf等等),即快速改变成为不同工作模式的电台。
(2)软件无线电的体系结构
传统无线电通信模式为:信源编码→信道编码→信道→信道解码→信源解码。
软件无线电采用基于标准vme总线的硬件结构,支持并行、流水线及异种多处理机,将传统的信道编解码与信源编解码划分为如下的基本模块:
.宽带天线
.宽带射频前端
.宽带a/d/a变换
.中频处理
.多芯片并行dsp基带处理
.控制与接口
软件无线电采用基于osi参考模型的分层软件体系,支持开放式的模块化设计,便于制定如下相应的算法及基本软件模块:
.dsp的指令和函数库
.信号流变换库
.fir、iir滤波与fft、小波变换以及波形合成
.am、fm、fsk、bpsk、扩频与跳频等调制算法库
.信道纠错编码库
.jpeg、mpeg、h.261等图象编码和pcm、cvsd、pre-ltp等话音编码算法库
.各种无线电信令规程库
灵活应用这些基本硬软件模块,可使软件无线电台具备对传播条件的多种自适应能力(包括频率、功率、速率及多径分集等的自适应),性能超群的多种抗干扰能力(包括自适应天线调零、自适应干扰抵消、扩频及跳频等),灵活可变的多址方式(包括fdma、tdma、cdma及其混合等),用户需要的多种业务(包括话音、传真、数据及图象等),以及多种组网与接口能力等等。软件无线电技术不仅适合于军事通信领域,在民用移动通信领域更有用武之地,便于开发gsm900/dcs1800双频手机、tdma/cdma双模手机、卫星移动/地面蜂窝多模手机以及多种制式同时工作的基站设备等等,这将大大有利于第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的过渡。
7.3 卫星移动通信
近10年来各种低、中、高轨道卫星移动通信系统纷纷推出,gmpcs(全球卫星移动个人通信)成了itu的热门议题。预计从1998年~2002年的5年中,将有12个全球卫星通信系统投入使用,共1170颗卫星,其中约1000颗中低轨道卫星。2002年使用低、中、高轨道卫星移动通信系统手机的用户分别超过436万、122万、73万。
低、中轨道卫星移动通信系统卫星数量多,网络结构复杂,空间环境差,技术风险大。其优点是频率再用率高,容量较大,传输时延小,不受地理限制,可用低功率手机,是未来全球个人通信的重要组成部分。但是较地面移动通信系统容量要小,费用要高,因此适用于国内、国际漫游者。其中值得注意的是下列系统:
铱系统组成包括66颗低轨道卫星及覆盖全球的地球站,投资50亿美元。圆形转道高度780公里,倾角86.4°,周期100.13′,轨道平面数6个,用户链路频率l频段,馈线链路频率ka频段,多址方式为tdma,系统可提供2.4/4.8kbit/s话音、2.4kbit/s数据、传真、寻呼等多种服务,可用手机、车载台或固定电话终端进行通信。已研制出一种双模移动电话,既可以当普通移动电话用,也可以当卫星电话用,不过价格昂贵。铱星公司的移动电话价格约为每部3000美元,每分钟话费比目前移动电话高25%~30%,寻呼机价格约为每部500美元。铱系统1998年11月1日开始投入运行,它是世界上第一个实用低轨卫星移动通信系统,使人类在地球上任何“能见到天的地方”都能互相通信,具有极高的创新性,被认为是现代通信的一个里程碑。但是由于市场定位失误,手机笨重昂贵且供货不畅,通话费用过高,服务性能欠佳,用户不多,入不敷出,1999年8月13日已申请破产保护。
全球星系统组成包括48颗低轨道卫星及覆盖全球的地球站,投资27亿美元。圆形轨道高度1389公里,倾角52°,周期113.53′,轨道平面数8个;上行用户链路频率l频段,下行s频段,馈线链路频率c频段,多址方式为cdma,系统可提供2.4/4.8/9.6kbit/s话音、9.6kbit/s传真和定位服务,可用手机、车载台或固定电话终端进行通信。1999年10月开始试用,在通信质量和价格上比铱星具有竞争力。
此外,还有“伊利普索”(ellpso)和“星球通信(cci)系统各有千秋,计划在2002年开通业务。卫星系统目前已经开始步入快速发展的轨道,其主要趋势是数字化、宽带化、高功率、高性能、低成本,并且向多媒体的方向发展。此外,因特网的崛起给卫星应用带来新的机遇,并成为最有希望的增长点。卫星因特网接入、多媒体卫星系统、数据广播等热门领域,为下世纪的卫星通信业务描绘出美好蓝图。
7.4 平流层通信
1997年1月,sky station international inc.公司在itu会议上,提出“平流层电信业务”(stratospheric telecommunication service简称sts)的建议文件,受到国际电联和一些国家电信部门的高度评价。普遍认为空中平台通信是继60年代卫星通信、70年代光纤通信和80年代蜂窝通信发明以来通信技术的又一重大突破。
平流层通信利用一个设置在距地面约21km高度的物理平台,可以实现地面覆盖半径约500km的廉价、高密度、大容量的宽带通信。ssi公司打算在地球上空“固定”安置250个充氦飞艇,构筑平流层通信平台,并由地面几千个控制和交换中心支撑,可以实现覆盖全球90%以上的人口。
平流层通信具有地面通信和卫星通信二者的优点,互为补充,构成三足鼎立的三维通信体系,将对全球通信网的普及,对个人通信业务的兴起,对宽带视频业务的发展有着特别重要的意义。给发展中国家加速发展信息通信提供了极好的机遇。
(1)平流层通信的优点
①费用很低——天空站可自行升空、移动并定点,可进行地面维修、回收、更新和再部署,因此空间平台的制造、发射、维护、回收的费用只不过是卫星的1/10,用户终端的费用仅有100~200美元,有可能把电信业务费用普遍降低一个数量级,为世界各地的用户提供每分钟费用仅几美分的www业务及便携式可视电话业务。
②容量很大——天空站定点高度能实现较高的频率复用,用作因特网接口可向15亿多个64kbit/s数字通信用户提供优质服务,或者向3.75亿个用户提供256kbit/s的视听业务,有可能较现有系统容量提高一个数量级。
③适用性广——既适合于城市人口密集区,也适合于农村人口稀少区;既适合于固定业务,也适合于移动业务;既适合于窄带业务,也适合于宽带业务。
④提供业务快——空间平台一旦定点,无需部署全球信息基础设施或平台星座,即可向其服务区提供优质服务。
(2)平流层通信的关键技术
.平流层大气环境和电波传播;
.平流层天空站空气动力学;
.平流层信息天空站的材料和能源;
.平流层信息天空站的位姿测控;
.平流层天空站通信的体制和应用;
.平流层天空站通信的网络配置;
.平流层天空站通信的多址方式;
.平流层天空站通信的工作频段;
.平流层天空站通信的系统集成和仿真。
8 移动通信的未来——个人通信网的演进