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人们常把有线固定通信和无线移动通信作为信息基础结构NII/GII的两大组成部分。近年来它们都以明显的快速步伐向前推进而且进入新世纪后将更加快速发展为兴旺的信息时代作出贡献。传统的有线固定通信网是“公用交换电话网”PSTN长期来一直保持平稳扩大建设促使人们普遍装用固定终端的电话机。但是自90年代中期起国际互联网Internet兴起使全世界的传统通信网受到前所未有的巨大冲击。广大的通信用户开始普遍装用计算机数据通信的业务量每年急剧上涨其增长率远远超过传统电话的每年增长率。按照这样的势头进入新世纪后的五年左右全世界的数据信息业务量总数将追上电话信息业务量总数而且以后超过的越来越多。因此未来的通信传送网将是以数据信息为重点的分组交换网Packet Switching并且承担电话通信的传送不再利用原有的电路交换Circuit Switching但仍保证电话特有的业务质量QoS指标。随着计算机技术改进和功能加多数据通信将延伸至包含音频、视频信息配合的多媒体通信。这样未来的有线固定通信网将能承担所有信息业务传送的统一通信网必将是大容量通信网。
无线移动通信网主要是各地城市的蜂窝网Cellul Network每一城市分成若干个蜂窝区每区中心设置无线电基台Base Station区内所有移动终端和个人无线手机各与基台直接经由无线线路连通称为无线接入Wireless Access。移动通信原来是只通移动电话近来也和有线网一样容许移动用户于需要时接上Internet,传送数据信息并且随着计算机的改进将来也要传送包含音频、视频信息配合的多媒体通信。移动终端经过无线接入基台又经由基台连往移动通信交换中心MSC除了由无线线路连往同一蜂窝网的其它无线电基台外还连往有线固定通信网的城市交换局。这意味着无线移动通信网要与有城固定通信网相连接。移动终端和个人便携手机如欲与同一蜂窝区或同一城市的移动终端或个人手机直接相互通信当然可由无线移动通信网来接通。但无线移动通信网仅限于本城市的蜂窝网不同城市的蜂窝网仍需由全国性的有线固定通信网来接通。任一无线移动手机如欲实现国内或国际通信必须经过无线接入然后由有城固定网接通。由此可见有线固定通信网既承担所有由有线接入的各种各样通信业务包括原来PSTN用户所需的通信业务又要承担无线接入的各种通信业务所以固定网的通信业务量总数特大而且逐年加大在设计未来的全国有线固定通信网时必然要精细测算考虑大容量而且逐年增加容量的趋势。这就要求传输线路和通信网内部设备都能方便地按需要加大容量。
鉴于过去数字通信网使用的时分多路TDM虽然作出很大贡献数字体系从PDH进化为SDH但其最高数字速率已难于再提高因而成为通信网继续加大容量的“电子瓶颈”。可幸光纤作为传输线路具有巨大的潜在容量可以发掘利用。而且从90年代中期起波分多路密集波分多路WDMDWDM在光纤线路上投入商用显示出无比优越性。于是有线通信网中的干线几乎全部采用光纤并装上波分多路系统而通信网本身内部为了便于未来扩大容量已开始考虑从电网进化为光网Optical Networking采用以WDM为基的各种光器件组件以实现波长路由和交换等功能从而可以进一步加大网的容量能力。对于使用电话通信的人们虽然过去安装的固定终端电话机运行可靠但与近年推广的便携无线手机相比用户觉得各自随身携带一部手机一个号码随时随地可以拨打电话找到对方立即通话比过去固定终端灵活方便得多。所以近年来移动通信手机的销售量剧增。国际上推测不到2010年全世界用户拥有移动无线手机总数将与装置固定电话终端机总数相等而且用户需要呼叫电话时更乐于使用手机。现在无线移动通信网不仅提供通电话还在设法让便携计算机互通数据信息甚至多媒体通信仅仅因为无线电频谱资源毕竟有限无线移动通信能够提供每路信号的频带宽度没有象有线固定通信那样宽裕。所以在用户需用带宽很大的通信业务的情形例如用户上网需要Internet/WWW长时间提供特别大量数据信息或者用户需要在家里收看特定的高质量文娱电视节目或电影片时利用“点播电视电影”VODMOD业务就有必要利用“有线接入”。概括地说进入新世纪不到十年对通信业务的发展有两个极其重要的预测一是大约2005年全世界数据信息业务量总数追上与传统电话业务量总数相等其后逐年超过二是大约2010年全世界无线移动通信用户总数增加多至与传统有线固定通信用户总数相等。由此有线固定通信网的容量将越来越大而无线移动通信网的手机越来越普遍今后两类通信网技术必将一同持续地快速发展。
