第1章移动通信概论

1、第第1章章 移动通信概论移动通信概论本章提示本章提示l移动通信系统构成，既有有线系统，也有移动通信系统构成，既有有线系统，也有无线系统；移动通信课程主要研究无线通无线系统；移动通信课程主要研究无线通信系统。信系统。l移动通信既有海上移动通信、空中移动通移动通信既有海上移动通信、空中移动通信，也有陆上移动通信；移动通信课程主信，也有陆上移动通信；移动通信课程主要研究公用陆上移动通信系统（要研究公用陆上移动通信系统（PLMTS）。）。本章提示本章提示l移动通信是无线电通信，但不是研究点对移动通信是无线电通信，但不是研究点对点无线电通信，而是研究多用户多信道共点无线电通信，而是研究多用户多信道共用无

2、线电通信。用无线电通信。l移动通信系统有多种，本书主要研究蜂窝移动通信系统有多种，本书主要研究蜂窝移动通信系统。移动通信系统。本章提示本章提示l本章将介绍许多新的技术概念，如无线小本章将介绍许多新的技术概念，如无线小区、移动信道（无线信道）、基站（区、移动信道（无线信道）、基站（BS）、）、移动业务交换中心（移动业务交换中心（MSC）、频率复用）、频率复用（或频率再用）、区群（或频率再用）、区群（Cluster）、前向）、前向信道（下行信道）、反向信道（上行信信道（下行信道）、反向信道（上行信道）、移动台（移动终端）、公用交换电道）、移动台（移动终端）、公用交换电话网（话网（PSTN）、综合业

3、务数字网）、综合业务数字网（ISDN）、公用数据网（）、公用数据网（PDN）等。）等。第第1章章 移动通信概论移动通信概论l1.1 移动通信概述移动通信概述 l1.2 常用移动通信系统常用移动通信系统 l1.3 移动通信发展概况和发展方向移动通信发展概况和发展方向 1.1 移动通信概述移动通信概述l1.1.1 基本概念基本概念l1.1.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成l1.1.3 移动通信的特点移动通信的特点l1.1.4 移动通信的分类移动通信的分类l1.1.5 移动通信的工作频段移动通信的工作频段l1.1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式l1.1.7 移动通信的组网移动通信的

4、组网1.1.1 基本概念基本概念 l移动通信，是指通信双方或至少有一方处移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交换的通信方式。于运动中进行信息传输和交换的通信方式。l移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。l移动体之间通信联系的传输手段只能依靠移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电通信，因此，无线通信是移动通信无线电通信，因此，无线通信是移动通信的基础，而无线通信技术的发展将推动移的基础，而无线通信技术的发展将推动移动通信的发展。动通信的发展。1.1.2 移动通信系统的组

5、成移动通信系统的组成 l移动通信系统是移动体之间、移动体和固移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间以及固定用户与移动体之间，定用户之间以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。能够建立许多信息传输通道的通信系统。l移动通信包括无线传输、有线传输，信息移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。动终端设备。1.1.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成 图1-1 移动通信系统的组成1.1.2 移动通信系统的组成移动通信系

6、统的组成 l移动通信无线服务区由许多正六边形小区移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。）互联。l移动通信系统包括移动交换子系统（移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、）、操作维护管理子系统（操作维护管理子系统（OMS）、基站子系）、基站子系统（统（BSS） 和移动台（和移动台（MS），是一个完整），是一个完整的信息传输实体。的信息传输实体。1.1.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成 l移动通信中建立一个呼叫是由移动通信中建立一个呼叫是由BSS和和SS共共同完成的；同完成的

7、；BSS提供并管理提供并管理MS和和SS之间的之间的无线传输通道，无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由有的呼叫都是经由SS建立连接的；建立连接的；OMS负负责管理控制整个移动网。责管理控制整个移动网。1.1.2 移动通信系统的组成移动通信系统的组成lMS也是一个子系统。它实际上是由移动终也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数据存放在一端设备称为移动设备；用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡（据

