1、第1章 概論,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,1.1 移動通信的主要特點,1. 移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸 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，,會從多條路徑到達接收地點， 這種多徑信號的幅度、 相位和到達時間都不一樣， 它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴展； 其次，

2、 移動通信常常在快速移動中進行， 這不僅會引起多普勒（Doppler）頻移， 產(chǎn)生隨機調(diào)頻， 而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機起伏， 嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 因此， 移動通信系統(tǒng)必須根據(jù)移動信道的特征， 進行合理的設(shè)計。 ,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

3、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。,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 對手機的主要要求是體積小、 重量輕、 省電、 操作簡單和攜帶方便。 車載臺和機載臺

4、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. 單工通信 所謂單工通信， 是指通信雙方

5、電臺交替地進行收信和發(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。 平常各接收機均處于守候狀態(tài)， 即把天線接至接收機等候被呼。 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， 另一方面將天線接至發(fā)射機的輸出端， 接通發(fā)射機開始工作。 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行傳輸消息的工作方式， 有時亦

6、稱全雙工通信， 如圖1-2所示。 圖中， 基站的發(fā)射機和接收機分別使用一副天線， 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)射可同時進行。,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)射機才工作， 而接收機總是工作的。 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

7、解調(diào)技術(shù)、 先進的信號處理技術(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。 這些優(yōu)點有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃裕?或者說保證通信質(zhì)量。 采用糾錯編碼、 交織編碼、 自適應(yīng)

8、均衡、 分集接收以及擴跳頻技術(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)信道的比特流中， 進行控制信息的傳輸， 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)

9、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， 可以達到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

10、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),1.3.1 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， 稱作袖珍鈴， 俗稱“BB機”， 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， 采用高架天線

11、把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)(半徑可達幾十千米)。 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， 遠遠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 Service)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(即基站發(fā)射機)進行覆蓋， 許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋

12、)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

13、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， 進行頻道切換， 提供系統(tǒng)維護和性能測試， 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

14、區(qū)中結(jié)束。 快速行駛的汽車在一次通話的時間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。 當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進入另一相鄰的小區(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)換到正在進入的小區(qū)， 這一過程稱為 越區(qū)切換 。,其控制機理如下： 當(dāng)通信中的移動臺到達小區(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)酰?而鄰近小區(qū)的基站能檢測出這個移動臺的信號正在逐漸變強， 系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息， 進行判決， 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)切換到進入的小區(qū)。 整個過程自動進行， 用戶并不知道， 也不會中斷行進中

15、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6章和第7章中對第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進行討論， 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7-4。 在第8章和第9章中還將對第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進行討論， 它們主要包括WCDMA、 cdma2000、 TD-SCDMA等， 其性能參數(shù)可參見表9-4。,表 1 - 1 幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng),1.3.3 無繩電

16、話系統(tǒng) 簡單的無繩電話機把普通的電話單機分成座機和手機兩部分， 座機與有線電話網(wǎng)連接， 手機與座機之間用無線電連接， 這樣， 允許攜帶手機的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進行通話， 見圖 1 - 9。 因為手機與座機之間不需要用電線連接， 故稱之為“無繩”電話機。,圖 1 - 9 無繩電話系統(tǒng)示意圖,無繩電話的手機、 座機與電信點所發(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

17、系統(tǒng)進行討論， 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),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)。,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)

18、目更多的用戶；, 改進頻道共用的方式， 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

19、于各階層和各行業(yè)中個人之間的通信， 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1560 s(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)。, 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行通信， 必須占用兩對頻道。 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

20、利用率； 而在集群系統(tǒng)中， 主要是以改進頻道共用技術(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,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)信機和電源組成。 每個頻道均配一個

21、轉(zhuǎn)發(fā)器。 對于分布式控制的集群系統(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、 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或帶顯示的操作臺。 移動臺。 移動臺有車載臺和手機。 它們均由收發(fā)信機、 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

22、集群系統(tǒng)中， 每一次呼叫通話期間， 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(Transmission Trunking)。 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

23、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 Tr

24、ansmission 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改進型集群方式， 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052 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

25、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-機載等系統(tǒng)。,目前， 世界上有不少國家提出了發(fā)展低軌道衛(wèi)星通信的計劃， 表 1 - 4 給出了部分系統(tǒng)的部分參數(shù)。,表

26、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,1.3.6 分組無線網(wǎng) 分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進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”(

27、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1-15 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)

28、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-54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

29、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) 調(diào)頻技術(shù)的應(yīng)用曾對模擬移動通信的發(fā)展產(chǎn)生過極大的推動作用， 迄今， 這種調(diào)制技術(shù)仍廣泛應(yīng)用于許多模擬移動通信系統(tǒng)中。,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。 (2) 恒定包絡(luò)(連續(xù)相位)調(diào)制技術(shù)， 主要包括MSK、

30、 GMSK、 GFSK和TFM等。,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、 相位和到達時間上發(fā)生隨機變化， 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)象的機理以及這些現(xiàn)象對信號傳輸所產(chǎn)生的不良影響， 進而研究消除各種不良影響的對策。 為了給通信系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計提供依據(jù)

31、， 人們通常通過理論分析或根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行統(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)境中進行現(xiàn)場測試， 并用計算機對大量實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析， 以建立預(yù)測模型(如沖擊響應(yīng)模型)， 進行傳播預(yù)測。,1.4.3 多址方式 多址方式的基本類型有頻分多址(FDMA)、 時分多址(TD

32、MA)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多址的綜合應(yīng)用。,選用什么樣的多址方式取決于通信系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和要求。 若干年來， 由于移動通信業(yè)務(wù)的需求量與日俱增， 移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重點一直是在頻譜資源有限的條件下， 努力提高通信系統(tǒng)的容量。 因此， 未來采用什么樣的多址方式更有利于提高通

33、信系統(tǒng)的容量， 也成為人們非常關(guān)心和有爭議的問題。,通常認為： 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)

34、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： 利用信道編碼進行檢錯和糾錯(包括前向糾錯FEC和自動請求

35、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展能力的調(diào)制技術(shù)(如多電平調(diào)制、 多載波調(diào)制等)；,為提高通信系統(tǒng)的綜合抗干擾能力而采用擴頻和跳頻技術(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

36、、 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： 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)， 認證中心(AUC)和操作維護中心(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：,圖