移动通信的工作方式与特点

1、第第1章章 概述概述1.1 移动通信及其特点移动通信及其特点1.2 移动通信的工作方式移动通信的工作方式1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成1.4 移动通信系统的频段使用移动通信系统的频段使用1.5 多址方式多址方式1.6 移动通信系统的发展史移动通信系统的发展史1.7 我国移动通信发展现状我国移动通信发展现状1.8 移动通信发展的主要技术问题及发展方向移动通信发展的主要技术问题及发展方向1.1 移动通信及其特点移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间进行的通信。这里所说的通信，不仅指双方的通话，还包括数据、传真、图象等通信业务。移动通信与其它通信方式相比，具有以下基本特点：

2、 1电波传播条件恶劣（由多径传播造成的瑞利衰落，电平幅度起伏达30dB以上。） 2具有多普勒效应，多普勒频移导致附加调频噪声 在多普勒频移效应中，频移值fd与移动台运动速度v、工作频率f（或波长）及电波到达角的关系为 cosvfd 3干扰严重 有城市噪声（主要是车辆噪声）干扰 ，也有电台干扰（同频干扰、互调干扰），因此，抗干扰措施在移动通信系统设计中显得很为重要。 4接收设备动态范围大 由于接收机的发射机之间的距离不断变化，导致接收机接收电平不断变化。5需要采用位置登记、过境切换等移动性管理技术 6综合了各种技术 包括交换机技术、计算机技术、传输技术等。 7对设备要求苛刻 移动通信系统的分类移

3、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； 按用途和区域可分为陆地通信、 海上通信和航空通信； 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； 按基站配置可分为单区制、多区制、 蜂窝制等配置方式； 按与地面固定网连接方式可分为人工、半自动、 全自动等连接方式； 按用户的通话状态和频率使用方法可分为单工制、 双工制和半双工制； 按经营方式或用户性质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。12 移动通信的工作方式 1. 单工通信单工通信 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

4、单工。 单工通信常用于点到点通信，参见图 1-1 。发射机接收机f1( f2 )送受话器电台（甲）发射机接收机送受话器f1( f1 )f1( f2 )f1( f1 )PTT电台（乙）PTT图1-1 单工通信方式同频单工同频单工同频单工是指通信的双方，使用相同工作频率（f1），通信双方的操作采用“按讲”（push to talk，PTT）方式。 优点 ： 设备简单； 移动台之间可直接通话，不需基站转接； 不按键时发射机不工作，因此功耗小。缺点： 只适用于组建简单和甚小容量的通信网； 当有两个以上移动台同时发射就会出现同频干扰； 当附近有邻近频率的电台发射时，容易造成强干扰。为了避免干扰，要求相邻

5、频率的间隔大于4MHz，频谱利用率低； 按键发话，松键受话，适用者不习惯。 异频单工异频单工 异频单工通信是指异频单工通信是指通信的双方使用两个不同频率f1和f2，而操作仍采用PTT方式。其优缺点与同频单工基本相同。这种方式主要用于有中心台转发（单工转发或双工转发）的情况。分单工转发和双工转发两种情况。所谓单工转发是指中心转信台使用一组频率（如收用f1，发用f2），一旦接收有载波信号即转去发送。所谓双工转发是指中心转信台使用两组频率（一组收用f1，发用f2；另一组收用f3，发用f4），任一路一旦接收有载波信号即转去发送。 由于使用收发频率有一定保护间隔的异频工作，提高了抗干扰能力，从而可用于组

6、建有几个频道同时工作的通信网。 2. 双工通信双工通信 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，无需按PTT开关，有时亦称全双工通信，如图 1-2 所示。发射机接收机f1f2送话器受话器基站双工器发射机接收机f2f1f1送话器受话器移动台图1-2 双工通信方式优点：优点： 收发频率分开可大大减小干扰；用户使用方便。 缺点：缺点：移动台在通话过程中总是处于发射状态，因此功耗大；移动台之间通话需占用两个频道；设备较复杂，价格较贵。 双工制也分为同频双工和异频双工。同频双工采用的是TDD技术，是近年来发展起来的新技术。而异频双工具有以下优缺点：3. 半双工通信半双工通信 半双工通信的

7、组成与图 1-2 相似，由于收发使用不同的频率，同一部电台的收发信机可以交替工作，也可以让移动台采用单工的“按讲”方式，即按下PTT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。 优点：优点： 移动台设备简单，价格低，耗电少； 收发采用不同频率，提高了频谱利用率； 移动台受邻近电台干扰小。 缺点：缺点： 移动台仍需按键发话，松键受话，使用不方便。 1.3 移动通信系统的组成移动通信系统的组成移动通信系统根据经营方式或用户性质的不同可分为专用的移动通信系统和公共移动通信系统。专网的发展经历了一对一的对讲系统，单信道一呼百应系统，选呼系统，多信道多用户共享的专用调度系统，

