IMT—20O0對優(yōu)化移動網(wǎng)的影響

　　20O0國際移動通信(IMT——2OOO：International Mobile Telecommunications 2000)是由國際電聯(lián)(ITU)提出的第三代移動通信系統(tǒng),其目的在于形成全球統(tǒng)一的頻率、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、實現(xiàn)全球漫游和提供多業(yè)務(wù)的服務(wù)。其無線傳輸技術(shù)主要是借鑒了美國的寬帶cdma 2OOO、歐曰的WCDMA和歐洲的 TD— CDMA技術(shù)。



一、 IMT—20O0對于優(yōu)化移動網(wǎng)提供的前景



　　網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化通常需根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)量的預(yù)測、用戶的分布情況及地理位置來分配合理的信道總數(shù)及小區(qū)每扇區(qū)的信道數(shù)量，設(shè)計出合理的天線架設(shè)高度，確定天線的方位和俯仰角。然后根據(jù)對覆蓋區(qū)的場強測試情況，來修正信道機的發(fā)信功率及糾正天線的方位和俯仰角，以最大限度地滿足移動用戶通信需求，提高通話質(zhì)量。移動網(wǎng)優(yōu)化時，頻率的合理分配和系統(tǒng)容量的設(shè)計，通常是影響移動網(wǎng)性能的兩個主要因素。



　　1.移動網(wǎng)的頻率規(guī)劃



　　我國的第一代模擬移動通信系統(tǒng)A網(wǎng)和B網(wǎng)采用的技術(shù)為TACS制式的頻分多址(FDMA)技術(shù)。它采用模擬調(diào)頻技術(shù)把不同用戶的話音信號調(diào)制到不同的載波頻率上，不同的移動臺利用不同的載波頻率來完成多址連接。 FDMA技術(shù)成熟且較簡單，但由于同樣的頻率不可能在所有的小區(qū)中使用，且頻分多址的信道帶寬是固定的，對于可變速信號的傳輸比較困難，其頻率的規(guī)劃相對復(fù)雜。



　　我國的“全球通” GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用的是時分多址(TDMA)技術(shù)。它分配給備移動臺的信道不是一個特定的載波頻率，而是周期性脈沖序列的某個時隙。移動臺在規(guī)定的時隙內(nèi)向基站發(fā)射信號，基站根據(jù)規(guī)定的時隙來區(qū)分用戶地址。因此 TDMA對于話音和數(shù)據(jù)的傳輸、可以分配用戶多個時隙、達到信道速率可變。然而其頻率、時隙指標(biāo)的分配也很復(fù)雜。



　　第一代 E—TACS模擬移動通信系統(tǒng)，我國只得到了 6OO個頻道的頻率分配指標(biāo)；而具有25M帶寬的第二代GSM9OOM數(shù)字移動系統(tǒng)，我國的兩個運營部門只分別得到了6MHz和4MHz的帶寬。由于頻率資源的限制及其技術(shù)在頻譜利用上的效率不高，再加上小區(qū)的覆蓋半徑受到過多的條件限制，使得不少基站的站址選擇條件不盡人意。有些基站為滿足用戶的發(fā)展需求，不得不提前對小區(qū)進行分隔；有些基站由于位置欠佳，而存在相互干擾問題。對于一些高密度覆蓋區(qū)，因頻率資源的限制而無法再擴容。雖然目前 GSM系統(tǒng)已擴展為9OOMHz／l8OOMHz雙頻段，DCS18OO又增加了 2X 10MHz頻率資源，但據(jù)有關(guān)人士預(yù)測，即使再加上 2OMHz X DCSl80O，也仍然不能滿足移動用戶的未來需求。這也給目前的GSM網(wǎng)的優(yōu)化帶來了一定的困難。



