1、1.1 移動通信的主要特點 1.2 移動通信系統(tǒng)的分類 1.3 常用移動通信系統(tǒng) 1.4 移動通信的基本技術(shù) 思考題與習(xí)題,第1章 概 論,1. 移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸 這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般都很差。 首先，移動通信的運行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，并且會受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號經(jīng)過多點反射，會從多條路徑到達(dá)接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達(dá)時間都不一樣，它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴(kuò)展；其次，移動通信常常在快速移動中進(jìn)行，這不僅會引起多普勒（

2、Doppler）頻移，產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻，而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。,1.1 移動通信的主要特點,2. 移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行的 除去一些常見的外部干擾， 如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間，還會產(chǎn)生這樣或那樣的干擾。因為在移動通信系統(tǒng)中，常常有多部用戶電臺在同一地區(qū)工作，基站還會有多部收發(fā)信機(jī)在同一地點上工作，這些電臺之間會產(chǎn)生干擾。,3. 移動通信可以利用的頻譜資源非常有限， 而移動通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增 如何提高通信系統(tǒng)的通信容量，始終是移動通信發(fā)展中的焦點。為了解決這一矛盾，一方面要開辟和啟用新的頻段；另一方面要研究各種新

3、技術(shù)和新措施， 以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。,4. 移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣， 網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效 根據(jù)通信地區(qū)的不同需要， 移動通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀(如鐵路公路沿線)、面狀(如覆蓋一城市或地區(qū))或立體狀(如地面通信設(shè)施與中、低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng))等，可以單網(wǎng)運行，也可以多網(wǎng)并行并實現(xiàn)互連互通。為此，移動通信網(wǎng)絡(luò)必須具備很強(qiáng)的管理和控制功能，諸如用戶的登記和定位，通信(呼叫)鏈路的建立和拆除，信道的分配和管理， 通信的計費、鑒權(quán)、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫游的控制等。,5. 移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用 對手機(jī)的主要要求是體積小、

4、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。 車載臺和機(jī)載臺除要求操作簡單和維修方便外， 還應(yīng)保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。,1.2 移動通信系統(tǒng)的分類,移動通信有以下多種分類方法： 按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、 海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、 時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；, 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、 數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)； 按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。,1.2.1 工作方式 1

5、. 單工通信 所謂單工通信，是指通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同， 又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信， 參見圖1-1。,圖1-1 單工通信,同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中的電臺甲和電臺乙)使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。平常各接收機(jī)均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機(jī)等候被呼。當(dāng)電臺甲要發(fā)話時，它就按下其送受話器的按講開關(guān)(PTT)， 一方面關(guān)掉接收機(jī)，另一方面將天線接至發(fā)射機(jī)的輸出端，接通發(fā)射機(jī)開始工作。當(dāng)確知電臺乙接收到載頻為f1的信號時，即可進(jìn)行信息傳輸。,2. 雙工通信 所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)行傳輸消息的工作方

6、式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器 共用一副天線。雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線電話相似，接收和發(fā)射可同時進(jìn)行。但是，在電臺的運行過程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機(jī)總是工作的，故電源消耗較大， 這一點對用電池作電源的移動臺而言是不利的。 ,為緩解這個問題和減少對系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用同步的半雙工通信方式，即時分雙工(TDD)。此時， 時間軸被周期地分割成時間幀，每一幀分為兩部分，前半部分用于電臺A（或移動臺A）發(fā)送，后半部分用于電臺B（或基站）發(fā)送，這樣就可以

