个人通信综述

▲ 个人通信（ＰＣ）将实现真正的个人之间的通信

▲ 实现个人通信的各种关键技术近年来发展很快

▲ 将现有各种电信网络互联形成异构型互联网是实现个人通信的一种行之有效的途径

    个人通信在概念上较之传统的通信有着质的变化，它将目前终端至终端的通信变成真正个人与个人之间的通信，使个人摆脱终端的束缚。使任何个人（Ｗｈｏｅｖｅｒ）在任何地点（Ｗｈｅｒｅｖｅｒ）的任何时间（Ｗｈｅｎｅｖｅｒ）可以通过个人电信号码直接联系到任何被叫个人（Ｗｈｏｍｅｖｅｒ）进行任何一种形式（Ｗｈａｔｅｖｅｒ）的电信业务，即所谓５个Ｗ，实现在三维空间的移动中始终保持通信能力的完全的个人移动性。

１ 个人通信的主要前提

     从上述基本概念看出为了实现人类这一美好理想，必须具备的５项前提条件是大容量、全覆盖、移动性、智能化与低费用。也只有现代通信经过一个半世纪的发展，特别是近十年来有线固定通信和无线移动通信两大领域的高速发展，才初步具备了５项前提条件，为通信业务由工作需求向大众需求发展奠定了基础，才有可能在这一背景下将人们梦寐以求的朦胧幻想具体化，提出比较明确的为全球６０亿人解决个人通信的设想。

（１）大容量

    个人通信将终端延伸到了具体的个人，面向整个世界大众市场，最终其网络容量将相当于全球人口总数的９０％左右，终端总数将达５０亿以上。光纤通信的发展为有线通信网的大容量奠定了可靠的技术基础，传输速率以每十年增长１００倍的速度在飞速发展。目前商用光纤系统的速率为８０Ｇｂｉｔ／ｓ，这意味着一对光纤将传送１００万路电话信号。下世纪初实用化密集波分复用（ＤＷＤＭ）系统的速率估计可达３２０Ｇｂｉｔ／ｓ。在移动通信方面ＣＤＭＡ多址技术可最有效地进行频率复用，因而其容量较ＴＤＭＡ增至２倍，较ＦＤＭＡ增至１０倍。

（２）全覆盖

    个人通信的理想是希望无论何人何时何地都可以进行电信联络。无线通信的发展，为很难铺设线路而又迫切要求通信之处找到了解决通信问题的途径。特别是近三十年来卫星通信的兴起，为人类提供了全覆盖通信的手段。

（３）移动性

    无线通信１００年的发展，不仅有水上移动通信、航空移动通信，特别在陆地上移动通信门类繁多，蜂窝、寻呼、无绳电话、集群等通信方式异彩纷呈，蓬勃发展。卫星移动通信的发展，一下子便将地球表层的三维空间都囊括无遗。随着技术的进步，人类活动的空间也在不断扩展，相应的移动通信领域也在不断扩展，如地下的泄漏电缆移动通信，水下的对潜通信以及宇宙飞船通信，因此，今天的技术已经达到了哪儿有人类活动哪儿就伴随有移动通信的阶段。

（４）智能化

    由于计算机技术和人工智能技术的发展，个人通信所要求的智能化得以实现。智能化的网络能够按照人的意愿和要求，让用户自由定义其个人业务，并在某种程度上控制网络对用户呼叫的处理过程，进行业务轮廓管理。

（５）低费用

     技术的进步和大规模的生产为降低个人通信的系统、终端及业务费用创造了条件。如一对光纤从２．４万话路提高到４００万话路，则每路电话的传输线路费用就可降低至１／１６０，又如低轨道移动卫星通信系统双模终端使用户既可享受本地蜂窝系统提供的电信服务，又可接受卫星系统提供的长距离、大范围的电信服务，这样可使业务资费更为经济。当前ＧＳＭ手机低至