　　IMT—2000的無線傳輸技術(shù)已基本統(tǒng)下采用碼分多址技術(shù)。 CDMA技術(shù)使用單一的頻率，頻率可以在整個系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)重復(fù)使用。不同用戶傳輸信息所使用的信號不是靠不同的頻率或時隙來區(qū)分，而是利用各自不阿的編碼系列來區(qū)分。用戶信號不是占用固定的時隙，而是整個頻帶。 CDMA的每個信道分配的是一個偽隨機二進制的編碼，不同的用戶受互不相關(guān)的偽隨機編碼系列的調(diào)制。由于CDMA采用一組正交碼實現(xiàn)多用戶共享資源、其頻率規(guī)劃簡單、頻譜利用率高。 CDMA系統(tǒng)的小區(qū)復(fù)用系數(shù)為 l，其系統(tǒng)容量只受限于系統(tǒng)移動臺的相互干擾。目前的商用CDMA系統(tǒng)(IS—95)，由于采用了 64位Walsh正交擴頻碼序列，反向信道采取非相干接收，使得反向信道成了擴展容量的瓶頸。 IMT-2O0O在反向鏈路普遍采用了相干接收方式，克服了反向信道對容量的限制；同時 CDMA單位載波信道數(shù)的增加可使小區(qū)用戶的收發(fā)信機的數(shù)目大大減少，使用戶的投資顯著降低。利用 IMT—2OOO的智能天線，可在滿足給定信號接收質(zhì)量的前提下，增加有效通信用戶數(shù)。



　　IMT—2O0O使用全球統(tǒng)一的工作頻率，使手機具有全球漫游的功能。其使用的頻譜為：1885MHz—2O25MHz， 2110MHz— 2200MHz(共23OMHz);l98OMHz一 2OlOMHz，217OMHz— 22OOMHz(只供衛(wèi)星使用)，為移動網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了美好的前景。



　　2.移動網(wǎng)的系統(tǒng)容量



　　系統(tǒng)容量的大幅度提高是IMT—2O0O給移動網(wǎng)優(yōu)化帶來的重要特征。CDMA由于采用了偽隨機二進制編碼方式區(qū)分用戶信道的擴頻技術(shù)，使得在有限的頻段內(nèi)可以提供比模擬系統(tǒng) FDMA大 l0—20倍的容量，比TDMA數(shù)字系統(tǒng)大 4— 6倍的容量。



　　目前的窄帶 CDMA系統(tǒng)的正向傳輸信號(基站到移動臺)和反向傳輸信號(移動臺到基站)仍然和FDMA與 TDMA技術(shù)一樣，都分別采用兩個頻段，即頻分雙工的方式。在第三代移動通信系統(tǒng)中反向鍵路普遍采用了相干接收方式，克服了TDMA中反向信道容量限制的瓶頸效應(yīng)。



　　另外， IMT—2OOO可以使用多種技術(shù)，如干擾抑制技術(shù)、智能天線、多用戶檢測、利用多徑能力、擴頻編碼、RAKE接收機、開／閉環(huán)功率控制等。充分挖掘無線信道的潛力，從而獲得系統(tǒng)容量的大幅度增加。當(dāng)然，系統(tǒng)容量的提高和覆蓋范圍的擴大均應(yīng)通過精確地調(diào)控系統(tǒng)的內(nèi)外干擾予以實現(xiàn)。 IMT—3OOO是一個干擾受限的系統(tǒng)，否則其優(yōu)勢會大打折扣。一般來說， IMT—2OOO系統(tǒng)設(shè)計時，其基站的設(shè)置仍應(yīng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)。



　　3.用戶密集區(qū)和稀少區(qū)的覆蓋



　　IMT—2O0O對于用戶稀少及用戶密集的覆蓋問題，都有較好的解決方法。對于稀密度的覆蓋將通過衛(wèi)星傳輸?shù)玫胶侠斫鉀Q；而對于業(yè)務(wù)密集區(qū)可建立分層小區(qū)，各層采用不同的載波，而對于頻譜受限而無法采用分層的小區(qū)，則可采用自適應(yīng)天線陣來提高小區(qū)的覆蓋面。



