移动通信 第1章 概论(2)

1、1.2 1.2 移动通信的特点及分类移动通信的特点及分类 l1.2.1 移动通信的特点移动通信的特点 l1.2.2 移动通信的分类移动通信的分类 1.2.1 移动通信的特点移动通信的特点l移动通信必须利用无线电波进行信息传输移动通信必须利用无线电波进行信息传输 l 这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围内自由活动，范围内自由活动， 其位置不受束缚，其位置不受束缚， 不过无线电波不过无线电波的传播特性一般都很差。的传播特性一般都很差。 首先，首先， 移动通信的运行环移动通信的运行环境十分复杂，境十分复杂， 电波不仅会随着传播距离的增加而发生电波不仅会随着

2、传播距离的增加而发生弥散损耗，弥散损耗， 并且会受到地形、并且会受到地形、 地物的遮蔽而发生地物的遮蔽而发生“阴影效应阴影效应”， 而且信号经过多点反射，而且信号经过多点反射， 会从多条路径到达接收地点，会从多条路径到达接收地点， 这种多径信号的这种多径信号的幅度、幅度、 相位和到达时间都不一样，相位和到达时间都不一样， 它们相互它们相互叠加会产生叠加会产生电平衰落电平衰落和和时延扩展，时延扩展，从而引起从而引起多多径衰落径衰落； 其次，其次， 移动通信常常在快速移动中移动通信常常在快速移动中进行，进行， 这不仅会引起这不仅会引起多普勒（多普勒（Doppler）频移）频移， 产生随机调频，产生

3、随机调频， 而且会使得电波传播特性发而且会使得电波传播特性发生快速的随机起伏，生快速的随机起伏， 严重影响通信质量。严重影响通信质量。 因因此，此， 移动通信系统必须根据移动信道的特征，移动通信系统必须根据移动信道的特征， 进行合理的设计。进行合理的设计。 多普勒频移多普勒频移l基本概念：由于波源与观察者之间有相对运动而使得基本概念：由于波源与观察者之间有相对运动而使得观察者感觉到的频率的变化。观察者感觉到的频率的变化。 例如：当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺例如：当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化；耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化；

4、同样，飞机飞过：同样，飞机飞过： 多普勒效应：当移动台的运动达到一定速度时，固定多普勒效应：当移动台的运动达到一定速度时，固定点接收到的载波频率将随运动速度点接收到的载波频率将随运动速度v的不同而产生不同的的不同而产生不同的频移，即产生多普勒效应。频移，即产生多普勒效应。 多普勒效应与移动物体的运动速度多普勒效应与移动物体的运动速度v，接收信号载波的，接收信号载波的波长波长，电波到达的入射角，电波到达的入射角有关，即有关，即 此式表明此式表明, 移动速度越快移动速度越快, 入射角越小入射角越小, 则多则多普勒效应就勒效应就越严重。越严重。cosvfa在高速移动通信系统中，多普勒效应可影响在高速

5、移动通信系统中，多普勒效应可影响 300Hz左右的语音，产生附加调频噪声，出左右的语音，产生附加调频噪声，出 现失真。现失真。为防止多普勒效应的影响，通常在地面设备为防止多普勒效应的影响，通常在地面设备 上采用上采用“锁相技术锁相技术”，加入自动频率跟踪系统；，加入自动频率跟踪系统； 另外还可以利用窄带性能，把淹没在噪声中的另外还可以利用窄带性能，把淹没在噪声中的 微弱信号提取出来。在移动通信系统中，所有微弱信号提取出来。在移动通信系统中，所有移动通信设备都采用锁相技术。移动通信设备都采用锁相技术。2. 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的移动通信是在复杂的干扰环境中运行的传统的噪声干扰：传统的

6、噪声干扰：l天电干扰天电干扰l工业噪声工业噪声 （汽车点火）（汽车点火）移动系统内部的干扰：移动系统内部的干扰：l互调干扰：互调干扰：主要是系统设备中的非线性引起的，主要是系统设备中的非线性引起的，如混频选择不好，使无用信号混入，而造成干如混频选择不好，使无用信号混入，而造成干扰。扰。l噪声噪声系统之间的干扰：系统之间的干扰：l同频干扰：同频干扰：相同载频台之间的干扰相同载频台之间的干扰l邻道干扰：邻道干扰：相邻信道之间的干扰（功率控制）相邻信道之间的干扰（功率控制）3. 移动通信可以利用的频谱资源非常有限，移动通信可以利用的频谱资源非常有限， 而而移动通信业务量的需求却与日俱增移动通信业务量

