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蜂窝通信技术的发展与竞争 ／
一
型
I 摘要 ：本文介绍蜂窝通信技术的最新发展，模拟技术向数字技术的转化，几种数字蜂窝标准的竞争
一
、 前 言
近年来，国内外移动通信技术发展迅速。蜂窝
通信、集群通信、无绳电话、个人通信等技术与系
统竟相登场，争芳斗艳ITDMA和CDMA多址技术
互争高低。其中尤以蜂窝技术与系统的发展最为引
人注目。到1994年年底，全世界蜂窝移动电话的用
户数已达 3000万户，并以年增长率 3O ～50 的
速度迅速增长。权威人士估计，到 2000年，全世界
的蜂窝移动电话用户将达到 1亿户。
我国自1987年在上海、北京、秦皇岛、广州等
地相继建立蜂窝移动电话系统以来，年增长率一直
超过 i00 。到 1995年底，用户数已超过 336万。估
计到 2000年，我国蜂窝移动电话的用户将达 1000
万户以上，目前，我国邮电部、中国联通公司，以
及广东、上海等省市都相继投入巨资，新建或扩容
蜂窝移动通信系统，以适应日益增大的市场需求。
二、模拟蜂窝与数字蜂窝
人们习惯于将模拟蜂窝系统称为第一代移动电
话，将数字蜂窝系统称为第二代移动电话 美国是
率先开发模拟蜂窝系统的国家之一，主要有AMPS
和 ARTS系统 ，分别于 1983年 1O月和 1984年初
投入运营。日本也是最早研制汽车电话系统的国家
之一 ，它 研制 的 900MHz大容 量 汽 车 电话 系统
(HCMTS)于 1979年投入使用 。北 欧四国开发的
NMT--450移动电话系统于 1981年投入使用 英
国的 TACS蜂窝系统于 1985年 1月投入运营。西
· 胡盘裹 电子部七所 高工
20
德的c一45O系统于 1986年 8月投入使用。法国的
RAD—IOc0M一2000系统于 1986年正式营运。加
拿大的 AMPS系统于 1985年 7月在多伦多投入使
用 我国于 1987年开始建立模拟蜂窝通信系统，基
本采用英国的TACS标准。
模拟蜂窝的主要特征是提出了蜂窝状小医制网
络结构}采用频率复用及多信道共用技术，提高了
频谱利用率和系统容量I采用越医切换及集团登记
等技术，方便计费和管理}计算机及智能技术的应
用 ，提高 了模拟网的管理水平。模拟网的发展标志
着移动通信的一次革命。
虽然模拟蜂窝系统采用了多种最新技术来扩大
容量、降低成本、缩小体积、减轻重量以适应用户
需要 ，但是，由于近年来全世界移动通信业务量的
激增，特别是在经济发达和经贸活跃的国家和地区，
模拟蜂窝已不能满足经济发展的需要，急需研制一
种容量更大、性能更好的移动电话系统。因此，第
二代移动电话系统——数字蜂窝通信系统便应运而
生了。
数字蜂窝通信系统与模拟网相比，有以下几个
特点：
1．频谱利用率高。每个小医支持的话务量 比模
拟网增加一倍}
2．系统容量大。在同样的区域内可容纳更多的
用户I
3．业务范围扩大。除传输话音外还可传输多种
数据业务，主要有：
· 调制解调数据业务
· 非限制性数字数据业务
· 专用分组数据装配、拆卸 (PAD)业务
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《移动通信》1996年第1期 ·缋值 ·
· 分组数据业务 。
· 短消息业务 (SMS)
· 三类传真业务
· 无线分组业务
4。话音质量明显提高，特别是在弱信号和干扰
大的环境下更是如此}
5．采用数字技术便于加密，提高了系统通信的
安全性；
6．可实现国际漫游。如 GSM 系统统一了泛欧
地区的体制，可实现跨国通信{
7．小型化。由于采用数字技术及集成化技术等
先进技术，可进一步压缩体积，减轻重量，方便用
户，有利于向个人通信发展。
表 1举例列出了模拟和数字蜂窝系统的性能特
点之比较，从中可以看出，数字系统在频谱利用率、
信道数量和系统容量等方面均比模拟网高得多。
表 1 数字和模拟蜂窝网之比较
项 目 AMPS模拟阿 ADC效字网