　　IMT—2000系統(tǒng)由于頻譜利用率高、系統(tǒng)容量可大幅度提高，從而同頻帶內(nèi)可容納的用戶數(shù)亦大大提高。對于相同用戶數(shù)所需基站數(shù)大約為TDMA的一半。這樣，移動網(wǎng)的工程造價大幅度下降，可節(jié)約管理和維護開支。



二、IMT—2O0O對移動網(wǎng)通話質(zhì)量的改善



　　移動網(wǎng)的通話質(zhì)量與噪聲、干擾、電磁波在傳播中的電乎衰落、建網(wǎng)時因優(yōu)化欠佳造成基站間的相互干擾或盲區(qū)、越區(qū)切換時掉話、信道過忙使得通話質(zhì)量降低等因素有關(guān)。通話質(zhì)量除取決于建網(wǎng)時移動網(wǎng)的優(yōu)化外，同移動通信系統(tǒng)所采用的無線傳輸技術(shù)、體制和移動設(shè)備的技術(shù)性能也密切相關(guān)。



　　1.信噪比的提高



　　噪聲是影響移動通信質(zhì)量的主要因素。通常，噪聲是由移動通信系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲(如接收機噪聲)和外部噪聲(如自然噪聲、人為噪聲)組成。當(dāng)移動通信系統(tǒng)工作在 15OMHz以下時，其噪聲源較多，除了大氣噪聲、宇宙噪聲比接收機的內(nèi)部噪聲小、可以忽略不計外，其它的噪聲源都需加以考慮。當(dāng)工作頻率在 1GHz附近時，人為噪聲(尤其是城市噪聲)對移動通信系統(tǒng)的通話質(zhì)量影響較大。當(dāng)工作頻率在 2GHz附近時，人為噪聲遠小于移動系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲，對通話質(zhì)量有影響的噪聲主要為其自身系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲。



　　目前的 E— TAGS模擬系統(tǒng)和GSM數(shù)字系統(tǒng)的工作頻率都小于lGHz，大量的城市噪聲對通話質(zhì)量產(chǎn)生了不同程度的影響。 IMT-2OOO系統(tǒng)的工作頻率為 2GHz，人為噪聲對其系統(tǒng)的影響非常小，其主要噪聲為IMT—2O0O系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲。而基于 GDMA技術(shù)的 IMT—2OOO系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲主要取決于通信時的用戶容量。 IMT—2O0O系統(tǒng)在同一小區(qū)內(nèi)的許多用戶與相鄰小區(qū)的許多用戶工作在同一頻率上，隨著同時工作的用戶數(shù)目的不斷增多，多址干擾的電中會越來越大，達到某一程度時，接收地點的信號電平與干擾電平之比值會因達不到要求而影響通信。 IMT—2O0O的智能天線、扇區(qū)化、話音激活因子V及 RAKE接收機等都可提高系統(tǒng)的容量。目前的窄帶 CDMA的背景噪聲已接近了有線電話的背景噪聲。



　　2.抗干擾的性能



　　移動通信系統(tǒng)中，抗干擾歷來是最受重視的性能之一。干擾通常有同頻干擾、鄰額干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。同頻干擾指相同頻率的干擾，在移動網(wǎng)建設(shè)的早期，由于設(shè)站位置的海拔較高，發(fā)射功率過高，往往對邊遠的基站產(chǎn)生同額干擾。鄰頻干擾是指相鄰頻率間的干擾，產(chǎn)生鄰頻干擾的原因在于頻率資源不足，頻率分配欠佳，而引起小區(qū)間的頻率干擾。目前的模擬A網(wǎng)及B網(wǎng)在用戶密集區(qū)很容易產(chǎn)生鄰頻干擾�；フ{(diào)干擾產(chǎn)生于傳輸信道中的非線性部件。造成互調(diào)干擾的主要因素有：發(fā)射機的互調(diào)、接收機的互調(diào)和天線、饋線、雙工器因接觸不良而產(chǎn)生的非線性作用。阻塞干擾在于鄰近頻率的強干擾信號進入了接收機而造成接收機的信道阻塞，其主要原因在于接收機的靈敏度欠高、動態(tài)范圍過大。