8、模块称为用户识别卡（SIM）。）。1.1.3 移动通信的特点移动通信的特点 l1移动通信必须利用无线电波进行信息传移动通信必须利用无线电波进行信息传输输l2移动通信是在复杂的干扰环境中运行移动通信是在复杂的干扰环境中运行l3随着移动通信业务量的需求与日俱增，随着移动通信业务量的需求与日俱增，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l4对移动台的要求高对移动台的要求高l5通道容量有限通道容量有限l6通信系统复杂通信系统复杂1.1.4 移动通信的分类移动通信的分类 l按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用对象可分为民用设备和军用设备；l按使用环境可分为陆地通信、海上

9、通信和空中通信；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；l按多址方式可分为频分多址（按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址）、时分多址（TDMA）和码分多址（）和码分多址（CDMA）等；）等；l按覆盖范围可分为广域网和局域网；按覆盖范围可分为广域网和局域网；l按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；l按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；工；l按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。拟网和数字网

10、。 1.1.5 移动通信的工作频段移动通信的工作频段 l早期的移动通信主要使用早期的移动通信主要使用VHF和和UHF频段。频段。l目前，大容量移动通信系统均使用目前，大容量移动通信系统均使用800MHz频段（频段（CDMA），），900MHz频段（频段（AMPS、TACS、GSM），并开始使用），并开始使用1 800MHz频频段（段（GSM1800/DCS1800），该频段用于），该频段用于微蜂窝（微蜂窝（Microcell）系统。第三代移动通）系统。第三代移动通信使用信使用2.4GHz频段。频段。1.1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式 l从传输方式的角度来看，无线通信分为单从传输方

11、式的角度来看，无线通信分为单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。向传输（广播式）和双向传输（应答式）。l单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。输有单工、双工和半双工三种工作方式。l单工通信是指通信双方电台交替地进行收单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信，根据收、发频率的异同，又可信和发信，根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。分为同频单工和异频单工。1.1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式图图1-2 单工通信单工通信1.1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式图图1-3 双工通信双工通信1.

12、1.6 移动通信的工作方式移动通信的工作方式l半双工通信的组成与图半双工通信的组成与图1-3相似，移动台采相似，移动台采用类似单工的用类似单工的“按讲按讲”方式，即按下按讲方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。的。基站工作情况与双工方式完全相同。1.1.7 移动通信的组网移动通信的组网 l蜂窝式组网的目的是解决常规移动通信系蜂窝式组网的目的是解决常规移动通信系统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，频统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，频谱利用率低等问题。谱利用率低等问题。l蜂窝式组网理论为移动通信技术的发展和蜂窝式

13、组网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础新一代多功能设备的产生奠定了基础 1无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射l蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。称为蜂窝小区。l一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户。在较小的区域内设置相当数量的用户。l根据不同制式系统和不同用户密度挑选不根据不同制式

14、系统和不同用户密度挑选不同类型的小区。同类型的小区。1无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射l基本的小区类型如下。基本的小区类型如下。l超小区：小区半径超小区：小区半径r 20km，适于人口稀少的农村地区。，适于人口稀少的农村地区。l宏小区：小区半径宏小区：小区半径r = 1km20km，适于高速公路和人口，适于高速公路和人口稠密的地区。稠密的地区。l微小区：小区半径微小区：小区半径r = 0.1km1km，适于城市繁华区段。，适于城市繁华区段。l微微小区：小区半径微微小区：小区半径r 0.1km，适于办公室、家庭等移，适于办公室、家庭等移动应用环境。动应用环境。l当蜂窝

15、小区用户数增大到一定程度而使准用频道数不够用当蜂窝小区用户数增大到一定程度而使准用频道数不够用时，采用小区分裂将原蜂窝小区分裂为更小的蜂窝小区，时，采用小区分裂将原蜂窝小区分裂为更小的蜂窝小区，低功率发射和大容量覆盖的优势十分明显。低功率发射和大容量覆盖的优势十分明显。2频率覆盖频率覆盖l蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。重复使用同一组工作频率，称为频率复用。l采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，采用频率复用大大地缓

