中級(jí)通信工程師考試移動(dòng)通信網(wǎng)概述

移動(dòng)通信概念、定義與分類(lèi)

移動(dòng)通信網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成

移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式

移動(dòng)通信網(wǎng)中的多址方式

　　一、移動(dòng)通信的概念、定義與分類(lèi)

1、移動(dòng)通信的概念

移動(dòng)通信是指通信雙方或至少一方是在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換的。它是用戶隨時(shí)隨地快速而可靠地進(jìn)行多種信息交換的一種理想通信形式。

即，至少有一方具有可移動(dòng)性，可以是移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的通信，也可以是移動(dòng)臺(tái)與固定用戶之間的通信。

移動(dòng)通信滿足了人們無(wú)論在何時(shí)何地都能進(jìn)行通信的愿望，20世紀(jì)80年代以來(lái)，特別是90年代以后，移動(dòng)通信得到了飛速的發(fā)展。

相對(duì)固定通信而言，移動(dòng)通信不僅要給用戶提供與固定通信一樣的通信業(yè)務(wù)，而且由于用戶的移動(dòng)性，其管理技術(shù)要比固定通信復(fù)雜得多。同時(shí)，由于移動(dòng)通信網(wǎng)中依靠的是無(wú)線電波的傳播，其傳播環(huán)境要比固定網(wǎng)中有線傳輸介質(zhì)的傳播特性復(fù)雜，因此，移動(dòng)通信有著與固定通信不同的特點(diǎn)。

2、移動(dòng)通信的特點(diǎn)

用戶的移動(dòng)性

要保持用戶在移動(dòng)狀態(tài)中的通信，則必須是無(wú)線通信，或無(wú)線通信與有線通信的結(jié)合。因此，系統(tǒng)中要有完善的管理技術(shù)來(lái)對(duì)用戶的位置進(jìn)行登記、跟蹤，使用戶在移動(dòng)時(shí)也能進(jìn)行通信，不因?yàn)槲恢玫母淖兌袛唷?/P>

電波傳播條件復(fù)雜

移動(dòng)臺(tái)可能在各種環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，如建筑群或障礙物等，因此電磁波在傳播時(shí)不僅有直射信號(hào)，而且還會(huì)產(chǎn)生反射、折射、繞射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生多徑干擾、信號(hào)傳播延遲和展寬等。因此，必須充分研究電波的傳播特性，使系統(tǒng)具有足夠的抗衰落能力，才能保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。

噪聲和干擾嚴(yán)重

移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)時(shí)不僅受到城市環(huán)境中的各種工業(yè)噪聲和天然電噪聲的干擾，同時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)用戶，因此，移動(dòng)用戶之間還會(huì)有互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。這就要求在移動(dòng)通信系統(tǒng)中對(duì)信道進(jìn)行合理的劃分和頻率的再用。

系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)多用戶通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，必須使用戶之間互不干擾，能協(xié)調(diào)一致地工作。此外，移動(dòng)通信系統(tǒng)還應(yīng)與固定網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等互連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的。

有限的頻率資源

在有線網(wǎng)中，可以依靠多鋪設(shè)電纜或光纜來(lái)提高系統(tǒng)的帶寬資源。而在無(wú)線網(wǎng)中，頻率資源是有限的，ITU對(duì)無(wú)線頻率的劃分有嚴(yán)格的規(guī)定。如何提高系統(tǒng)的頻率利用率是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要課題。

3、移動(dòng)通信的分類(lèi)

移動(dòng)通信的種類(lèi)繁多，其中陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)有蜂窩移動(dòng)通信、無(wú)線尋呼系統(tǒng)、無(wú)繩電話、集群系統(tǒng)等。同時(shí)，移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信相結(jié)合產(chǎn)生了衛(wèi)星移動(dòng)通信，它可以實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)、國(guó)際大范圍的移動(dòng)通信。