１ ０００元左右一部，ＩＰ电话只有长途话费的１／１０。

    从上可以看出只有技术上和经济上具备了一定的前提，才有可能提出并逐步实现个人通信的理想。

２ 个人通信网络的技术基础

２．１ 个人通信网的网络结构

     个人通信的网络结构可能有多种形式，它可以是现有网络的改进与扩充，也可以是新建的基础通信设施。不管采用哪种形式，基本的个人通信业务都要利用袖珍个人终端，提供具有移动能力的廉价通信。该终端通过无线方式连接到公众陆地移动通信网（ＰＬＭＮ）中的基站或个人通信网（ＰＣＮ）中的基站。基站一般安装在特定距离的适当场所，通过它可接入ＰＳＴＮ或分组交换网（ＰＳＮ）。该终端也可以通过有线方式连接到ＰＳＴＮ，再通过网间连接器实现与ＰＳＴＮ或其它网络的连接。

    个人通信的网络结构可以分为三层，即智能层、传送层和接入层，层间的信息沟通主要利用７号共路信令（ＣＣＳ７）来实现。

２．２ 个人通信网的技术基础

     由于Ｂ－ＩＳＤＮ、数字移动通信网（ＤＭＣＮ）的迅速发展，为个人通信的网络结构奠定了基础。个人通信的网络体系结构是以开放系统互连参考模型（ＯＳＩ－ＲＭ）、智能网（ＩＮ）和电信管理网（ＴＭＮ）为技术基础。这些处于前沿的先进技术和高级网络正不断将电信能力提高到新的水平，为电信业务提供新的内容。通过综合研究Ｂ－ＩＳＤＮ、ＤＭＣＮ和ＩＮ的内在协作关系，期望用一种动态关系去取代现有网络中终端身份与用户身份的静态关系，使个人识别得以实现。通过ＤＭＣＮ中的无线电技术和通信机微型化所提供的终端移动性，从而跨越多个网络提供个人移动性，逐步演进形成理想的ＰＣＮ。

３ 个人通信的关键技术

    为实现个人通信，在网络方面和在无线电系统方面都有许多关键技术，但不一定都是个人通信所特有的技术课题，它多是继承了现有技术并在其基础上的进一步发展。

３．１ 网络方面的关键技术

（１）超大容量分布式数据库

    个人通信网是由各地的业务控制点（ＳＣＰ）组成的一个全国乃至全球性的网络，因此ＰＣＮ的数据库本质上是分布式的。由于每地的用户数都很庞大，必然要求数据库是超大容量的。

（２）ＰＴＮ的编号与寻址

     在个人通信网中个人电信号码（ＰＴＮ）是唯一识别一个通用个人通信（ＵＰＴ）用户并用来找到该用户的号码，但网络运行时内部还需引入终端号码（ＴＮ）和路由号码（ＲＮ）。ＴＮ用以提供终端移动性，ＲＮ用以标识被呼用户当前的网络接入点（ＮＡＰ）。当用户拨ＰＴＮ号码时，为了对被呼用户寻址，ＰＣＮ在数据库中将ＰＴＮ号码转为相应的ＲＮ号码，供最终选择路由和建立呼叫。

（３）软件工程与软件仿真

    由于ＰＣＮ中有庞大的用户和业务信息需要频繁的存储、查询和修改，系统软件规模达到上千万行程序，因此特大规模软件开发技术是实现ＰＣＮ的关键。

由于ＰＣＮ的软件规模大，研究周期长，在研制实验网之前应先作网络模拟、数据库访问模拟等，软件仿真十分必要。

（４）业务流量控制

    ＰＣＮ中的业务量在地理上和时间上的突发性都极大，需要高度实时的流量控制和防拥塞措施。传统的对所加负载特性和网络状态通过预测并分析模拟决定控制策略的方式已不适用，而应采用神经网络，学习因特网上的灵活控制方式。由于因特网对信道进行统计复用，需对信元丢失率和时延等进行控制。在数字移动通信网中利用神经网与通信网的拓扑匹配性还有望解决实时越区切换问题。神经网络还可以应用于话音和图像的实时高压缩比编码和针对信元丢失的分层编码。

３．２ 无线电系统方面的关键技术

    ＩＭＴ－２０００中最关键的是无线电传输技术（ＲＴＴ），一般认为主要考虑如下技术：

（１）多址接入技术

    灵活的多址方案可望解决大范围、高密度的通信并提供服务，当前有ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ和ＣＤＭＡ及其结合，必须选择频谱效率最高的多址方案，目前倾向Ｗ－ＣＤＭＡ技术。