7、的需求却与日俱增l频谱需严格管理频谱需严格管理l解决的方法：解决的方法：开辟和启用新的频段开辟和启用新的频段lf=150MHz450 MHz900 MHz1800 MHz 2000MHz研究各种新技术和新措施，如研究各种新技术和新措施，如FDMA、TDMA、CDMA4. 移动通信系统的网络结构多种多样，移动通信系统的网络结构多种多样， 网络管网络管理和控制必须有效理和控制必须有效网络结构多种多样网络结构多种多样l覆盖形状：带状、面状覆盖形状：带状、面状l覆盖大小：大区制覆盖大小：大区制蜂窝小区蜂窝小区微蜂窝微蜂窝大区和微小区结合大区和微小区结合层状结构层状结构l考虑因素：容量、稳定性、速度、建

8、网费用考虑因素：容量、稳定性、速度、建网费用网管复杂网管复杂l用户注册和登记、鉴权和计费、安全和保密用户注册和登记、鉴权和计费、安全和保密网络技术复杂网络技术复杂l越区切换、漫游越区切换、漫游等功能等功能5. 移动通信设备移动通信设备(主要是移动台主要是移动台)必须适于在移动必须适于在移动环境中使用环境中使用体积小、重量轻、操作方便小巧（超大规模集成电体积小、重量轻、操作方便小巧（超大规模集成电路的使用）路的使用）便携（天线要短，使用高频）便携（天线要短，使用高频）省电（发射功率要尽量小）省电（发射功率要尽量小）防震（性能稳定）防震（性能稳定）抗潮等。抗潮等。1.2.2 1.2.2 移动通信的

9、分类移动通信的分类 按使用对象按使用对象-民用设备和军用设备；民用设备和军用设备； 按用途和区域按用途和区域-陆地通信、陆地通信、 海上通信和航空通信；海上通信和航空通信； 按多址方式按多址方式-频分多址频分多址(FDMA)、 时分多址时分多址(TDMA) 、码分多址、码分多址(CDMA)和空分多址（和空分多址（SDMA）等；）等； 按基站配置按基站配置-单区制、多区制、单区制、多区制、 蜂窝制等配置蜂窝制等配置方式；方式； 按与地面固定网连接方式按与地面固定网连接方式-人工、半自动、人工、半自动、 全自动等连接方式；全自动等连接方式； 按用户的通话状态和频率使用方法按用户的通话状态和频率使用

10、方法-单工单工制、制、 双工制和半双工制双工制和半双工制； 按经营方式或用户性质按经营方式或用户性质-专用网和公用专用网和公用网；网； 按信号形式按信号形式-模拟网和数字网。模拟网和数字网。（1）单工制）单工制：单频（同频）单工：单频（同频）单工单频是指通信的双方使用相同的工作频率单频是指通信的双方使用相同的工作频率单工是指通信双方的操作采用单工是指通信双方的操作采用“按按讲讲”方式。方式。l平时，双方的接收机均处于收听状态。如果平时，双方的接收机均处于收听状态。如果A方需要发话，方需要发话，可按可按“按讲按讲”开关，关掉开关，关掉A方接收机，使其发射机工作，方接收机，使其发射机工作，这时由于

11、这时由于B方接收机处于收听状态，即可实现由方接收机处于收听状态，即可实现由A至至B的的通话；同理，也可实现由通话；同理，也可实现由B至至A的通话。的通话。l收发使用同一个频率的按键通信方式。收发使用同一个频率的按键通信方式。l发送时不能接收，接收时不能发送。发送时不能接收，接收时不能发送。单工工作方式动画示意单工工作方式动画示意l图 单工通信 发射机f1(f1)接收机送受话器f1(f2)PTT发射机接收机送受话器PTTf1(f1)f1(f2)电台甲电台乙（2）双工制：）双工制：通信的双方收发信机均同时工作，即任意一方在发话的同时通信的双方收发信机均同时工作，即任意一方在发话的同时也能收到对方的

