移动通信系统的分类

1、第1章 概 论 1.1 移动通信的主要特点1.2 移动通信系统的分类 1.3 常用移动通信系统 1.4 移动通信的基本技术 1.5 移动通信的发展历程和发展方向1.6 移动通信的标准化 1.1 移动通信的主要特点 1. 移动通信必须利用无线电波进行信息传输 2. 移动通信是在复杂的干扰环境中运行的 3. 移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增 4. 移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效 5. 移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用 1.2 移动通信系统的分类 按使用对象可分为民用设备和军用设备； 按使用环境可分为陆地通信、 海上通信

2、和空中通信； 按多址方式可分为频分多址(FDMA)、 时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等； 按覆盖范围可分为宽域网和局域网； 按业务类型可分为电话网、 数据网和综合业务网； 按工作方式可分为同频单工、 异频单工、 异频双工和半双工； 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。 1.2.1 工作方式 1. 单工通信 所谓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，又可分为同频单工和异频单工。 单工通信常用于点到点通信，参见图 1-1 。 图 1-1 单工通信 2. 双工通信 所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称

3、全双工通信，如图 1-2 所示。 图 1-2 双工通信 3. 半双工通信 半双工通信的组成与图 1-2 相似， 移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。 1.2.2 模拟网和数字网 人们把模拟通信系统(包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等)称作第一代通信产品，而把数字通信系统(包括数字蜂窝网、数字无绳电话、移动数据系统以及移动卫星通信系统等)称作第二代通信产品。 数字通信系统的主要优点可归纳如下：频谱利用率高， 有利于提高系统容量。 (2) 能提供多种业务服务， 提高通信系统的通用性。 (3) 抗噪声、 抗干扰

4、和抗多径衰落的能力强。 (4) 能实现更有效、 灵活的网络管理和控制。 (5) 便于实现通信的安全保密。(6) 可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。 1.2.3 话音通信和数据通信 图 1-3 移动通信网络的分类 1.3 常用移动通信系统 1.3.1 无线电寻呼系统 图 1-4 无线电寻呼系统示意图 1.3.2 蜂窝移动通信系统 图 1-5 大区覆盖与小区覆盖(a) 大区覆盖； (b) 小区覆盖 图 1-6 蜂窝系统的频率再用 图 1-7 蜂窝移动通信系统的示意图 图 1-8 越区切换示意图 表 1-1 几种模拟蜂窝移动通信系统 1.3.3 无绳电话系统 图 1-9 无绳电话系统示意图

5、表 1-2 几种无绳电话系统的主要参数 1.3.4 集群移动通信系统 1. 集群的概念 把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限个频道，以容纳数目更多的用户； 改进频道共用的方式，即移动用户在通信的过程中，不是固定地占用某一个频道，而是在按下其“按讲开关”(PTT)时，才能占用一个频道；一旦松开PTT，频道将被释放， 变成空闲频道，并允许其它用户占用该频道。 令基站共有5个频道，分别用A、 B、 C、D和E表示。假若各个频道的平均忙闲的时间都是各占50%，因而当某一用户要单独占用其中任一个频道时，发生阻塞的概率也是50%。倘若这个用户能利用这5个

6、频道的空闲时间传输其信息，则只有当5个频道一起处于全忙状态时，才会出现呼叫阻塞。显然，这时的阻塞概率会显著减小。设单独占用各个频道的阻塞概率分别为P(A)=P(B)=P(C)=P(D)=P(E)=50%，则采用上述办法后的阻塞概率为=P(A)P(B)P(C)P(D)P(E)=3.125%。 2. 集群系统的用途和特点 集群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)中间进行调度和指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。蜂窝通信系统属于公众移动通信网，适用于各阶层和各行业中个人之间通信， 一般不分优先等级。 集群通信系统根据调度业务的特征，通常具有一定的限时功能，一次通话

7、的限定时间大约为1560秒(可根据业务情况调整)。 蜂窝通信系统对通信时间一般不进行限制。 集群通信系统的主要服务业务是无线用户和无线用户之间的通信。蜂窝通信系统却有大量的无线用户与有线用户之间的通话业务。在集群通信系统中也允许有一定的无线用户与有线用户之间的通话业务，但一般只允许这种话务量占总业务量的5%10%。 集群通信系统一般采用半双工(现在已有全双工产品)工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信只需占用一对频道。蜂窝通信系统都采用全双工工作方式，因而，一对移动用户之间进行通信， 必须占用两对频道。 在蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要是以改