（２）调制技术

    应有效地利用频谱，要求传输效率大于１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ的数字调制。可利用ＱＡＭ调制或其它先进调制技术取代ＱＰＳＫ调制技术以提高频谱效率。

（３）信源编码技术

    要求低速率、低时延、高质量的数字话音编码和图像压缩编码。可利用ＡＭＢＥ、ＱＣＥＬＰ－８ｋ、ＱＣＥＬＰ－１３ｋ、ＥＶＲＣ和ＥＦＲ等先进声码器。

（４）信道编码技术

    为了获得最大频谱效率和传输质量，应采用ＣＲＣ检错、前向纠错、ＡＲＱ和交织等一系列差错控制技术，以适应移动无线电信道特性。根据不同的业务和性能要求，可采用卷积码或ＲＳ码加卷积码。为抗多径干扰，可利用更强大的ＴＣＭ编码调制技术或Ｔｕｒｂｏ编码技术。采用主频工作在３０ＭＨｚ的１０万门ＦＰＧＡ芯片实行并行度为１６的２５６状态Ｖｉｔｅｒｂｉ解码器，可支持２Ｍｂｉｔ／ｓ的信道编译码。

（５）双工技术

    双工技术包含频分双工（ＦＤＤ）和时分双工（ＴＤＤ）技术，要考虑射频信道间隔、３ｄＢ点的双工射频信道带宽等技术参数，并研究ＦＤＤ与ＴＤＤ所适用的无线电运行环境。

（６）物理信道结构

    物理信道结构是按在频域、时域和码域中定义的一条或多条射频信道的特定部分，可能随时间变化，这取决于频谱可用性、业务要求等。射频信道表示具有一定带宽及载波频率的无线电频谱中特定的一段，它能通过无线电接口运载信息。单载频带宽１．２５ＭＨｚ，利用多码道合并支持１４４ｋｂｉｔ／ｓ～３８４ｋｂｉｔ／ｓ速率；利用多载频带宽ｎ×１．２５ＭＨｚ，支持３８４ｋｂｉｔ／ｓ～２Ｍｂｉｔ／ｓ速率。

（７）射频技术

    由于工作频带增高，给射频单元的功率、效率、线性和成本带来不利影响，有待射频集成电路技术的进步，以实现袖珍个人终端（手持机）。

（８）宽带高速率技术

   第一阶段用户比特率在室内环境至少２Ｍｂｉｔ／ｓ；室内、外步行环境至少３８４ｋｂｉｔ／ｓ；室外车辆环境至少１４４ｋｂｉｔ／ｓ；卫星移动环境至少９．６ｋｂｉｔ／ｓ。第二阶段为增加新业务，可能需要更高的比特率，以便于因特网适配，从而解决多媒体移动通信的技术问题。

３．３ 低轨道卫星技术

    低轨道卫星（ＬＥＯ）在４个方面优于同步地球轨道卫星（ＧＥＯ）：

    卫星定位在便于开发便携式电话业务的轨道上，因而链路余量较大。

    网络容量大，可容纳的移动用户数多。

    在全球范围内的通话时延明显小于ＧＥＯ卫星中继的时延。

    卫星星际链路之间的越区切换明显优于ＧＥＯ卫星链路的多跳连接。

    随着微型化技术与器件的迅速发展，为空间技术的发展创造了条件。重量轻、数字交换和自主能力是ＬＥＯ移动卫星通信系统的基本特点，可以形成更强的全球移动通信能力。

     ＬＥＯ卫星蜂窝系统与地面蜂窝系统的网络结构基本相同，只是通信节点和交换系统有所区别，通过多卫星覆盖，将多个蜂窝交换机联网，可连通地球上的任何一个地点，从而实现全球通信。因此，ＬＥＯ卫星系统的手持机一般设计成双模：一是用于连接本地地面蜂窝网，用户费用较低；二是连接空间蜂窝网，费用较高。从而开拓新的个人通信市场。