发射糍率 1 上行 825～845 824～849
(MHz) l 下行 87O～890 869～894
占用带宽 (MHz) 20 25
双工频率间隔 (MHz) 45 45
信道载额 间隔 (MHz) 6o15o交错 6o13o交错
多路复接方式 FDMA TDMA
调翩方式 PM xt4相移QPSK
总信道效 666 2500
典型小区半径 (kM) 2～2O 0，5～2O
频谱效率 (CH／MHz／Zone) 5，14 21．8
由于数字蜂窝系统符合移动通信技术的发展总
方向，即数字化、微小型化、个人化，因此，教字
蜂窝系统取代模拟系统将是不可避免的。专家们估
计，到 2000年，在全世界 1亿个移动电话用户中，
绝大多数将是数字化的，模拟制蜂窝电话终将被淘
汰 。
三、数字蜂窝的标准之争
在数字蜂窝技术的发展中，最引人注目的有三
种标准 ，即欧洲的GSM 系统、北美的Is一54(也称
DAMPS或 ADC)系统和 日本的PDC(也称JDC)系
统 。
GMS又称泛欧数字蜂窝移动通信系统或全球
移动通信系统 (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE
COMMUNIcATIONs)，它是欧洲 19国通过协议
制定的一种能在欧洲统一使用的数字蜂窝技术标
准。在此之前 ，欧洲各国使用的模拟蜂窝系统有多
种制式，难以互通。为统一体制，欧洲的一些大公
司提出了五种候选方案 (见表2)，GSM就是在综合
了这五种方案的特点之后制定的泛欧统一标准。
表 2 制定 GSM 的几种提案
系统名称 CD900 s_9OdD SHl-900 DMS-90 VIAT
推荐国家 蓥，法 德 法 瑞典 蓥
多路方式 TDMA TDMA TDMA TDMA TDMA
CP GTFM
调制方式 QPSK GMSK 6MSK 4FSK ／QAM
话音编码方式 SBC RELP SBC RELP RELP
编码速率(kb／s) 12，8 9。6 16 16 16
载频信道间隔 6MHz 259kHz 145kHz 3O0kHz 25k
每载频信道效 63 10 3 1O 4
GSM 系统采用时分多址 (TDMA)技术，系统
容量为 TACS的 3～6倍 ，调制方式为高斯滤波最
小移额键控(GMSK)，并采用了非线性功率放大器，
故具有等幅包络、窄带，相干检测能力好、带外辐
射小、输出功率谱好等优点。
GSM 从立项研究到正式商用经历了 8～9年的
时间，直到 1991年才开始正式营运 。到 1994年底，
全世界已有 8O余个国家和地区的 130多个营运公
司领取了 GSM 营运执照或准备 申请许可证，尚有
32个国家的59个公司签署采用 GSM 标准的备忘
录，其分布遍及欧洲、亚洲、中东、非洲、南美洲
和大洋洲。据预测 ，到 2000年 ，仅在欧洲的GSM 用
户便将达到 2000万以上。
日本作为经济技术大国也不甘落后，为了抢占
国际通信市场和满足国内用户的需要，近年来也积
极研制开发教字蜂窝系统。日本 RCR(射频系统研
究开发中心)1991年正式制定出PDC标准——
RCR STD。1992年又修订为RCR STD一27B。由于
该系统要扩展现有的公众电话网，所以只规定了空
间接 口标准以方便营运者。 日本的第一个数字蜂窝
网 PDC系统于 1 993年 3月投入使用。营运商 为
NTT DoCoMo。该系统明显的优点在于 ：其系统容
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《移动通信》1998年第1期 ·缘畦 ·
量为GSM的 2倍，且为了进一步扩展容量，已开始
制定半速率 (5．6kbit／s)的话音编译码规范 }该系
统使用了两个频段 (800MHz和 1．5GHz)，以便于
扩展用户基站}由于采用了=／4QPSK调制等措施，
其频谱效率在三种系统中是最高的}用户终端的尺
寸小、电池寿命长，这对用户是相当有吸 I力的。