蜂窝网从模拟至数字、将进入第三代无线移动通信最基本和最主要的一种是利用蜂窝网方式。它避免了一个城市使用大功率无线电发射台、覆盖直径40km面积的旧设想而把一个城市按蜂窝网形状划分为若干互相靠近的六角形区每区图形半径可以小于1km.在这样的蜂窝区的中心设立无线电基台BS发射功率较小可与区内所有移动终端MS或个人随身携带的手机随时取得联系。当某一MS从一区移动至邻近区就改与邻近区的BS联系称这种“交接”为“越区切换”。某区BS使用的波长与邻近区BS的波长不同但与隔一、二区的波长可以相同称为“频率再利用”不会引起干扰这是蜂窝网的优点节约利用无线电频谱资源。80年代初期蜂窝网移动通信开始商用那时使用模拟电话由于集成电路进步快又由于话音编码和数字通信技术研制都很成功。到了80年代下半期蜂窝网发展至数字式称为第二代技术。在过渡时期移动手机可以双模运用既可用于模拟电话又可用于数字电话。那时欧洲有标准组织 GSM后来在900MHz频谱普遍运用的第二代称为GSM。在开始时数字式移动电话利用“时分多址”TDMA。90年代中期又出现“码分多址”CDMA也在90年代中期美国指定18501990MHz的 14OMHz宽度的频谱供“个人通信业务”PCS使用这些都一直持续至90年代后期保持不断的发展势头。
正在3G系统技术持续蓬勃发展的时期现在正在开始趋于使用第四代移动通信技术既要尽量采用可预见的先进技术又要照顾现已装置的系统设备再要订定全世界都认可的标准普遍称为IMT-2000设备采用2000MHz频谱于2000年起开始试用。这种3G系统不仅保持移动电话还要十分重视开展数据通信使无线系统和有线通信网一样重视数据传输包括Internet/互联网规约IP和宽带业务以至数据速率为2Mbs的多媒体通信。国际标准组织已经评审各国提交的无线电传输方案包括我国的方案有频分双工FDD、CDMA、TDMA,还有时分双工TDD的CDMA。总是没法使无线通信在性能、成本和容量等方面都显出优势。在无线数字式移动通信为了充分节约利用频谱话音编码Speech Coding技术非常重要。这与有线通信大不相同有线数字电话利用脉码调制PCM, 每路电话64kb/s或自适应脉码 调制ADPCM,每路32kbs对通信网络容量没有困难。无线通信的话音编码从早期的“线性预测编码”LPC至80年代开始的“码激励线性预测”CELP每路话音的数字速率降至5~13kbs。同时在编码过程中还要考虑克服无线电波传播过程引起损害和背景噪音保证通话质量。到了3G系统还要考虑多媒体通信所需的音频和视频的编码技术既节约频谱、又保证通信质量。
每一无线电基台一般需要设置几套射频收发信机。现在从模拟过渡至数 字化将充分利用数字信号处理DSP和专用大规模集成芯片ASIC并趋向于使用越来越多的新型软件导致可编程的基台容许使用多种空中接口Air Interface标准。基台将使用宽带线性功率放大和宽带射频器件便于增加数字内容使数字处理尽量靠近天线使多个射频同时处理又使软件完成更多的功能。由于数字移动通信支持多个用户利用CDMA或TDMA多址通信数字式可比模拟式减少无线电收发信机数可在较宽频带进行处理又容许在较高频率处理从基带至中频又至射频都利用数字处理。当基台这样充分利用可编程器件时它们就称为“软件无线电”变得相当灵活而且容许基台设备更容易配合“智能无线”。移动终端和无线手机也将趋向于软件无线电。当业务和标准技术有所改变时软件无线电可以很快适应新技术不需大量更换设备因而投资成本可以降低。加多利用数字信号处理可促使无线通信的智能天线技术得到有利的发展。智能天线需要使用多个天线。基台往往有几个定向天线各分管一个扇形区对该区内移动终端的无线接入特别有利还可能让多个束射经过自适应过程进行快速换接以获得最好的孔径增益、分集增益、和遏止干扰导致性能改进。接收天线如采用两个天线分支在空间有足够的隔开就可获取空间分集的好处如只有一个无线则利用极化分集也可得到好处。在自适应智能天线发送装用多个天线可取得更多好处。对于TDMA系统智能无线可以加大通信容量由反向线路传来的信号进行处理可使正向线路的束射调整得最好。对于CDMA系统所有移动终端使用同一频带只是编码不同。