４ 个人通信的业务与频谱

４．１ 个人通信业务（ＰＣＳ）

     ＰＣＳ基本上可以分成三大类：

     第一类是网络型业务。在ＰＳＴＮ上叠加个人通信网来提供此项业务，用户利用袖珍个人终端可在家里或办公室，室内或室外，也可在车辆上获得服务。

     第二类是无线接入型业务。它通过依附在ＰＳＴＮ外围的无线接入系统提供业务。如无绳电话站、高级寻呼、电子信箱之类。

     第三类是用户型业务。即用户无需营业执照在住地自行安装设备提供服务，如家用和办公用无绳电话、无线ＰＢＸ、无线局域网之类。

４．２ 个人通信无线接入所需频谱的考虑

     个人通信要求网络实现移动性必须依靠无线接入，要想满足全球所有个人对各种个人通信业务的无线接入的需求，那就必须具有充足的无线电频谱资源。

     个人通信所需频谱应考虑业务和频谱两个方面：

     业务方面应分析各种业务所需的带宽或比特率以及未来技术压缩频带的可能性；各种业务的业务量比例以及未来的发展趋势，如非话业务量占整个业务的比例会越来越高，多媒体业务也将呈上升趋势。

     频谱方面应分析当前可以应用的频谱，未来可能开拓的频谱；各种时域、空域及频域的有效利用频谱技术；各种业务各种系统共享频谱的可能性以及各段频谱的传播特性。

４．３ 美国ＰＣＳ的频带划分

     美国联邦通信委员会（ＦＣＣ）基本上就是按照上述业务分类来考虑问题和制定规则的。美国修改后的个人通信系统频带给个人通信业务１４３ＭＨｚ频带进行的分配如表１所示。

４．４ ＩＭＴ－２０００业务所需频谱

    根据对话音业务及非话业务分别作的估计，可以得到第三代移动通信系统ＩＭＴ－２０００所需最小频谱带宽约为２３０ＭＨｚ。

     对移动台无线电接口总的频谱需求是１６７ＭＨｚ，对个人台是６０ＭＨｚ。而对电话业务总的频谱需求是１６２ＭＨｚ，占７１％，对有限非话业务是６５ＭＨｚ，占２９％。１９９９年３月ＩＴＵ－Ｒ巴西会议对ＩＭＴ－２０００又提出了增加５００ＭＨｚ频谱的需求。

４．５ ＩＭＴ－２０００的频带划分

     １９９２年世界无线电行政大会（ＷＡＲＣ）根据ＩＴＵ－Ｒ对于ＩＭＴ－２０００第一阶段业务量和所需频谱的估计，以及对各种因素的考虑，最终对所需２３０ＭＨｚ作出表３所示的频带划分规定。

５ 个人通信无线接入部分 的系统组成

     个人通信在各种无线电运行环境中的蜂窝结构大体上可以被分成巨区、宏区、微区及微微区４类，各有其适用的系统。巨区适用卫星移动通信系统，宏区适用蜂窝移动通信系统，微区适用蜂窝及无绳通信系统，微微区适用无绳通信系统。

６ 个人通信网的演进

    当代众多异构型电信网络：ＰＳＴＮ、电路交换公用数据网（ＣＳＰＤＮ）、分组交换公用数据网（ＰＳＰＤＮ）、ＩＳＤＮ、Ｂ－ＩＳＤＮ及ＰＬＭＮ、ＤＭＣＮ等构成了整个世界上最大的系统工程。由于技术上特别是经济上的原因，Ｂ－ＩＳＤＮ不可能短期内统一全球，ＩＭＴ－２０００也不可能一下子消灭所有数字移动通信网。如何在相当长的时期充分利用使其发挥作用呢?芽将所有这些当代电信网络作为电信子网互联而形成一个异构型互联网，是逐步演进成个人通信网的一种现实的行之有效的途径。

     初期的个人通信，由于受频谱资源的限制，其业务将以话音、数据等窄带业务为主，随着毫米波的开发、无线电通信技术的进步，再逐步扩大服务对象和业务范围，才可能拓展到图像等宽带业务，实现个人多媒体通信。

    现在的个人通信则是在宽带综合业务数字网的基础上，以无线移动通信网为主要接入手段，智能网为核心的更高层次的通信网。一步步演进，成为为所有个人提供多媒体业务的智能型宽带全球通信网。

（收稿日期：１９９９－０９－０９）