PDC手持机与两种 GSM 手持机 的性能 比较 见表
3。
表 3 三种手持机之比较
特机 讲话 生产厂家 体积 重量
时间 时间
PDC (NTT Doc
184．8cc 260g 30hrs 60rains M
o)Di出 Mova
GSM (M otorola)
250cc 285g 12hrs 60rains
M icr0TAc 5000
GSM (Ericsson)
273、42cc 250g 7hrs 60rains
GH197
DAMPS系统是美国通信工业协会 (TIA)于
1989年制定的模拟／数字兼容的数字蜂窝标准。
由于北美模拟蜂窝标准比较统一，所以该系统
的特点在于谋求与现各模拟蜂窝系统兼容，因此，所
用频段及载频间隔均与模拟网相同，控制方式也与
模拟网相通，其差别仅在于通话检测和信道切换所一
用的信令不同。DAMPS系统的特点见表 1，从表 1
可以看出，该系统的频谱利用率是 AMPS的4．24
倍，信道数是 AMPS的3．75倍，数字系统占用带宽
多了 5MHz，相当于多了 500个信道。
表 4列出了GSM、DAMPS和 PDC三种蜂窝
系统的性能比较 ，从表 4可以看出：
(1)PDC系统的频谱利用率最高，分别为GSM
的 1．8倍和 DAMPs的 1．2倍I
(2)DAMPS系统的容量最大，其次为PDC和
GSM }
(3)PDC和 DAMPS系统均使用 =／4QPSK调
制方式，较之 GSM 的GMSK方式其调制解调器结
构简单，信道数增加 1倍以上I
(4)GSM 的各项技术成熟，标准公开，商品化
程度高 ；
(5)GSM 以开放系统互联 (OSI)为基础 ，定
义了许多接口规范，有利于开发新产品，拓展市场，
方便用户。
因此，目前有越来越多的国家和地区采用或准
备采用GSM标准
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表 4 三种数字蜂窝系统的性能比较
DAM PS
技术参数 GSM 系统 PDC系统 系统
上行工作频率 (MHz) 89O～915 824～849 87O～885
下行工作期率 (MHz) 935～96O 869～894 925～94O
总带宽 (MHz) 25 25 15
双工频率间隔 (MHz) 45 45 55
4OO／200 50／3O 50／25 载频信道 间隔 (MH
z) 交错 交错 交错
多址方式 TDMA TDMA TDMA
每载赣信道数 8 3 3
系统总信道数 1OOO 2500 18OO
传糖速率 (kb／s) 270．833 48．6 42
话音编码方式 RPE—LTP VSELP VSELP
编码速率 l声源 13 7．95 6．7
(kb／s) I纠错 9．8 5．05 4．5
调耐方式 GMSK ~／4QPSK ,／4( SK
小区半径 (kin) 0．5～l6 O．5～2O 0．5～25
话务量 40、0／km 74．8／km 90．S／km
频谱效率 ch／M~／Zone 5．7 8'3 1O
四、多址技术与数字蜂窝
寻求有效的多址技术，是目前国际通信界的热
点课题。适合多用户使用的多址技术有：FDMA
(频分多址)、TDMA (时分多址)和CDMA (码分
多址)。数年来，TDMA一直是数字蜂窝网的主要多
址通信方式。但是，i989年在美国推出CDMA实验
系统后，改变了人们的看法，因为实验结果表明，
CDMA是一种更有效的多址方式。
CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将
需传选的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带
宽远大于信号带宽的高速伪随机编码进行调制，使
原信息数据信号的带宽被扩展，再经载波调制后发
射出去。接收端由使用完全相同的伪随机编码，与
接收的宽带信号作相关处理，把宽带信号换成原信
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《移动通信)1996年第1期 ·缉堪 ·