集群移動(dòng)通信

集群移動(dòng)通信是一種高級(jí)移動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)。

所謂集群通信系統(tǒng)，是指系統(tǒng)所具有的可用信道為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動(dòng)選擇信道的功能，是共享資源、分擔(dān)費(fèi)用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途和高效能的無(wú)線調(diào)度通信系統(tǒng)。

公用移動(dòng)通信系統(tǒng)

公用移動(dòng)通信系統(tǒng)是指為公眾提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。這是移動(dòng)通信最常見(jiàn)的方式。

這種系統(tǒng)又可以分為大區(qū)制移動(dòng)通信和小區(qū)制移動(dòng)通信，小區(qū)制移動(dòng)通信又稱(chēng)蜂窩移動(dòng)通信。

衛(wèi)星移動(dòng)通信

利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)也可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信。對(duì)于車(chē)載移動(dòng)通信可采用同步衛(wèi)星，而對(duì)手持終端，采用中低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)較為有利。

無(wú)繩電話

對(duì)于室內(nèi)外慢速移動(dòng)的手持終端的通信，一般采用小功率、通信距離近、輕便的無(wú)繩電話機(jī)。它們可以經(jīng)過(guò)通信點(diǎn)與其他用戶進(jìn)行通信。

尋呼系統(tǒng)

無(wú)線電尋呼系統(tǒng)是一種單向傳遞信息的移動(dòng)通信系統(tǒng)。它是通過(guò)尋呼臺(tái)發(fā)信息，尋呼機(jī)收信息來(lái)完成的。

　　二、移動(dòng)通信網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成

移動(dòng)通信網(wǎng)由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、基站（BS）、移動(dòng)臺(tái)（MS）、中繼傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)組成，如圖1所示。

圖1 移動(dòng)通信網(wǎng)的組成

移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心之間、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心和基站之間通過(guò)中繼線相連，基站和移動(dòng)臺(tái)之間為無(wú)線接入方式，移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心又與存儲(chǔ)用戶信息的數(shù)據(jù)庫(kù)相連。同時(shí)，移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心又通過(guò)關(guān)口局與其他網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的互通。

1、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心

移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（Mobile-services Switching Centre,MSC）是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心。MSC:負(fù)責(zé)本服務(wù)區(qū)內(nèi)所有用戶的移動(dòng)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。MSC有如下作用。

信息交換功能：為用戶提供終端業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)的接續(xù)。

集中控制管理功能：無(wú)線資源的管理，移動(dòng)用戶的位置登記、越區(qū)切換等。

通過(guò)關(guān)口MSC與公用電話網(wǎng)相連。

2、基站

基站（Base Station,BS）負(fù)責(zé)和本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)之間通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行通信，并與MSC相連，以保證移動(dòng)臺(tái)在不同小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)也可以進(jìn)行通信。采用一定的多址方式可以區(qū)分一個(gè)小區(qū)內(nèi)的不同用戶。

　　3、移動(dòng)臺(tái)

移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station,MS）即手機(jī)或車(chē)載臺(tái)。它是移動(dòng)網(wǎng)中的終端設(shè)備，要將用戶的語(yǔ)音信息進(jìn)行變換并以無(wú)線電波的方式進(jìn)行傳輸。

4、中繼傳輸系統(tǒng)

在MSC之間、MSC和BS之間的傳輸線均采用有線方式。

5、數(shù)據(jù)庫(kù)

移動(dòng)網(wǎng)中的用戶是可以自由移動(dòng)的，即用戶的位置是不確定的。因此，要對(duì)用戶進(jìn)行接續(xù)，就必須要掌握用戶的位置及其他信息。數(shù)據(jù)庫(kù)即是用來(lái)存儲(chǔ)用戶的有關(guān)信息的，數(shù)字蜂窩移動(dòng)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)有歸屬位置寄存器（Home Location Register,HLR）、訪問(wèn)位置寄存器（Visitor Location Register,VLR）、鑒權(quán)認(rèn)證中心（Authentic Center,AUC）、設(shè)備識(shí)別寄存器（Equipment Identify Register,EIR）等。

三、移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式

　　1、大區(qū)制

定義：

所謂大區(qū)制，是指由一個(gè)基站（發(fā)射功率為50~100W）覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)，該基站負(fù)責(zé)服務(wù)區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)的通信與控制。大區(qū)制的覆蓋半徑一般為30~50km.