7、實現(xiàn)電臺A和B（移動臺與基站）的雙向通信。,3. 半雙工通信 半雙工通信的組成與圖1-2相似， 移動臺采用單工的“按講”方式， 即按下按講開關(guān)， 發(fā)射機(jī)才工作， 而接收機(jī)總是工作的。 基站工作情況與雙工方式完全相同。,圖1-2 雙工通信,1.2.2 模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng) 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點可歸納如下： (1) 頻譜利用率高， 有利于提高系統(tǒng)容量。采用高效的信源編碼技術(shù)、高頻譜效率的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、先進(jìn)的信號處理技術(shù)和多址方式以及高效動態(tài)資源分配技術(shù)等，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下增多系統(tǒng)同時通信的用戶數(shù)。,(2) 能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)， 提高通信系統(tǒng)的通用性。 數(shù)字系統(tǒng)傳輸?shù)氖恰?”、 “0”形

8、式的數(shù)字信號。話音、 圖像、音樂或數(shù)據(jù)等數(shù)字信息在傳輸和交換設(shè)備中的表現(xiàn)形式都是相同的， 信號的處理和控制方法也是相似的，因而用同一設(shè)備來傳送任何類型的數(shù)字信息都是可能的。利用單一通信網(wǎng)絡(luò)來提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)正是未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。,(3) 抗噪聲、 抗干擾和抗多徑衰落的能力強(qiáng)。 這些優(yōu)點有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃?，或者說保證通信質(zhì)量。 采用糾錯編碼、交織編碼、自適應(yīng)均衡、 分集接收以及擴(kuò)跳頻技術(shù)等，可以控制由任何干擾和不良環(huán)境產(chǎn)生的損害，使傳輸差錯率低于規(guī)定的閾值。,(4) 能實現(xiàn)更有效、 靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。 數(shù)字系統(tǒng)可以設(shè)置專門的控制信道用來傳輸信令信息， 也可以把控制指令插入業(yè)務(wù)信

9、道的比特流中， 進(jìn)行控制信息的傳輸， 因而便于實現(xiàn)多種可靠的控制功能。 (5) 便于實現(xiàn)通信的安全保密。 (6) 可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量。,1.2.3 通信業(yè)務(wù) 移動通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。 最近10多年來， 隨著計算機(jī)的迅速發(fā)展和人們信息交往的日益頻繁與多樣化， 對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。 據(jù)估計， 未來移動通信中的多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將占總業(yè)務(wù)量的70%80%。,在第二代移動通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)務(wù)是話音業(yè)務(wù)， 但也可以提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 如短消息、 低速率的Internet接入等業(yè)務(wù)。 在第三代移動通信系統(tǒng)中，由于其傳輸速率的提高， 在中等移動速度的情況下，可以達(dá)到

10、384 kb/s的傳輸速率， 因而人們可以享用中等速率的多媒體業(yè)務(wù)， 包括話音、 圖像和數(shù)據(jù)等。,任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適應(yīng)，移動通信的發(fā)展也不例外，它既受技術(shù)發(fā) 展的驅(qū)動，也受市場需求的驅(qū)動。若干年來，移動通信基本上圍繞著兩種主干網(wǎng)絡(luò)在發(fā) 展，這就是基于話音業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)和基于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)運行環(huán)境和市場需求的不同， 前者又分為以蜂窩網(wǎng)為代表的高功率寬（廣）域網(wǎng)和以無繩電話網(wǎng)為代表的低功率局域網(wǎng)；后者又可分為寬帶LAN之類的高速局域網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)之類的低速寬（廣）域網(wǎng)。 圖1-3是移動通信網(wǎng)絡(luò)分類的示意圖。,圖1-3 移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類,1.3 常用移動通信系統(tǒng),1

11、.3.1 無線電尋呼系統(tǒng) 無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無線電尋呼系統(tǒng)的用戶設(shè)備是袖珍式接收機(jī)，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機(jī)”，這是由于它的振鈴聲近似于“BB”聲音之故。 圖1-4示出了無線電尋呼系統(tǒng)的組成。,圖1-4 無線電尋呼系統(tǒng)示意圖,1.3.2 蜂窩移動通信系統(tǒng) 早期的移動通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)(半徑可達(dá)幾十千米)。這種系統(tǒng)的主要矛盾是它同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。 例如，在20世紀(jì)70年代于美國紐約開通的IMTS(Improved Mobile Telephone Servic