8、最后发展到专用无线调度系统的最高阶段集群移动通信。专用移动通信的网络结构与公共移动通信系统越来越相似。本节主要介绍公共移动通信系统的网络结构集群通信系统与公共通信系统的区别： 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

9、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。 公共移动通信系统的组成：公共移动通信系统的组成：一个交换区由一个移动交换中心MSC、一个或若干个归属位置寄存器HLR和访问者位置寄存器VLR(有时几个MSC合用一个VLR）、设备识别寄存器EIR、鉴权中心AUC、操作维护中心OMC、基

10、地站BS（简称基站）和移动台MS等功能实体组成。 常用术语的英文缩写 MSCMobile Service Switching Centre HLR Home Location Register VLRVisitor Location Register EIR Equipment Identity Register AUC Authentication Centre OMC Operation and Maintenance Centre BS Base Station MS Mobile Station PSTN MSC MSC BSC HLR VLR AUC MSBSCBSBSMSEIR图1

11、3 蜂窝移动通信系统的基本结构各部分功能：MSC对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的接口。作为交换设备，MSC具有完成呼叫接续与控制的功能，这点与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，MSC又具有无线资源管理和移动性管理等功能。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫路由，固定网就近进入关口MSC（GMSC），由该GMSC查询有关的HLR，并建立至移动台当前所属的MSC的呼叫路由。 HLR是用于移动用户管理的数据库。 HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息；另一类是有关用户当前位置的信息 。VLR是存储用户位置信息的动态数据库。一个VLR可以负责一

12、个或若干个MSC区域。 EIR是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。 AUC鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。OMC操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。 1.4 移动通信系统的频段使用移动通信使用VHF（甚高频）和UHF（特高频）频段，主要原因为：VHF/UHF频段较适合移动通信，其传播范围在视距范围内。天线较短便于携带和移动。抗干扰能力强目前,大容量移动通信系统均使用800 MHz频段(CDMA),900MHz频段(AMPS、TACS、GSM),并开始使用1800MHz频段(GSM 1800),用于

13、微蜂窝(Microcell)系统中。1.5多址方式1.5.1 移动通信系统中的多址方式多址方式的基本类型有频分多址(FDMA)、 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。频分多址(FDMA)在频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配到不同频率的信道里，发往和来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其它频率的信号被排斥在外。代表蜂窝系统有北美

14、的AMPS和英国的TACS。时分多址(TDMA)就是一个信道由一连串周期性的时隙构成。不同信号的能量被分配到不同的时隙里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的信号能量通过。代表蜂窝系统有北美的DAMPS和欧洲的GSM。码分多址(CDMA)就是每一个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的伪随机序列里。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该用户二进制序列的信号就不被压缩带宽。结果只有有用信号的信息才被识别和提取出来。代表蜂窝系统有北美的QCDMA和欧洲爱立信的BCDMA。 1.5.2移动通信系

15、统中不同多址方式的移动通信系统中不同多址方式的频谱效率频谱效率FDMA系统：频谱效率取决于每赫兹带宽信息比特率和频率复用系数。如AMPS系统，信道带宽为30KHz，即每30KHz为一条话路，为提供可靠的通话质量，载干比（C/I)需要18dB或更高，这个C/I值载频率复用系数为1/7时才能达到，也就是说每个小区必须占用210KHz的频谱才有一条话路。如果减小小区面积，虽然能增加话路容量，但是设备费用增加，且基站间的切换次数增加，将导致容易掉话和加重交换机的负担。TDMA系统：频谱效率与FDMA系统的计算基本相同。对于DAMPS系统，每个小区必须占用70KHz才能有一条话路，也就是说其容量是AMP

16、S系统的三倍CDMA系统：CDMA是通过不同的地址码来区分用户的，所有用户都共用一个频率。决定CDMA系统容量的主要参数有处理增益、所需的Eb/N0值、话音激活系数、频率复用效率和扇区数目等。而且即使上述参数都确定，容量还要受具体的地理环境、背景噪声、外部干扰等条件的影响。所以，在CDMA中，每条话路所需占用的频谱宽度是不确定的。通过试验和理论计算，QCDMA的容量可达到AMPS的8至10倍，即每个小区中只占用20kHz的频谱就有一条话路。 CDMA系统的高容量很大一部分因素是由于它的频率复用系数远远超过其它制式的蜂窝系统，另外一个主要因素是它使用了话音激活技术。 1.6 移动通信系统的发展史

