车联网系统：蜂窝网络技术简介

蜂窝网络由移动终端、基站系统组成，在每个单独的小区域中设置一个基站，整体形状结构酷似“蜂窝”，因此称为蜂窝网络。蜂窝技术应具备传输距离远、无线带宽大等特点。随着蜂窝技术的发展，我国已建成蜂窝基站数量不断增长，蜂窝网络覆盖区域继续不断扩容，信号覆盖区域内存在盲区和弱区等问题已逐步完善解决。蜂窝网络可以满足车联网应用对车辆网络的要求。

无线通信技术的发展最初是在20世纪20年代，一种称为“Walkie-Talkie”的通信设备应用于战场，基于这种通信设备，军队之间可以很方便地进行远程信息交互。由于它的出现给信息交互带来了极大的便利，这种通信方式得以迅速推广和广泛应用。20世纪60年代，AT&T的贝尔实验室首次提出蜂窝通信系统的概念，这成为了移动通信历史上的一个重大里程碑。蜂窝通信技术是将所有的区域划分为多个蜂窝的集合，这种划分体系下，通信区域被称为“小区”。蜂窝通信技术不但大大增加了移动网络的整体容量，还降低了小区的发射功率，避免了发射功率过高带来的干扰影响。一般来说，蜂窝通信技术的发展已经经历了三代系统。第一代通信系统（1G）采用模拟通信技术，将通信小区用频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）技术划分开。从20世纪70年代末开始，1G技术在世界各国得到了广泛的应用。如美国的AMPS系统、北欧的NMT系统和TACS系统等都采用了这种通信系统。虽然1G通信系统的出现给人们的信息交互带来了很大的便利，但也有一些明显的不足，如通信容量过小、保密性差、通话质量差等。在1G通信系统的基础上，2G系统改善了一些明显的缺点，使通信质量得到了很大的提高。2G系统将模拟技术变为了数字技术，通过时分多址（TDMA）、码分多址等技术来划分蜂窝小区。2G系统主要的技术标准在世界各国得到了广泛的应用，如遍布全球的GSM系统、北美的IS-95系统和日本的PDC系统。GSM是世界上应用最为广泛的第二代蜂窝通信系统，至今已有100多个国家在使用，GSM使用的频段有900MHz和1800MHz。GSM支持无线应用协议WAP，因此可以访问因特网。GSM传输数据的平均速率为9.6kbit/s，有时可达14.4kbit/s。显然，这个传输速率不能满足人们对高数据业务的需求，作为一个过渡性技术，从2G中引入了一种称为分组数据传输技术，称为2.5代蜂窝通信系统，能够提供最高可达171.2kbit/s的数据传输速率，这大大增强了网络提供各种数据业务的能力，为便携式系统访问移动互联网提供了基础。自从80年代开始，世界各国致力于第三代移动通信系统的研究。计划实现全球漫游，并将系统的工作频段设定为2000MHz，数据传输速率达到2000kbit/s。3G蜂窝通信系统主要的标准有WCDMA（Wideband Code-Division Multiple-Access，宽带码分多址）、CD-MA2000和TD-SCDMA，它们均基于CDMA技术发展而来。从时间节点上来看，三大标准是国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定的，一些相关的规范被写入《2000年国际移动通信计划》（简称IMT-2000）。IMT-2000提出的通信标准具有层次性的蜂窝结构，它能提供比2G系统更大的传输速率，而且，更主要的是，它能将高速的数据传输与因特网服务相结合，不仅支持传统语音业务，并且能支持各种高速数据业务和多媒体通信，实现移动互联网。WCDMA是3G蜂窝通信系统主流中的一种。1999年，欧洲标准化组织（ETSI）制定了相关规范。WCDMA技术具有一定的复杂性和灵活性，因此实现上具有一定的挑战。WCDMA系统的复杂性主要表现为，每一个子系统单独实现算法的复杂性、整个通信系统的复杂性和接收机的计算系统复杂性。与2G系统相比，WCDMA的链路计算量增大了10多倍。在WCDMA系统中，不同的使用者可以传输不同速率的数据。WCDMA系统保持了向下的兼容性，可以很好地支持2G的传输业务。CDMA2000系统是美国电信工业协会（TIA）制定的第三代蜂窝通信系统，目前CDMA2000系统的标准由国际标准化组织负责继续发展和改进。它是从窄带CDAMOne数字标准演化而来的，可以将原有的CDMAOne结构升级改进，进而变成3G，因此建设成本相对较低。

TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）是3个主要的3G标准之一。TD-SCDMA是FDMA、TDMA和CD-MA这几种编码方式的灵活组合，采用时分双工（TDD）方式和智能天线，它的主要优势是系统容量大、频谱效率高。TD-SCDMA作为我国第一个拥有自主知识产权的通信标准，在我国通信史上具有很大的意义，极大地提高了我国在移动通信发展领域的水平。CDMA、WCDMA、TD-SCDMA三大主流3G网络标准主要技术指标见表1-1。(www.xing528.com)

表1-1 3种3G网络标准主要技术指标