8、进频道共用技术来提高系统的频率利用率。 3. 集群系统的组成 集群系统均以基本系统为模块，并用这些模块扩展为区域网。根据覆盖的范围及地形条件，基本系统可由单基站或多基站组成。集群系统的控制方式有两种：即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式，分别如图 1-10(a)和(b)所示。 图 1-10 集群网络的基本结构(a) 集中控制方式； (b) 分布控制方式 集群系统的基本设备如下：转发器。 天线共用设备。 系统控制中心(系统控制器)。 调度台。 操作台、 天线和电源等。移动台。 4. 集群方式 (1) 消息集群(Message Trunking)。 图 1-11 消息集群的典型呼叫

9、格式 (2) 传输集群(Transmission Trunking)。 图 1-12 传输集群的典型呼叫格式 (3) 准传输集群(Quasi Transmission Trunking)。 图 1-13 准传输集群的典型呼叫格式 表 1-3 部分集群移动通信系统的主要参数 1.3.5 移动卫星通信系统 表 1-4 低轨道移动卫星通信系统的部分参数 图 1-14 铱系统卫星轨道示意图 1.3.6 分组无线网 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以分组或称信包(有时简称“包”)为基本单元。分组是由若干比特组成的信息段，通常包含包头和正文两部分。 包头中含有该分

10、组的源地址(起始地址)、 宿地址(目的地址)和有关的路由信息等；正文是真正需要传送的信息。 图 1-15 ALOHA系统简图 世界上各国都在致力于发展移动数据通信网络，其中大都以分组传输技术为基础。 例如： ARDIS系统(先进的无线电数据信息设备)。 (2) Mobitex系统(全国性互连的集群无线电网络)。 (3) CDPD系统(蜂窝数字分组数据)。 (4) TETRA系统(全欧集群无线电)。 (5) 第二代北美数字蜂窝IS-54和IS-95系统。 表 1-5 几种移动数据设备的特性和参数 1.4 移动通信的基本技术 1.4.1 调制技术 在实际应用中， 有两类用得最多的数字调制方式：线性

11、调制技术。 (2) 恒定包络(连续相位)调制技术。 数字调制技术是振幅和相位联合调制(QAM)技术。 码分多址(CDMA)是最具有竞争力的多址方式，1.4.2 移动信道中电波传播特性的研究 研究移动信道的传播特性，首先要弄清移动信道的传播规律和各种物理现象的机理以及这些现象对信号传输所产生的不良影响，进而研究消除各种不良影响的对策。为了给通信系统的规划和设计提供依据，人们通常通过理论分析或根据实测数据进行统计分析(或二者结合)，来总结和建立有普遍性的数学模型，利用这些模型，可以估算一些传播环境中的传播损耗和其它有关的传播参数。 1.4.3 多址方式 多址方式的基本类型有频分多址(FDMA)、

12、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。 实际中也常用到三种基本多址方式的混合多址方式，比如，频分多址/时分多址(FDMA/TDMA)、频分多址/码分多址(FDMA/CDMA)、 时分多址/码分多址(TDMA/CDMA)等等。此外，随着数据业务的需求日益增长，另一类称为随机多址方式的如ALOHA和载波检测多址(CSMA)等也日益得到广泛应用， 其中也包括固定多址和随机多址的综合应用。 1.4.4 抗干扰措施 利用信道编码进行检错和纠错(包括前向纠错FEC和自动请求重传ARQ)是降低通信传输的差错率，保证通信质量和可靠性的有效手段； 为克服由多径干扰所引起的多径衰落，广泛采用分集技术(包括空

13、间分集、频率分集、时间分集以及RAKE接收技术等)、自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调制技术(如多电平调制、多载波调制等)； 为提高通信系统的综合抗干扰能力而采用扩频和跳频技术； 为减少蜂窝网络中的共道干扰而采用扇区天线、 多波束天线和自适应天线阵列等； 在CDMA通信系统中， 为了减少多址干扰而使用干扰抵消和多用户信号检测器技术。 1.4.5 组网技术 1. 网络结构 图 1-16 数字蜂窝通信系统的网络结构2. 网络接口 图 1-17 蜂窝系统所用的接口 图 1-18 Um接口协议模型举例 L3连接管理(CM) 移动管理(MM) 无线资源管理(RRM) L2数据链路层 L