12、话音。也能收到对方的话音。例：一条宽阔的马路，同时可并排容纳双向车通过；生活中例：一条宽阔的马路，同时可并排容纳双向车通过；生活中的电话、网络等。的电话、网络等。目前移动通信系统都采用这种制式目前移动通信系统都采用这种制式。分类：分类：l频分双工频分双工 （FDD）：）：GSM使用使用l时分双工时分双工 （TDD）：）：3G使用使用双工工作方式动画图双工工作方式动画图l图 双工通信 发射机f1接收机受话器f2发射机接收机受话器基站移动台双工器f2f1送话器送话器f1f2（3）半双工制：）半双工制：指通信的双方，有一方（如指通信的双方，有一方（如A方）使用双工方式，方）使用双工方式，即收发信机同

13、时工作，且使用两个不同的频率；即收发信机同时工作，且使用两个不同的频率；而另一方（如而另一方（如B方），则采用双频单工方式，即收方），则采用双频单工方式，即收发信机交替工作。发信机交替工作。半双工制主要用于汽车调度、集群调度系统。半双工制主要用于汽车调度、集群调度系统。半双工工作方式动画示意半双工工作方式动画示意1.3 1.3 移动通信系统组成移动通信系统组成 移动通信系统一般由移动台移动通信系统一般由移动台 (MS) 、基站（、基站（BS）、移动）、移动业务交换中心（业务交换中心（MSC）及与市话网及与市话网（PSTNPSTN）相连的中继线相连的中继线等组成。等组成。移动通信系统的组成移动通

14、信系统的组成移动通信系统的组成移动通信系统的组成2不难看出，通过基站、移动业务交换中心，就可以实现不难看出，通过基站、移动业务交换中心，就可以实现在整个服务区内任意两个移动用户之间的通信，也可以在整个服务区内任意两个移动用户之间的通信，也可以经过中继线与经过中继线与PSTN连接，从而构成一个无线、有线相连接，从而构成一个无线、有线相结合的移动通信系统。结合的移动通信系统。注：注：PSTN:公共交换电话网络公共交换电话网络19:0719移动通信系统的组成常用术语的英文缩写常用术语的英文缩写 MSCMobile Service Switching Centre HLR Home Location

15、Register VLRVisitor Location Register EIR Equipment Identity Register AUC Authentication Centre OMC Operation and Maintenance Centre BS Base Station MS Mobile Stationl移动业务交换中心移动业务交换中心MSC（Mobile Switching Centre）：）：完成移动台和移动台之间、移动台和固定用户之间完成移动台和移动台之间、移动台和固定用户之间信息的交换转接和系统的管理。信息的交换转接和系统的管理。通常，每个移动交换中心可以支

16、持近通常，每个移动交换中心可以支持近100个基站，个基站，移动交换中心到固定网络之间需要移动交换中心到固定网络之间需要5000个话路的个话路的传输容量。传输容量。l交换中心至基站的传输线交换中心至基站的传输线 光纤或微波光纤或微波l移动台移动台MS（Mobile Station）：）：接收无线信号并且移动的终端，接收无线信号并且移动的终端，包括手机，车载台、呼机，无绳电话等等包括手机，车载台、呼机，无绳电话等等l基站基站BS（Base Station ）移动通信系统的组成移动通信系统的组成2是与移动台联系的一个固定收发机是与移动台联系的一个固定收发机接收移动台的信号与交换局相连，从而完成移动台

17、接收移动台的信号与交换局相连，从而完成移动台的收发工作的收发工作每个基站都有一个可靠通信的服务范围每个基站都有一个可靠通信的服务范围(称为无线称为无线小区小区)l服务区的大小，主要由发射功率和基站天线的服务区的大小，主要由发射功率和基站天线的高度决定。高度决定。爱立信基站图1.4移动通信系统的类型移动通信系统的类型 无线寻呼系统无线寻呼系统无绳电话系统无绳电话系统集群调动系统集群调动系统卫星移动通信系统卫星移动通信系统陆地公众蜂窝移动通信系统陆地公众蜂窝移动通信系统l陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的陆地公众蜂窝移动通信系统是移动通信系统的代表，也是发展最快的系统代表，也是发展最快的系统