17、年代典型移动工具或系统调制方式或工作方式使用频段2030警车无线电调度电话 AM调幅 2MHz 4050 人工接续的移动电话 FM调频单工 150MHz及450MHz 60 自动拨号移动电话 全双工 7080 AMPS、TACS在美国、英国投入使用。全自动拨号 全双工，越区转换，自动漫游 800/900MHz 90 GSM，窄带CDMA（IS-95A），卫星移动通信 21世纪初 cdma2000、W-CDMA、 TD-SCDMA 1885-2025MHz2110-2200MHz 阶段主要技术 主要业务代表系统 第一代（模拟蜂窝移动通信系统） 模拟调频、频分多址 电话 美国的AMPS，英国TAC

18、S，北欧的NMT-900及日本HCNTS等 第二代（ GSM和窄带CDMA（IS95-A）数字蜂窝移动通信系统）多址方式调制技术话音编码信道编码分集接收技术等采用了数字技术 欧洲的GSM、美国的DAMPS（IS-54目前用IS-136，）及日本的JDC 第三代（宽带 ，综合的全球个人通信网 ）CDMAFPLMTS ，UMTS 系统名称DECTPHSCT-2CT-3DCT-900PACS多址方式TDMA/FDMATDMA/FDMAFDMATDMA/FDMATDM/TDMA/FDMA工作频率 （MHz）1800-19001895-1907864-868862-8661850-1910上行1930-

19、1990下行或1920-1930双工方式TDDTDDTDDTDDFDD或TDD射频信道间隔（kHz）17283001001000300/300调制方式GFSK/4QPSKGFSKGFSK/4DQPSK手机发射功率（最大值/平均值）250mW/10mW80mW/10mW10mW/5mW80mW/5mW100mW/25mW语音编码（kbit/s）ADPCM32ADPCM32ADPCM32ADPCM32ADPCM32每个射频载波的话音信道数124288 低功率系统的主要参数 系统名称GSMDCS-1800IS-54IS-95JDC多址方式TDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMACDMA

20、/FDMATDMA/FDMA工作频带（上行） (MHz) （下行）935-960890-9151710-17851805-1880869-894824-849869-894824-849810-8301429-1453940-9601477-1501双工方式FDDFDDFDDFDDFDD射频信道间隔（kHz）20020030125025调制方式GMSKGMSK/4DQPSKQPSK/4DQPSK手机发射功率（最大值/平均值）1W/125mW1W/125mW600mW/200mW600mW语音编码（kbit/s）RPE-LTP13RPE-LTP13VSELP7.95QCELP8VSELP11.2

21、每个射频载波的话音信道数8(16)8(16)3(6)-3(6)信道速率（kbit/s）270.833270.83348.6-42数字蜂窝系统的主要参数 17 我国移动通信发展状况我国移动通信是从军事移动通信即战术通信起步的。民用移动通信发展较晚，大致分为早期、74系列、80系列三个阶段。50年代末到70年代中主要用于公安、邮电、交通、渔业等少数部门作专网用，1974年才开放了四个民用波段，制定了通用技术条件，开始研制频道间隔为50kHz和100kHz的74系列产品。1980年制定了频道间隔为25kHz的性能指标、测试方法和环境要求等部颁标准，开展了80系列设备的研制。 我国公众移动通信起步于8

22、0年代，1987年在广州、上海率先采用900 MHz TACS标准的模拟蜂窝移动通信系统,开通了蜂窝移动通信业务。 至96年已基本建成一个覆盖全国(除台湾省以外)31个省、直辖市、自治区大部分地市县和部分重要县镇的全国移动通信网。该网采用的设备主要由摩托罗拉系统(称A网)和爱立信系统(称B网)组成。95年元月1日实现了A网和B网两系统内的分别联网自动漫游。96年元月1日实现了A网、B网两系统的互联自动漫游。模拟蜂窝移动通信系统于2000年起开始封网，并逐步退出中国电信发展的历史舞台。将频段让给数字蜂窝移动通信系统。 1994年4月中国联通的成立,打破了邮电“一统天下”的局面。联通决定采用技术先

23、进、设备成熟、具有国际自动漫游功能的GSM数字移动通信技术,组建全国第二个公众移动通信网。1994年9月中国电信也采用GSM数字移动通信技术,组建中国电信全国公众数字移动通信网。从1994年9月至1995年底短短一年多, 中国电信就有15个省、直辖市、自治区开通了GSM数字移动电话业务,并采用中国七号信令完成联网自动漫游。 1999年4月，信息产业部确定由中国联通在全国范围经营CDMA数字蜂窝系统。预计到2005年，联通将建设容量为55006000万户，市场占有率达到35%。另外，联通在第三代移动通信发展上，注重由其窄带CDMA网向第三代移动通信平滑过渡。根据我国信息产业部2002年12月16日公布的数据，我国移动用户载2002年11月底已经超过2亿户，达到2.0031亿户。我国目前在积极制定具有我国自