12、e)系統(tǒng)(如圖 1- 5(a)所示)，僅能提供12對信道。也就是說，網(wǎng)中只允許12對用戶同時通話， 倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞。,蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cell, 在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)(即基站發(fā)射機(jī))進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋)任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖 1 - 5(b)所示。,圖 1 - 5 大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋 (a) 大區(qū)覆蓋； (b) 小區(qū)覆蓋,通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道， 否則會發(fā)生相互干擾(稱同道干擾)。但由于各小區(qū)在通信時所使用的功率較小，因而任意兩個小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一

13、數(shù)值，即使使用相同的頻道，也不會產(chǎn)生顯著的同道干擾(保證信干比高于某一門限)。為此，把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群 (Cluster), 并把可供使用的無線頻道分成若干個(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組， 區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組， 在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用， 如圖 1-6 所示。,圖 1 - 6 蜂窩系統(tǒng)的頻率再用,圖 1-7 是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。 圖中七個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群。小區(qū)編號代表不同的頻率組。小區(qū)移動交換中心(MSC)相連。MSC在網(wǎng)中起控制和管理作用，對所在地區(qū)已注冊登記的用戶實施頻道分配， 建立呼叫，進(jìn)行頻道切換

14、， 提供系統(tǒng)維護(hù)和性能測試，并存儲計費信息等。 MTSO是移動通信網(wǎng)和公共電話交換網(wǎng)的接口單元， 既保證網(wǎng)中移動用戶之間的通信， 又保證移動用戶和有線用戶之間的通信。,圖 1 - 7 蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖,當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠囋谝淮瓮ㄔ挼臅r間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)，這一過程稱為越區(qū)切換。其控制機(jī)理如下：當(dāng)通信中的移動臺到達(dá)小區(qū)邊界時，該小區(qū)的基站能檢測出此移動臺的信號正在逐漸變?nèi)?，而鄰近小區(qū)的基站能檢測

15、出這個移動臺的信號正在逐漸變強(qiáng)，系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息，進(jìn)行判決，當(dāng)需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應(yīng)的指令，使正在越過邊界的移動臺將其工作頻率和通信鏈路從離開的小區(qū)切換到進(jìn)入的小區(qū)。 整個過程自動進(jìn)行，用戶并不知道，也不會中斷行進(jìn)中的通話。 越區(qū)切換的示意圖見圖 1 - 8。,圖 1 - 8 越區(qū)切換示意圖,表 1-1給出了幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些系統(tǒng)包括：AMPS、TACS、NMT、C-450、NTT等。我們將在第7章和第8章中對第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論， 它們包括GSM、IS-54、IS-95、JDC(后改名為PDC)等，其性能參數(shù)可參見表7-3。在第8

16、章和第9章中還將對第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們主要包括WCDMA、cdma2000、 TD-SCDMA等，其性能參數(shù)可參見表94。,表 1 - 1 幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng),1.3.3 無繩電話系統(tǒng) 簡單的無繩電話機(jī)把普通的電話單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線電話網(wǎng)連接，手機(jī)與座機(jī)之間用無線電連接， 這樣，允許攜帶手機(jī)的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進(jìn)行通話，見圖 1-9。因為手機(jī)與座機(jī)之間不需要用電線連接， 故稱之為“無繩”電話機(jī)。 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無繩電話也朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 比如，在用戶比較密集的地區(qū)設(shè)置電信點(Telepoint)(類似蜂窩系統(tǒng)的基站)，此電信點