18、无线电寻呼系统是一种单向通信系统。无线电寻呼系统是一种单向通信系统。 无线电寻呼系统无线电寻呼系统的用户设备是袖珍式接收机，的用户设备是袖珍式接收机， 称作袖珍铃，称作袖珍铃， 俗称俗称“BB机机”， 这是由于它的振铃声近似于这是由于它的振铃声近似于“BB”声音之故。声音之故。 下图示出了无线电寻呼系统的组成。下图示出了无线电寻呼系统的组成。 无线寻呼系统无线寻呼系统无线寻呼系统无线寻呼系统公用电话网无线电寻呼控制中心及主发射台用户回路发射台发射台工作过程：用户打电话工作过程：用户打电话电话网电话网连入寻呼台连入寻呼台对叫方的对叫方的信息进行处理信息进行处理天线发送出去天线发送出去BPBP接收

19、信号接收信号 简单的无绳电话机把普通的电话单机分成座简单的无绳电话机把普通的电话单机分成座机和手机两部分，机和手机两部分， 座机与有线电话网连接，手机座机与有线电话网连接，手机与座机之间用无线电连接，与座机之间用无线电连接， 这样这样,允许携带手机允许携带手机的用户可以在一定范围内自由活动时进行通话的用户可以在一定范围内自由活动时进行通话,见见图。图。 因为手机与座机之间不需要用电线连接因为手机与座机之间不需要用电线连接,故故称之为称之为“无绳无绳”电话机。电话机。无绳电话系统无绳电话系统l图 无绳电话系统示意图 市话局用户线座机普通话机l功率小（功率小（10mW10mW以下），覆盖半径小（以

20、下），覆盖半径小（100m100m左右）左右）l 分类：分类：公用（通常在办公楼、居民楼群之间、火车站、机场、繁华街道）公用（通常在办公楼、居民楼群之间、火车站、机场、繁华街道）设立基站设立基站私用：私用：“步步高步步高”等无绳电话。等无绳电话。l近年来基于无绳概念而发展起来的无线用户交换（近年来基于无绳概念而发展起来的无线用户交换（WPABXWPABX）得到重视，作为无绳数据通信的无线局域网（得到重视，作为无绳数据通信的无线局域网（WLANWLAN）也得到）也得到发展。发展。l无绳通信也是发展个人通信网（无绳通信也是发展个人通信网（PCNPCN）的一个基础。）的一个基础。 其典型的代表有其典

21、型的代表有: 泛欧数字无绳电话系统泛欧数字无绳电话系统(DECT, Digital European Cordless Telephone )、 日本的个人手持电话系统日本的个人手持电话系统(PHS, Personal Handyphone System)和美国的个人接入通信系统和美国的个人接入通信系统(PACS, Personal Access Communication System)。 几种无绳电话系统的主要参数几种无绳电话系统的主要参数 无绳电话是一种以有线电话网为依托的通无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，信方式， 也可以说它是有线电话网的无线延也可以说它是有线电话网的无线延

22、伸，伸， 具有发射功率小、具有发射功率小、 省电、省电、 设备简单、设备简单、 价价格低廉、格低廉、 使用方便等优点，使用方便等优点， 因而发展十分迅因而发展十分迅速，速， 目前数字式无绳电话系统目前数字式无绳电话系统(低功率无线系低功率无线系统统)在我国得到了广泛的应用在我国得到了广泛的应用(我国使用的标准我国使用的标准是是PHS)。集群移动通信系统集群移动通信系统 集群移动通信系统也称大区制移动通信系统。集群移动通信系统也称大区制移动通信系统。CCIRCCIR对它的定义为对它的定义为“系统所具有的全部可用信道可系统所具有的全部可用信道可为系统的全体用户共用为系统的全体用户共用”。即系统内的