特點(diǎn)：

采用單基站制，沒(méi)有重復(fù)使用頻率的問(wèn)題，因此技術(shù)問(wèn)題并不復(fù)雜

采用大區(qū)制方式時(shí)，只需根據(jù)所覆蓋的范圍，確定天線的高度，發(fā)射功率的大小，并根據(jù)業(yè)務(wù)量大小，確定服務(wù)等級(jí)及應(yīng)用的信道數(shù)。

基站的天線需要架設(shè)得非常高，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率也要很高。即使這樣做，也只可保證移動(dòng)臺(tái)能收到基站的信號(hào)，而無(wú)法保證基站能收到移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)。

大區(qū)制通信網(wǎng)的覆蓋范圍有限

適用于小容量的網(wǎng)絡(luò)，一般用在用戶較少的專(zhuān)用通信網(wǎng)中。

　　2、小區(qū)制

定義：

小區(qū)制是指將整個(gè)服務(wù)區(qū)劃分為若干小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的通信與控制。小區(qū)制的覆蓋半徑一般為2~10km.

特點(diǎn)：

小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)是多基站系統(tǒng)，需采用頻率復(fù)用技術(shù)。

在相隔一定距離的小區(qū)進(jìn)行頻率再用，可以提高系統(tǒng)的頻率利用率和系統(tǒng)容量。

基站的發(fā)射功率一般限制在一定的范圍內(nèi)，以減少信道干擾。

需要設(shè)置移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，負(fù)責(zé)小區(qū)間移動(dòng)用戶的通信連接及移動(dòng)網(wǎng)與有線網(wǎng)的連接，保證移動(dòng)臺(tái)在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)，無(wú)論在哪個(gè)小區(qū)都能夠正常進(jìn)行通信。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資巨大

盡管如此，為了獲得系統(tǒng)的大容量，在大容量公用移動(dòng)通信網(wǎng)中仍普遍采用小區(qū)制結(jié)構(gòu)。

公用移動(dòng)通信網(wǎng)在大多數(shù)情況下，其服務(wù)區(qū)為平面形，稱(chēng)為面狀服務(wù)區(qū)。最常用的小區(qū)形狀為正六邊形，這是最經(jīng)濟(jì)的一種方案。由于正六邊形的網(wǎng)絡(luò)形同蜂窩，因此稱(chēng)此種小區(qū)形狀的移動(dòng)通信網(wǎng)為蜂窩網(wǎng)。

目前公用移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均為蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。

四、移動(dòng)通信網(wǎng)中的多址方式

　　1、多址方式定義

當(dāng)把多個(gè)用戶接入一個(gè)公共的傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互間通信時(shí)，需要給每個(gè)用戶的信號(hào)賦以不同的特征，以區(qū)分不同的用戶，這種技術(shù)稱(chēng)為多址技術(shù)。

眾所周知，移動(dòng)通信是依靠無(wú)線電波的傳播來(lái)傳輸信號(hào)的，具有大面積覆蓋的特點(diǎn)。因此網(wǎng)內(nèi)一個(gè)用戶發(fā)射的信號(hào)其他用戶均可接收到所傳播的電波。網(wǎng)內(nèi)用戶如何能從播發(fā)的信號(hào)中識(shí)別出發(fā)送給自己的信號(hào)就成為建立連接的首要問(wèn)題。