17、與有線電話網(wǎng)連接，并有若干個頻道為用戶所共用。用戶在電信點的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)，可選用空閑頻道，進(jìn)入有線電話網(wǎng)，對有線網(wǎng)中的固定用戶發(fā)起呼叫并建立通信鏈路。,圖 1 - 9 無繩電話系統(tǒng)示意圖,無繩電話的手機(jī)、 座機(jī)與電信點所發(fā)射的功率均在10 mW以下， 無線覆蓋半徑約在100 m左右。 表 1 - 2 給出了幾種模擬無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)。 表中給出了日本、美國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。 我國模擬無繩電話系統(tǒng)采用45 MHz/48 MHz的頻段。 在第7章中我們將對數(shù)字無繩電話系統(tǒng)和低功率無線系統(tǒng)進(jìn)行討論， 它們包括CT-2、 DECT、 PHS、 PACS。,表 1 - 2 幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù),

18、無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是有線電話網(wǎng)的無線延伸，具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價格低廉、 使用方便等優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速。 目前，數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)(低功率無線系統(tǒng))在我國得到了廣泛的應(yīng)用(我國使用的標(biāo)準(zhǔn)是PHS)。 目前公用無繩電話系統(tǒng)的功能完全類似于蜂窩移動通信系統(tǒng)，不僅具有固定電話的功能，而且可以在低移動環(huán)境下具有越區(qū)切換功能。,1.3.4 集群移動通信系統(tǒng) 1. 集群的概念 集群移動通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。 其主要做法是： 把一些由各部門 分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動態(tài)地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數(shù)目更多的用

19、戶；, 改進(jìn)頻道共用的方式， 即移動用戶在通信的過程中， 不是固定地占用某一個頻道， 而是在按下其“按講開關(guān)”(PTT)時， 才能占用一個頻道； 一旦松開PTT， 頻道將被釋放， 變成空閑頻道， 并允許其它用戶占用該頻道。,2. 集群系統(tǒng)的用途和特點 集群系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。集群系統(tǒng)與蜂窩式通信系統(tǒng)在技術(shù)上有很多相似之處，但在主要用途、網(wǎng)絡(luò)組成和工作方式上有很多差異。 集群通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)， 適用于在各個行業(yè)(或幾個行業(yè)合用)中間進(jìn)行調(diào)度和指揮， 對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級。 蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動通信網(wǎng)， 適用于各階層和各行業(yè)中個

20、人之間的通信， 一般不分優(yōu)先等級。,集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征，通常具有一定的限時功能，一次通話的限定時間大約為1560s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對通信時間一般不進(jìn)行限制。 集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無線用戶和無線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。在集群通信系統(tǒng)中也允許有一定的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)，但一般只允許這種話務(wù)量占總業(yè)務(wù)量的5%10%。, 集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品)工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對頻道。 蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信， 必須占

21、用兩對頻道。 在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進(jìn)頻道共用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率的。,3. 集群系統(tǒng)的組成 集群系統(tǒng)均以基本系統(tǒng)為模塊， 并用這些模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。 根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件， 基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。集群系統(tǒng)的控制方式有兩種， 即專用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式， 分別如圖 1 - 10(a)和(b)所示。,圖 1 - 10 集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu) (a) 集中控制方式； (b) 分布控制方式,集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下： 轉(zhuǎn)發(fā)器。 它由收、 發(fā)信機(jī)和電源組成。 每個頻道均配一個轉(zhuǎn)發(fā)器。 對于分布式控

22、制的集群系統(tǒng)， 每個轉(zhuǎn)發(fā)器均有一個邏輯控制單元。 天線共用設(shè)備。 它包括天線、 饋線和共用器(如收發(fā)天線共用器、 基站的發(fā)射合路器和接收耦合器)。,系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。 分布式控制系統(tǒng)雖無集中控制中心， 但在聯(lián)網(wǎng)時， 可通過無線網(wǎng)絡(luò)控制終端。 調(diào)度臺。 調(diào)度臺可分為無線調(diào)度臺和有線調(diào)度臺。 無線調(diào)度臺由收發(fā)信機(jī)、 控制單元、 操作臺、 天線和電源等組成。 有線調(diào)度臺可以是簡單的電話機(jī)或帶顯示的操作臺。 移動臺。 移動臺有車載臺和手機(jī)。 它們均由收發(fā)信機(jī)、 控制單元、 天線和電源等組成。,4. 集群方式 (1) 消息集群(Message Trunking)。 在消息集群系統(tǒng)中， 每一次呼