23、任一用户想。即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话要和系统内另一用户通话, , 只要有空闲信道只要有空闲信道, , 就可就可以在中心控制台的控制下以在中心控制台的控制下, , 利用空闲信道沟通联络利用空闲信道沟通联络, , 进行通话。进行通话。 注：注： CCIRCCIR国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会(International Radio Consultative Committee)， 它的特点为只有一个基站，天线高度为几十米它的特点为只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为至百余米，覆盖半径为303050km50km以上，发射机以上，发射机功率可高达功率可高达20

24、0W200Wl 信道数有限，容量较小，信道数有限，容量较小，一般只能容纳数百至一般只能容纳数百至数千个用户数千个用户集群移动通信系统集群移动通信系统转 发 器 1(中 继 器 )转 发 器 2(中 继 器 )转 发 器 20(中 继 器 )系 统 控 制中 心PSTN调度台调度台系 统 管 理终 端天馈系统移 动 台 1移 动 台 2移 动 台n无 线调 度 台卫星移动通信卫星移动通信 所谓卫星移动通信是指以通信卫星为中继站所谓卫星移动通信是指以通信卫星为中继站, 在较大地域在较大地域及空间范围内实现移动台与固定台、移动台与移动台以及移动及空间范围内实现移动台与固定台、移动台与移动台以及移动台

25、或固定台与公众网用户之间的通信。台或固定台与公众网用户之间的通信。 移动卫星通信是移动通信和卫星通信相结合的产物移动卫星通信是移动通信和卫星通信相结合的产物, 兼具兼具卫星通信覆盖面宽和移动通信服务灵活的优点卫星通信覆盖面宽和移动通信服务灵活的优点, 是实现未来个是实现未来个人移动通信系统和真正的信息高速公路的重要手段之一。人移动通信系统和真正的信息高速公路的重要手段之一。 海 上 移 动 体空 中 移 动 体陆 地 移 动 体手 机基 站控 制 中 心关 口 站建 筑 物PSTN卫 星中、低轨道非同步卫星中、低轨道非同步卫星技术成熟，但造价高、寿命短技术成熟，但造价高、寿命短接收信号电平与通

26、信距离的平方成反比接收信号电平与通信距离的平方成反比l几个移动卫星系统几个移动卫星系统美国美国Motorola Motorola 铱（铱（IridiumIridium）系统，它采用）系统，它采用6 6轨道轨道6666颗星座，卫星高度为颗星座，卫星高度为765km765km。全球星（全球星（Global starGlobal star）系统，它采用）系统，它采用4848颗星的莱颗星的莱克尔星座，卫星高度约克尔星座，卫星高度约1400km1400km；奥德赛（奥德赛（OdesseyOdessey）系统，采用）系统，采用3 3轨道轨道1212颗星的莱克颗星的莱克尔星座，中轨、高度为尔星座，中轨、高度

27、为10000km10000km；白羊（白羊（AriesAries）系统，采用）系统，采用4 4轨道轨道4848颗星的星状星座颗星的星状星座，高度约，高度约1000km1000km；俄罗斯的俄罗斯的4 4轨道轨道3232颗星的颗星的COSCONCOSCON系统系统 早期的移动通信系统在其覆盖区域中心设置大功率的发早期的移动通信系统在其覆盖区域中心设置大功率的发射机，射机， 采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区(半径可半径可达几十千米达几十千米)。 这种系统的主要矛盾是它同时能提供给用这种系统的主要矛盾是它同时能提供给用户使用的信道数极为有限，户使用的信道数极为

28、有限， 远远满足不了移动通信业务迅远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要。速增长的需要。 例如，例如， 在在20世纪世纪70年代于美国纽约开通年代于美国纽约开通的的IMTS(Improved Mobile Telephone Service)系统系统(如图如图 1 - 5(a)所示所示)， 仅能提供仅能提供12对信道。对信道。 也就是说，也就是说， 网中只允网中只允许许12对用户同时通话，对用户同时通话， 倘若同时出现第倘若同时出现第13对用户要求通话，对用户要求通话， 就会发生阻塞。就会发生阻塞。蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统l图图 1 - 5 大区覆盖与小区覆盖大区覆盖与小区覆盖l(a) 大区覆盖；大区覆盖； (