息数据的窄带信号即解扩，来实现数据通信。
美国电信工业协会于 1993年7月 16日正式通
过了美国 QuALcoMM 公司提出的世界上第一个
cDMA蜂窝网标准Is一95，并相继通过了话音业务
标准 Is一96，基站基本性能标准 Is～98，数据业务
标准 Is一99。
与时分数字蜂窝系统 Is一54相比，采用 CD—
MA多址技术的数字蜂窝系统 Is一95具有以下特
点：
1．系统容量大
理论上码分数字蜂窝比时分数字蜂窝的容量大
2o倍 (实验系统 目前达到 1O倍以上)，这是由于：
(1)可采用 120度 的定向天线，提高了能噪比，
用户容量可增加 3倍 |
(2)采 用可变速率声码器 ，使 系统容量增加
250 ‘
(3)系统的软容量特性可使容量增加 50 |
(4)相邻小区可使用同一频率，因而频率利用
率高，扩大了系统容量。
2．话音质量高
其话音质量明显高于时分数字蜂窝系统，其原
因是 ：采用宽带传输方式，增强了抗干扰能力}采
用多种分集技术，提高了话音质量I采用过区软切
换技术，减少了对话音的影响 }采用功率控制技术 ，
优化了电磁环境。
3．保密性能好
这是由于：采用了扩频技术，降低了功率谱密
度，提高了信号隐蔽性|用伪随机码进行二次调制，
提高了保密性1隐蔽性、保密性的提高，使系统载
体不易被发现 ，提高了安全性 。
5．手机功耗小
IS--95手机的功耗为 AMPS的 1／4I为 Is一54
的 112。
此外，Is一95还有系统规划简单，不需频率规
划，易于和模拟系统同场地工作等优点。
表 5列出了分别采用 CDMA、TDMA 多址方
式的数字蜂窝系统的性能比较。
虽然 CDMA蜂窝网被看成是 21世纪的第三代
移动通信系统，但其技术成熟程度如商用化、标准
化等方面还有相当差距。为了使其尽快地付诸使用，
应当加快对 CDMA蜂窝网的关键技术如自动功率
控制、地址码选择、相关接收 、越 区软切换、多类
分集、话音编码等技术的研究和开发。
表5 IS一95与IS一54数字蜂窝系统之比较
系 统 Is一54 ls一95
工作顿段(MI"Iz) 800 800
多址方式 TDMA CDMA
收发间隔(MHz) 45MHz 45MHz
信道教 每个射顿 3十倍遭 每个射顿64十信遭
第一十信遭 1．77MHz 射频带宽
30kHz
其它信道1．23MHz
QPSK(基台) 调制方式
,／4一QPSK OQ
PSK(移动台)
话音编码器 VSELP编码器 可变速率 CELP编码辅
FACCH；1／4卷积码 信道编码 卷积码
．K= 9
SAACH：1／2卷积码
话音 编码速 率 7．95(声蔼)
1．2／2．4／4．8／o．6
(k／bs) 5．05(纠错)
越区切换 有 有．软切换
小区半径(km) O．5～2O 0．5～10
提供业务 话音，数据 话音，数据
标准化程度 好 差
应咀程度 已运昔 实验系统
小区顿革规划 需要 不需要
移动台峰 9～3l 4．8～16l 0．2～1IO．5～2．5{
值功率(w) 1．8～0．6l1．25～良3 1．25～良3
五、结 语
世界蜂窝移动通技术信正在从模拟向数字方式
过渡，三种数字蜂窝体制在平衡发展和竞争。对CD-
MA多址技术的开发和应用正在加紧进行。我国的
移动通信市场也出现了前所未有的竞争局面。我们
在引进开发数字蟑窝系统和技术的同时，还要加强
对蜂窝系统和有关技术，特别是CDMA等技术的跟
踪和研究，使我 国的移动通信技术和业务跃上新水
平 。
主要参考文献
1 Better Mobih Da仙 Serv ce5 with GSM ”，Cd1Il1ar＆
Mobile Internationa1．Jan／Feb．1994．P．38~ 46．
2邮电都传输所 ．电子都七所 数字移动通信系统技术
研究报告 ．电子部七所馆藏资料 ．
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