23、叫通話期間，一次性地分配一對無線頻道， 而且在通話完畢后(即松開PTT開關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6 s左右(即脫離時間約為6 s), 才算完成此次接續(xù)過程。消息集群的典型呼叫格式如圖 1-11 所示。這里所謂的典型呼叫格式， 是由大量實測和統(tǒng)計而得到的結(jié)果， 指的是在一次通信過程中，通信雙方占用時間的統(tǒng)計規(guī)律，并非通常所說的消息格式。,圖 1 - 11 消息集群的典型呼叫格式,(2)傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開PTT時，對這一頻道的占用即告結(jié)束，對方回答或本方再發(fā)話時，都要重新分配并占用新的空閑頻道。亦即在

24、通話中，每按一次PTT開關(guān)就重新占用頻道一次。因此，傳輸集群可以充分利用頻道的空閑時間，其頻道利用率可以明顯提高。不過，要實現(xiàn)這種傳輸集群，用戶所用的PTT必須保證用戶講話時立即接通，講話停頓時立即松開。這樣做會帶來一個問題，即用戶的話音略有間隙時，PTT就可能松開，使所用頻道也立即放棄而被其它用戶所占用，其后再講話時又要重新占用新的空閑頻道，從而會導(dǎo)致消息傳輸不連續(xù)或形成通話中斷現(xiàn)象。傳輸集群的典型呼叫格式如圖1-12所示。,圖 1 - 12 傳輸集群的典型呼叫格式,(3) 準(zhǔn)傳輸集群(Quasi Transmission Trunking)。 準(zhǔn)傳輸集群是為了克服傳輸集群的缺點而提出的一種

25、改進(jìn)型集群方式， 也可以看作是傳輸集群和消息集群的折中方案。 其做法是： 一方面(和消息集群相比)把脫離的時間縮短為0.52 s; 另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開之后增加0.5 s的保持時間， 然后釋放頻道。 其典型呼叫格式見圖 1-13。,圖 1 - 13 準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式,這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國摩托羅拉(Motorola)公司首先使用， 經(jīng)過大量試驗后表明這種方法的頻率利用率略低于傳輸集群， 但能防止有害的消息中斷現(xiàn)象。 表 1 - 3 給出了部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。,表 1 - 3 部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù),1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 利用衛(wèi)星中

26、繼，在海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)中實現(xiàn)移動通信，具有獨特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國際海事衛(wèi)星組織(IMARSAT)首先在太平洋、大西洋和印度洋上空發(fā)射了三顆同步衛(wèi)星，組成了IMARSAT-A系統(tǒng)，為在這三個大洋上航行的船只提供通信服務(wù)。其后，又先后增加了IMARSAT-C、IMARSAT-M、IMARSAT-B和IMARSAT-機(jī)載等系統(tǒng)。與此同時，在20世紀(jì)80年代初，一些幅員廣大的國家開始探索把同步衛(wèi)星用于陸地移動通信的可能性，提出在衛(wèi)星上設(shè)置多波束天線，像蜂窩網(wǎng)中把小區(qū)分成區(qū)群那樣，把波束分成波束群，實現(xiàn)頻率再用，以提高系統(tǒng)的通信容量。1993年，美國休斯公

27、司提出的Spaceway計劃，是一雙星移動通信系統(tǒng)，其目標(biāo)是為北美地區(qū)提供話音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。,眾所周知，接收信號電平是與通信傳輸距離的平方成反比的，利用同步衛(wèi)星實現(xiàn)海上或陸地移動通信時，為了接收來自衛(wèi)星的微弱信號，用戶終端所用的天線必須具有足夠的增益，甚至使用伺服平臺，保證天線能不隨載體晃動而準(zhǔn)確地跟蹤衛(wèi)星。這樣的要求在船載終端或車載終端上可以實現(xiàn)，而在便攜式終端和手持式終端上還難以做到。盡管如此，迄今人們并沒有放棄利用靜止衛(wèi)星為手持式終端提供話音和數(shù)據(jù)服務(wù)的想法，試驗和研究工作也不斷在進(jìn)行當(dāng)中。上面提到的國際海事衛(wèi)星組織已提出在21世紀(jì)實現(xiàn)使用手機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星移動通信的規(guī)劃，并把這一系統(tǒng)定名