16、解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或系统容量。增加了用户数目或系统容量。l频率复用所带来的问题是同频干扰。频率复用所带来的问题是同频干扰。l同频干扰的影响并不与蜂窝之间的绝对距离有关，同频干扰的影响并不与蜂窝之间的绝对距离有关，而是和蜂窝间距离与小区半径比值有关。而是和蜂窝间距离与小区半径比值有关。3多信道共用和越区切换多信道共用和越区切换l由若干无线信道组成的移动通信系统，为由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用仍能满足服务质量的大量的用户共同使用仍能满足服务质量的信道利用技术，称为多信道共用技术。信道利用技术，称为多信道共用技术。l为了保证通话的连续性，当正在通话的移为

17、了保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，移动通信系统动台进入相邻无线小区时，移动通信系统必须具备业务信道自动切换到相邻小区基必须具备业务信道自动切换到相邻小区基站的越区切换功能，即切换到新的信道上，站的越区切换功能，即切换到新的信道上，从而不中断通信过程。从而不中断通信过程。4无线通信优势与有线网络优势的理想互无线通信优势与有线网络优势的理想互联联l移动信息通过基站和移动业务交换中心进移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其他移动网，实现移动用入公众电信网或其他移动网，实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户，以户与市话用户、移动用户与移动用户，以及移动用户与长

18、途用户之间的通信。及移动用户与长途用户之间的通信。l互联使移动无线网适应公众网的质量标准，互联使移动无线网适应公众网的质量标准，突破业务区域限制，也使公众网的服务范突破业务区域限制，也使公众网的服务范围得到扩大和延伸。围得到扩大和延伸。1.2 常用移动通信系统常用移动通信系统 1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统1.2.2 无绳电话系统无绳电话系统1.2.3 集群移动通信系统集群移动通信系统1.2.4 移动卫星通信系统移动卫星通信系统1.2.5 分组无线网分组无线网1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统 l早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设

19、置大功率的发射机，采用高架天线把信设置大功率的发射机，采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公里）。里）。l这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户使用的信道数极为有限，远远满足不了移使用的信道数极为有限，远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要。动通信业务迅速增长的需要。1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统图图1-4 大区覆盖与小区覆盖大区覆盖与小区覆盖1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统l蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小的区域（个较小的区域（cell，

20、在蜂窝系统中称为小，在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满样能布满 （即覆盖）任意形状的服务地区，（即覆盖）任意形状的服务地区，如图如图1-4（b）所示。）所示。1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统l相邻小区不允许使用相同的频道，否则会相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生相互干扰，称同道干扰。发生相互干扰，称同道干扰。l蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速移动用户的要求，又能满足高密度、低速移动用户的要求，又能满足高

21、密度、低速移动用户的要求，同时还可满足室内用户移动用户的要求，同时还可满足室内用户的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展。的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展。1.2.1 蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统1.2.2 无绳电话系统无绳电话系统 l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，是有线电话网的无线延伸。信方式，是有线电话网的无线延伸。l无绳电话具有发射功率小、省电、设备简无绳电话具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点，因而发单、价格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速，目前已经形成了多种数字式展十分迅速，目前已经形成了多种数字式无绳

22、电话系统。无绳电话系统。 1.2.2 无绳电话系统无绳电话系统 图图l-5 无绳电话系统示意图无绳电话系统示意图1.2.2 无绳电话系统无绳电话系统 l欧洲数字无绳电话系统（欧洲数字无绳电话系统（DECT）l个人手持电话系统（个人手持电话系统（PHS）l个人接入通信系统（个人接入通信系统（PACS）l在我国应用比较广泛的在我国应用比较广泛的“小灵通小灵通”采用了采用了PHS协议，是属于无绳电话衍生的通信手协议，是属于无绳电话衍生的通信手段。段。1.2.3 集群移动通信系统集群移动通信系统l集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。l集群移动通信系统采用

23、的基本技术是频率公用技集群移动通信系统采用的基本技术是频率公用技术。术。l集群移动通信系统采用半双工工作方式。集群移动通信系统采用半双工工作方式。l集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调度台与移动台之间的通话为主。度台与移动台之间的通话为主。l集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业（或几个行业合用）中间进行调度和在各个行业（或几个行业合用）中间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。级。1.2.4 移动卫星通信系统移动卫星通信系统l卫星