　　IMT-2OOO系統(tǒng)不同基站的信號是通過導(dǎo)頻信號的時間偏移來區(qū)分的。導(dǎo)頻信號的時間偏移的干擾問題相對比較容易解決。 CDMA系統(tǒng)的干擾主要為地址碼間的多址干擾。在實際的 CDMA系統(tǒng)中，各地址之間不是正交的，它們之間存在一定的相關(guān)性，這種相關(guān)性導(dǎo)致的多址干擾是影響IMT—2OOO性能的主要因素。IMT—2O0O提供多種手段將多種干擾減到最低限度。



　　① 功率控制技術(shù)



　　功率控制即根據(jù)移動臺離基站的距離來調(diào)整發(fā)射功率的大小。第三代移動通信系統(tǒng)不僅在反向鏈路上進行了發(fā)射功率的控制，在正向鏈路上也進行了發(fā)射機功率的控制。理想的反向鏈路功率控制可使所有移動臺的信號在接收機處的功率相等，完全克服因 GDMA使用單一頻率進行信號的發(fā)送及接收而產(chǎn)生的“遠近效應(yīng)”。正向功率的控制在于基站根據(jù)移動臺的功率需要加以調(diào)整，以滿足移動臺的功率要求并降低對相鄰小區(qū)的干擾。通過功率控制，可防止信號突然增強而對其它用戶產(chǎn)生的附加干擾；并在傳輸條件惡化時，可防止增加其它用戶的背景噪聲。



　�、� 擴頻技術(shù)



　　采用擴頻技術(shù)�？山档腿魏纬霈F(xiàn)在信道中的干擾在接收端的擴頻增益。同時也降低信號本身對其它信號的干擾，通過擴頻可以很好地抗多徑干擾。



　�、� 智能天線



　　智能天線是一種多波束、用戶跟蹤、自適應(yīng)定向的天線陣，當(dāng)移動用戶數(shù)一定時，可以減少其他用戶信號的干擾和影響。



　　④ 干擾抑制技術(shù)



　　干擾抑制技術(shù)可在一定程度上減少同頻干擾的影響，實現(xiàn)多用戶的檢測。采用 2— 2級干擾抑制器，還可使系統(tǒng)的容量增加 3O％。



　　⑤ 不連續(xù)發(fā)射



　　第三代移動通信系統(tǒng)可以采用不連續(xù)的發(fā)射。通話過程中的靜音階段在無線接口上不發(fā)射信號，從而降低發(fā)射功率和干擾，并可使移動臺的待機時間和通話時間大大延長。



　　3.抗衰落性能



　　移動通信的電波在空中傳播時，隨著移動臺的移動，會引入因氣象條件變化和障礙物阻擋引起的陰影效應(yīng)(即慢衰落)：和由于多徑傳播引起的瑞利衰落(即快衰落)。由于快衰落的深度大且變化快，而成了影響移動通信質(zhì)量(尤其是數(shù)字移動通信)的關(guān)鍵因素。在 GSM數(shù)字系統(tǒng)中，采用了空間分集加自適應(yīng)均衡器的抗衰落措施。 GSM系統(tǒng)的兩付天線之間的空間分集間距一般為2O— 3O入(入為波長)，即 6米— 8米。有時由于受天線架設(shè)條件的限制而選擇4米。其自適應(yīng)均衡器的范圍往往有限，當(dāng)多徑時延超過其均衡窗口時，其系統(tǒng)的信號就無法解調(diào)。



　　在IMT-20OO系統(tǒng)中，可以采用多種分集措施，從而大大提高其系統(tǒng)的抗衰落性能。



　�、� 空間分集


　　IMT—20OO可采用智能天線的空間分集接收，并采用數(shù)字信號處理技術(shù)。通過先進的數(shù)字信號處理器與復(fù)雜的算法相結(jié)合，達到抗多徑衰落，減少干擾，并相應(yīng)地增加系統(tǒng)的容量。