28、為IMARSAT-P。此外，還有美國的TRITIUM系統(tǒng)和CELSAT系統(tǒng)，以及日本MPT的COMETS等計劃。,表 1 - 4 低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù),表中由美國Motorola公司提出的“銥”(IRIDIUM)系統(tǒng)開始計劃設(shè)置7條圓形軌道均勻分布于地球的極地方向， 每條軌道上有11顆衛(wèi)星， 總共有77顆衛(wèi)星在地球上空運行， 這和銥原子中有77個電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的情況相似， 故取名為銥系統(tǒng)。 圖 1 - 14 是銥系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道示意圖。 現(xiàn)在該系統(tǒng)改用66顆衛(wèi)星， 分6條軌道在地球上空運行，但原名未改。 下面對銥系統(tǒng)的特點作簡略介紹。,圖 1 - 14 銥系統(tǒng)衛(wèi)星軌道示意圖,1.

29、3.6分組無線網(wǎng) 分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息要以“分組”或稱“信包”(有時簡稱“包”)為基本單元。分組是由若干比特組成的信息段，通常包含“包頭”和“正文”兩部分。包頭中含有該分組的源地址(起始地址)、宿地址(目的地址)和有關(guān)的路由信息等；正文是真正需要傳送的信息。 分組傳輸方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無線信道進(jìn)行傳輸。這一過程必然要產(chǎn)生額外的時間延遲。因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實時性要求不嚴(yán)和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。如果要用分組無線網(wǎng)傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規(guī)定值。,圖1

30、-15 ALOHA系統(tǒng)簡圖,隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，世界上各國都在致力于發(fā)展移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中大都以分組傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。 例如： (1) ARDIS系統(tǒng)(先進(jìn)的無線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備)， 由美國IBM和Motorola公司在1983年提出。 (2) Mobitex系統(tǒng)(全國性互連的集群無線電網(wǎng)絡(luò)), 由Ericsson公司和瑞典電信公司開發(fā)，1986年在瑞典首次運行，1991年為美國采用。 (3) CDPD系統(tǒng)(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)), 由IBM公司聯(lián)合9家運營商開發(fā)。,(4) TETRA系統(tǒng)(全歐集群無線電), 是ESTI為集群無線電和移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)制定的公共標(biāo)準(zhǔn)。 (5) 第二代北美數(shù)字蜂窩IS-5

31、4和IS-95系統(tǒng)，它們均能提供一組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其中既有電路模式業(yè)務(wù)，又有分組模式業(yè)務(wù)。在GSM系統(tǒng)中，分組模式成為通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)， 我們將在第9章對其作詳細(xì)介紹。 表 1 - 5 列出了幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)。,表 1 - 5 幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù),1.4 移動通信的基本技術(shù),1.4.1調(diào)制技術(shù) 第二代移動通信是數(shù)字移動通信，其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號的頻譜窄和帶外衰減快(即所占頻帶窄，或者說頻譜利用率高)；易于采用相干或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾的能力強(qiáng)；以及適宜在衰落信道中傳輸。 數(shù)字信號調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控(A