14、1物理层 3. 网络的控制与管理 无论何时，当某一移动用户在接入信道上向另一移动用户或有线用户发起呼叫，或者某一有线用户呼叫移动用户时，移动通信网络就要按照预定的程序开始运转，这一过程会涉及到网络的各个功能部件，包括基站、移动台、移动交换中心、各种数据库以及网络的各个接口等； 网络要为用户呼叫配置所需的控制信道和业务信道，指定和控制发射机的功率，进行设备和用户的识别和鉴权， 完成无线链路和地面线路的连接和交换，最终在主呼用户和被呼用户之间建立起通信链路，提供通信服务。这一过程称为呼叫接续过程，是移动通信系统的连接控制(或管理)功能。 当移动用户从一个位置区漫游到另一个位置区时，网络中的有关位置

15、寄存器要随之对移动台的位置信息进行登记、修改或删除。如果移动台是在通信过程中越区， 网络要在不影响用户通信的情况下，控制该移动台进行越区切换，其中包括判定新的服务基台、指配新的频率或信道以及更换原有地面线路等程序。这种功能是移动通信系统的移动管理功能。 在移动通信网络中，重要的管理功能还有无线资源管理。无线资源管理的目标是在保证通信质量的条件下，尽可能提高通信系统的频谱利用率和通信容量。为了适应传播环境、 网络结构和通信路由的变化，有效的办法是采用动态信道分配(DCA)法，即根据当前用户周围的业务分布和干扰状态，选择最佳的(无冲突或干扰最小)信道，分配给通信用户使用。显然，这一过程既要在用户的

16、常规呼叫时完成，也要在用户过区切换的通信过程中迅速完成。 *1.5 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信的发展过程及趋势可概括如下： 工作频段由短波、超短波、微波到毫米波、红外和超长波； 频道间隔由100 kHz、50 kHz、25 kHz到12.5 kHz和宽带扩频信道； 调制方式由振幅压扩单边带、 模拟调频到数字调制； 多址方式由频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)到混合多址，以及固定多址和随机多址的结合； 网络覆盖由蜂窝到微蜂窝、 微微蜂窝和混合蜂窝； 网络服务范围由局部地区、大中城市到全国、 全世界，并由陆地、 水上、空中发展到陆海空一体化； 业务类型由

17、通话为主， 到传送数据、 传真、 静止图像，直到传送综合业务。 新一代移动通信是个人通信HT， 也叫作第三代移动通信。实现个人通信的网络称为个人通信网，或称为个人通信系统 (在美国还称作个人通信服务)。 其目标是实现：无论任何人 (Whoever)在任何时候(Whenever)和在任何地方(Wherever), 都能够和另一个人(Whomever)进行任何类型(Whatever)的信息交换。 *1.6 移动通信的标准化 1.6.1 国际无线电标准化组织 国际无线电标准化工作主要由国际电信联盟(ITU)负责，它是设于日内瓦的联合国组织，下设四个永久性机构：综合秘书处、国际频率登记局(IFRB)、

18、国际无线电咨询委员会(CCIR)以及国际电话电报咨询委员会(CCITT)。 国际频率登记局(IFRB)的职责有二：一是管理带国际性的频率分配；二是组织世界管理无线电会议(WARCs)。 WARCs是为了修正无线电规程和审查频率注册工作而举行的。最近分别于1987年、 1992年和1997年举行， 会上曾作出涉及无线通信发展的有关决定。 国际电话电报咨询委员会(CCITT)开发设备建议，如在有线电信网络中工作的数据Modem, 还通过其不同的研究小组开发了许多与移动通信有关的建议，如编号规划、位置登记程序和信令协议等。 国际无线电咨询委员会 (CCIR) 为ITU提供无线电标准的建议，研究的内容着重于无线电频谱利用技术和网间兼容的性能标准和系统特性。 调整后的ITU分为三个组： 无线通信组(以前的CCIR和IFRB)； 电信标准化组(以前的CCITT)； 电信开发组(BDT)。 1.6.2 欧洲共同体(EC)的通信标准化组织 欧