24、通信具有全球范围的覆盖区，信道稳卫星通信具有全球范围的覆盖区，信道稳定、可靠及系统容量大等优点，从诞生至定、可靠及系统容量大等优点，从诞生至今，得到了迅猛发展。今，得到了迅猛发展。l通过卫星为移动台及手机提供移动通信服通过卫星为移动台及手机提供移动通信服务而构成移动卫星通信系统务而构成移动卫星通信系统 （MSS）。）。lMSS是以是以VAST和地面蜂窝移动通信为基础，和地面蜂窝移动通信为基础，结合空间卫星多波束技术及星上处理、计结合空间卫星多波束技术及星上处理、计算机等高新技术而构成的超越时空的全球算机等高新技术而构成的超越时空的全球个人通信网。个人通信网。1.2.5 分组无线网分组无线网 l

25、分组无线网是一种利用无线信道进行分组分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络，即网络中传送的信息要交换的通信网络，即网络中传送的信息要以以“分组分组”或称或称“信包信包”（有时简称（有时简称“包包”）为基本单元。）为基本单元。l分组是由若干比特组成的信息段，通常包分组是由若干比特组成的信息段，通常包含含“包头包头”和和“正文正文”两部分。两部分。l包头中含有该分组的源地址（起始地址）、包头中含有该分组的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）和有关的路由信息，宿地址（目的地址）和有关的路由信息，正文是真正需要传送的信息。正文是真正需要传送的信息。1.2.5 分组无线网分组无线网 l分组

26、传输方式是存储转发方式的分组传输方式是存储转发方式的种，用种，用户终端必须先把要传送的信息存储、分段、户终端必须先把要传送的信息存储、分段、加上包头以构成分组，才能送上无线信道加上包头以构成分组，才能送上无线信道进行传输。进行传输。l这一过程必然要产生额外的时间延迟，因这一过程必然要产生额外的时间延迟，因此，分组无线网特别适用于实时性要求不此，分组无线网特别适用于实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。严和短消息比较多的数据通信。l分组传输能适应不同网络结构的应用。常分组传输能适应不同网络结构的应用。常见的网络结构有星状结构和分布式结构。见的网络结构有星状结构和分布式结构。1.2.5 分组无线

27、网分组无线网 l（1）ARDIS系统（先进的无线电数据信息系统（先进的无线电数据信息设备）。设备）。l（2）Mobitex系统（全国性互联的集群无系统（全国性互联的集群无线电网络）。线电网络）。l（3）CDPD系统（蜂窝数字分组数据）。系统（蜂窝数字分组数据）。l（4）TETRA系统（全欧集群无线电）。系统（全欧集群无线电）。l（5）第二代北美数字蜂窝）第二代北美数字蜂窝IS-54和和IS-95系系统统 1.2.5 分组无线网分组无线网1.3 移动通信发展概况和发展方向移动通信发展概况和发展方向l1.3.1 移动通信发展概况移动通信发展概况l1.3.2 第三代移动通信第三代移动通信l1.3.3

28、 移动通信的发展方向移动通信的发展方向1.3.1 移动通信发展概况移动通信发展概况 l第一阶段从第一阶段从20世纪世纪20年代至年代至40年代，为早期发展年代，为早期发展阶段。阶段。l第二阶段从第二阶段从20世纪世纪40年代中期至年代中期至60年代初期。年代初期。l第三阶段从第三阶段从20世纪世纪60年代中期至年代中期至70年代中期。年代中期。l第四阶段从第四阶段从20世纪世纪70年代中期至年代中期至80年代中期。年代中期。l第五阶段从第五阶段从20世纪世纪80年代中期开始至年代中期开始至20世纪末，世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。l第六阶段起自第六阶段起自2000年左右，此时伴随着对第三代年左右，此时伴随着对第三代移动通信的大量论述，以及移动通信的大量论述，以及2.5G产品产品GPRS系统系统的过渡，的过渡，3G走上了通信舞台的前沿。走上了通信舞台的前沿。1.3.2 第三代移动通信第三代移动通信l第三代移动通信系统是一种能提供多种类第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游功能，与固定网络缝覆盖，具有全球漫游功能，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端