32、SK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。此外，還有許多由基本調(diào)制類型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。,在實際應(yīng)用中，有兩類用得最多的數(shù)字調(diào)制方式： (1)線性調(diào)制技術(shù)，主要包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK、4-DQPSK和多電平PSK等。應(yīng)該注意，此處所謂的“線性”，是指這類調(diào)制技術(shù)要求通信設(shè)備從頻率變換到放大和發(fā)射的過程中保持充分的線性。顯然，這種要求在制造移動設(shè)備中會增大難度和成本，但是這類調(diào)制方式可獲得較高的頻譜利用率。 (2)恒定包絡(luò)(連續(xù)相位)調(diào)制技術(shù)，主要包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有

33、線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。,1.4.2 移動信道中電波傳播特性的研究 移動信道的傳播特性對移動通信技術(shù)的研究、 規(guī)劃和設(shè)計十分重要， 歷來是人們非常關(guān)注的研究課題。 在移動信道中， 發(fā)送到接收機(jī)的信號會受到傳播環(huán)境中地形、 地物的影響而產(chǎn)生繞射、 反射或散射， 因而形成多徑傳播。 多徑傳播將使接收端的合成信號在幅度、 相位和到達(dá)時間上發(fā)生隨機(jī)變化， 嚴(yán)重地降低接收信號的傳輸質(zhì)量， 這就是所謂的多徑衰落。,研究移動信道的傳播特性，首先要弄清移動信道的傳播規(guī)律和各種物理現(xiàn)象的機(jī)理以及這些現(xiàn)象對信號傳輸所產(chǎn)生的不良影響， 進(jìn)而研究消除各種不良影響的對策。 為了給通信系統(tǒng)的

34、規(guī)劃和設(shè)計提供依據(jù)， 人們通常通過理論分析或根據(jù)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析(或二者結(jié)合)， 來總結(jié)和建立有普遍性的數(shù)學(xué)模型， 利用這些模型， 可以估算一些傳播環(huán)境中的傳播損耗和其它有關(guān)的傳播參數(shù)。,理論分析方法通常用射線表示電磁波束的傳播， 在確定收發(fā)天線的高度、 位置和周圍環(huán)境的具體特征后， 根據(jù)直射、 折射、 反射、 散射、 透射等波動現(xiàn)象， 用電磁波理論計算電波傳播的路徑損耗及有關(guān)信道參數(shù)。 實測分析方法是指在典型的傳播環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場測試， 并用計算機(jī)對大量實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析， 以建立預(yù)測模型(如沖擊響應(yīng)模型)， 進(jìn)行傳播預(yù)測。,1.4.3 多址方式 多址方式的基本類型有頻分多址(FDMA)

35、、 時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。 實際中也常用到三種基本多址方式的混合多址方式， 比如， 頻分多址時分多址(FDMATDMA)、 頻分多址碼分多址(FDMACDMA)、 時分多址碼分多址(TDMACDMA)等等。 此外， 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增長， 另一類隨機(jī)多址方式如ALOHA和載波檢測多址(CSMA)等也日益得到廣泛應(yīng)用， 其中也包括固定多址和隨機(jī)多址的綜合應(yīng)用。,通常認(rèn)為：TDMA系統(tǒng)的通信容量大于FDMA系統(tǒng)， 而CDMA系統(tǒng)的通信容量又大于FDMA和TDMA系統(tǒng)。 因此， 有關(guān)CDMA多址方式的應(yīng)用研究從20世紀(jì)90年代以來一直非?；钴S。 美國TIA于1993年通過

36、了以Qualcomm公司所提出的以窄帶CDMA方案(系統(tǒng)帶寬為1.25 MHz)為基礎(chǔ)的雙模式CDMA標(biāo)準(zhǔn)（IS-95）。 IS-95標(biāo)準(zhǔn)已獲得廣泛應(yīng)用。 在第三代移動通信系統(tǒng)中也主要采用CDMA多址技術(shù)， 但有多種具體的實現(xiàn)方案， 如WCDMA、 MC-CDMA、 TD-SCDMA等。 另外， 我國學(xué)者還提出了LAS-CDMA的技術(shù)方案。,1.4.4 抗干擾措施 抗干擾歷來是無線電通信的重點研究課題。在移動信道中， 除存在大量的環(huán)境噪聲和干擾外，還存在大量電臺產(chǎn)生的干擾，如鄰道干擾、共道干擾和互調(diào)干擾等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)移動通信網(wǎng)絡(luò)時，必須預(yù)計到網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境中會出現(xiàn)的各種干擾(包