到了3G系统用户如使用较高数据速率可以指定特殊符号以控制自适应天线处理来减小用户间的干扰从而加大通信容量即在有几个用户使用高速数据时仍容许较多用户通电话。无线移动通信网有时为了公共安全的原因需要相当精确地测定某一移动终端或个人在某一时间移动至地理上的位置称为定位技术。现在已有一种独立的手持机能够附带设备利用全球定位系统GPS在室外测定移动个人自己的位置。将来进入3G时代个人移动无线手机本身可能附有定位功能它在得到网的协助下进行定位工作不必另外携带独立的GPS手持机。就是说新式的移动通信手机附装协助的AGPSassisted GPS), 测定自己在室外甚至室内的地理位置。通信手机于需要时由网提供情况不必由通信手机本身连续跟踪GPS卫星。蜂窝网3G系统向未来的分组交换有线网看齐着重于提供尽量高速率的数据通信。蜂窝网也要提供不对称数字传输。象有线网的不对称数字用户线ADSL那样无线电基台至用户的方向提供较高速率的数据传输。有线网是在交换局设置多载波离散多音调DMF装备而无线网是在基台设置多载波正交频分多路OFDM装备这对于移动用户接上Internet索取大量信息时非常需要。
无线移动通信除了大部分依靠城市蜂窝网、如上节所述外还有卫星通信也非常重要大有发展前途。同步卫星对固定通信和广播已经多年实践证明极为可靠还可有利地提供远程移动通信、低轨道、中轨道卫星通信。如在技术、设备、成本各方面深入研究仍能大有作为对全球个人移动通信发挥作用。同温层平流层无线通信已有方案提出如继续具体研究对固定通信和移动通信都有独特作用。此外无线固定通信包括人们熟知的微波数字接力通信和最近提倡的无线用户环路WSL在人口较少的地区很适用它们与建设光纤光缆和有线市内电话用户线相比有建设较快、投资较少的优点。毫米波无线电通信和无线红外线通信已在多处安装试验证明对短距通信有好处。总之国际上不少实际应用和试验经验表明无线通信优点很多值得扩大实际使用范围。可以断言在进入新世纪后无线通信必将与有线通信一同快速发展和互相配合应用不愧为信息基础结构的两大组成部分。同步轨道运行的卫星过去提供可靠的国际通信和电视传播享有盛誉。近年加强开发尤其对卫星内部的转发器放宽传输频带、加大发射功率、改进天线效率甚至加装ATM设备扩大业务功能以致地面应用越来越增多。一种应用是在地上安装“甚小孔径天线”的卫星站称为VSAT为大企业的广域专用通信提供方便。同步卫星也可能对地面提供远距移动通信但地面移动终端需装较大的对星天线而且在高楼林立的城市 中心电波传播有困难。为此对地面的全球移动通信曾另行研制发射低轨道、离地面几百至一千公里的几十颗移动卫星族称为LEO。又曾研制发射中轨道、离地约一万公里的十颗移动卫星族称为MEO。相应地原来离地面36000km、与地球同步运行的三颗卫星族称为GEO。虽然最近LEO系统Iridium在开放商用后不久就受到挫折另一系统Globalstar正在开放商用可能顺利进行但应该冷静地对待。这些LEOMEO全球无线移动通信系统的理论和技术是正确的但经营商对用户需求的条件、移动手机的设备和成本以及向用户收费不宜过贵等问题似乎预先考虑得不够周到。如能认真吸取经验仔细分析原因很可能得到圆满成功我们可以热情期待着美好的前途。无线固定通信也要向前发展充分利用无线特有的优点但无线通信受到无线电频谱资源的限制为了继续开发应用必须考虑提高运用频率或缩短运用波长即从微波厘米波延伸至毫米波、甚至红外波。在这样的延伸进程中必将遇到新的电波传播问题和器件问题都要逐一妥善解决应该受到有关各方的支持和鼓励。
在20世纪通信技术得到了发展21世纪的通信技术发展将向着宽带化、智能化、个人化的综合业务数字网技术的方向发展。我们期待通信技术发展给我们带来更多的惊喜。