　　② 頻率分集



　　可高效利用寬帶信號所提供的頻率分集性。由于 IMT-20OO是寬帶移動通信系統(tǒng)，由多徑衰落引起的信號損失在很多情況下是部分信號的丟失。對于寬帶信號的全頻譜來說，只是降低了 CDMA的部分信號功率。



　�、� 時間分集



　　IMT—2000采用了相干接收(RAKE)機，利用寬帶信號的解擴相關(guān)處理、能給出更精細的多徑信號，多徑信號越細，越接近一個穩(wěn)定的傳播信號；傳播信號路徑能分解得越單一，接收信號就越穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)的信號比窄帶 CDMA系統(tǒng)的多徑信號更加穩(wěn)定，起伏衰落更小。



　　同時， IMT-2OOO系統(tǒng)的擴頻技術(shù)、功率控制、不連續(xù)發(fā)射等其他技術(shù)，也可以抵消因衰落而對通信質(zhì)量造成的影響。



　　4.全網(wǎng)接通率



　　由于 W—CDMA系統(tǒng)對用戶信號的區(qū)分只依靠所用碼型的不同，當(dāng)IMT-2OOO系統(tǒng)滿負荷時，另外增加少量用戶數(shù)，只會引起話音質(zhì)量的輕微下降，而不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。因此W—CDMA的系統(tǒng)容量與用戶數(shù)之間存在一種“軟”關(guān)系，其系統(tǒng)具有“軟容量”或“軟過載”的特性。正是由于這種特性，可使其系統(tǒng)支持過載的切換用戶，直到其切換成功，而避免了 FDMA或TDMA系統(tǒng)用戶在切換過程中，因找不到可用信道或時隙而必須中斷通信的現(xiàn)象。再加上CDMA的越區(qū)切換只需改變碼型，無需切換頻率，其管理和控制相對簡單。



　　5.對多業(yè)務(wù)的支持



　　對多業(yè)務(wù)的支持是開發(fā) IMT—2OOO的一個重要因素。就目前 ETSI已通過的 W—GDMA無線接口來說，其接口將逐步達到 2Mb/s以上的傳輸速率，可支持高速數(shù)據(jù)通信、Internet/Intranet、電視會議等多種業(yè)務(wù)。適應(yīng)了移動網(wǎng)向綜合化、全球化、個人化發(fā)展的大趨勢。



　　結(jié)束語



　　我國從 l987年在珠江三角洲開通第一個蜂窩移動通信系統(tǒng)以來，其覆蓋面、用戶數(shù)均以驚人的速度在發(fā)展。至 l999年底，移動通信用戶已高達 430O萬，覆蓋面已遍及我國的 3O個省、市、區(qū)的3OO多個地市級城市、150O多個縣。我國已發(fā)展成僅次于美國、日本的第三大移動通信用戶大國。



　　在移動用戶數(shù)量高速發(fā)展的同時，移動通信的技術(shù)含量和業(yè)務(wù)功能也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。目前．我國不僅建起了TACS模擬移動網(wǎng)，還建設(shè)了數(shù)字 GSM、 CDMA和 DCS-18OO移動通信網(wǎng)。 l997年 GSM數(shù)字移動用戶數(shù)已超過了模擬移動電話用戶數(shù)，占移動電話用戶總數(shù)的52％左右，到l999年底， GSM用戶已超過 35OO萬用戶數(shù)，位居世界首位。



　　對于中國這樣一個移動通信發(fā)展大國，密切跟蹤世界移動通信新技術(shù)的發(fā)展，改進已建的GSM系統(tǒng)、模擬 TACS系統(tǒng)的通話質(zhì)量顯得尤為重要。在前兩代移動通信系統(tǒng)中，國產(chǎn)化的設(shè)備極低。希望我國的科研和生產(chǎn)能從移動網(wǎng)的優(yōu)化、通話質(zhì)量的提高上，在第三代移動通信系統(tǒng)中跨上一個新的臺階。



摘自《移動通信在線》