37、括網(wǎng)絡(luò)外部產(chǎn)生的干擾和網(wǎng)絡(luò)自身產(chǎn)生的干擾)強(qiáng)度， 并采取有效措施， 保證網(wǎng)絡(luò)在運行時， 干擾電平和有用信號相比不超過預(yù)定的門限值(通常用信噪比SN或載干比CI來度量)， 或者保證傳輸差錯率不超過預(yù)定的數(shù)量級。,移動通信系統(tǒng)中采用的抗干擾措施是多種多樣的， 主要有： 利用信道編碼進(jìn)行檢錯和糾錯(包括前向糾錯FEC和自動請求重傳ARQ)是降低通信傳輸?shù)牟铄e率， 保證通信質(zhì)量和可靠性的有效手段； 為克服由多徑干擾所引起的多徑衰落， 廣泛采用分集技術(shù)(包括空間分集、 頻率分集、 時間分集以及RAKE接收技術(shù)等)、 自適應(yīng)均衡技術(shù)和選用具有抗碼間干擾和時延擴(kuò)展能力的調(diào)制技術(shù)(如多電平調(diào)制、 多載波調(diào)制等

38、)；,為提高通信系統(tǒng)的綜合抗干擾能力而采用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)； 為減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾而采用扇區(qū)天線、 多波束天線和自適應(yīng)天線陣列等； 在CDMA通信系統(tǒng)中， 為了減少多址干擾而使用干擾抵消和多用戶信號檢測器技術(shù)。,1.4.5 組網(wǎng)技術(shù) 1. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在通信網(wǎng)絡(luò)的總體規(guī)劃和設(shè)計中必須解決的一個問題是：為了滿足運行環(huán)境、 業(yè)務(wù)類型、用戶數(shù)量和覆蓋范圍等要求， 通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該設(shè)置哪些基本組成部分(比如， 基站和移動 臺、 移動交換中心、 網(wǎng)絡(luò)控制中心、 操作維護(hù)中心等)和這些組成部分應(yīng)該怎樣部署， 才能構(gòu)成一種實用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,作為例子，圖1-16給出的是數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 其組成部分為

39、： 移動交換中心(MSC)， 基站分系統(tǒng)(BSS)(含基站控制器(BSC)、 基站收發(fā)信臺(BTS)， 移動臺(MS)， 歸屬位置寄存器(HLR)， 訪問位置寄存器(VLR)， 設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)， 認(rèn)證中心(AUC)和操作維護(hù)中心(OMC)。 網(wǎng)絡(luò)通過移動交換中心(MSC)還與公共交換電話網(wǎng)(PSTN)、 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)以及公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)相連接。,圖1-16 數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),2. 網(wǎng)絡(luò)接口 如前所述， 移動通信網(wǎng)絡(luò)由若干個基本部分(或稱功能實體)組成。 在用這些功能實體進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時， 為了相互之間交換信息， 有關(guān)功能實體之間都要用接口進(jìn)行連接。同一通信網(wǎng)絡(luò)的接口， 必須符合統(tǒng)一的接口規(guī)范。作為例子， 圖1-17 給出的是蜂窩系統(tǒng)所用的各種接口。 其中： Sm是用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的接口， 也稱人機(jī)接口； Um是移動臺與基站收發(fā)信臺之間的接口， 也稱無線接口或空中接口；,圖 1 - 17 蜂窩系統(tǒng)所用的接口,A是基站和移動交換中心之間的接口； Abis是基站控制器和基站收發(fā)信臺之間的接口； B是移動交換中心和訪問位置寄存器之間的接口； C是移動交換中心和歸屬位置寄存器之間的接口； D是