在蜂窩通信系統(tǒng)中，移動(dòng)臺(tái)是通過(guò)基站和其他移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信的，因此必須對(duì)移動(dòng)臺(tái)和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，而各移動(dòng)臺(tái)又能識(shí)別出哪個(gè)信號(hào)是發(fā)給自己的。要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須給每個(gè)信號(hào)賦以不同的特征，這就是多址技術(shù)要解決的問(wèn)題。

多址技術(shù)是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

2、多址方式分類(lèi)

目前，移動(dòng)通信系統(tǒng)中常用的是FDMA、TDMA、CDMA以及它們的組合。

圖2 FDMA、TDMA、CDMA

頻分多址方式（Frequency Division Multiple Access,FDMA）。在通信時(shí)，不同的移動(dòng)臺(tái)占用不同頻率的信道進(jìn)行通信。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶使用不同頻率的信道，所以相互之間沒(méi)有干擾。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，對(duì)信號(hào)功率的要求不嚴(yán)格。

缺點(diǎn)：

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要周密的頻率規(guī)劃

基站需要多部不同載波頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，設(shè)備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾。

由于沒(méi)有進(jìn)行信道復(fù)用，信道效率很低。

時(shí)分多址方式（Time Division Multiple Access,TDMA）。TDMA是把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙（無(wú)論幀還是時(shí)隙都是互不重疊的），每一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道。TDMA有如下特點(diǎn)：

TDMA中，每個(gè)用戶分配一個(gè)時(shí)隙，即根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)射信號(hào)。

在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不干擾。

同時(shí)，基站發(fā)向各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來(lái)。這樣，同一個(gè)頻道就可以供幾個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行通信，相互沒(méi)有干擾。

碼分多址方式（Code Division Multiple Access,CDMA）。CDMA中，不同的移動(dòng)臺(tái)共同使用一個(gè)頻率，但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都被分配一個(gè)的碼序列，與所有其他的碼序列都不相同，所以各個(gè)用戶之間沒(méi)有干擾。CDMA有如下特點(diǎn)：

在發(fā)送端，信號(hào)信息和該用戶的碼序列相乘進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。在接收端，接收器使用與發(fā)送端同樣的碼序列對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出原始信號(hào)，而其他使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)榕c接收機(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。

CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)與FDMA系統(tǒng)或TDMA系統(tǒng)相比具有更大的系統(tǒng)容量

更高的語(yǔ)音質(zhì)量

抗干擾、保密

在第三代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，無(wú)線傳輸技術(shù)將采用CDMA技術(shù)。

五、移動(dòng)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

不同技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不同的。

第一代移動(dòng)通信采用模擬技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)是依附于公用電話網(wǎng)的，是電話網(wǎng)的一個(gè)組成部分；

第二代移動(dòng)通信采用數(shù)字技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是完全獨(dú)立的，不再依附于公用電話網(wǎng)。

以我國(guó)GSM網(wǎng)為例來(lái)說(shuō)明第二代移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

全國(guó)GSM網(wǎng)是多級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)。為了在網(wǎng)絡(luò)中均勻負(fù)荷，合理利用資源，避免在某些方向上產(chǎn)生話務(wù)擁塞，在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了移動(dòng)匯接中心（TMSC）。全國(guó)GSM網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級(jí)匯接中心、各省內(nèi)設(shè)立二級(jí)匯接中心、移動(dòng)業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立移動(dòng)端局，構(gòu)成三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)完全獨(dú)立的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)和固定網(wǎng)之間的通信是通過(guò)移動(dòng)關(guān)口局（GMSC）來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)接的。

中國(guó)移動(dòng)的GSM網(wǎng)設(shè)置8個(gè)一級(jí)移動(dòng)匯接中心，分別設(shè)于北京、沈陽(yáng)、南京、上海、西安、成都、廣州、武漢，一級(jí)匯接中心為獨(dú)立的匯接局（即不帶客戶，只有至基站的接口，只作匯接），相互之間以網(wǎng)狀網(wǎng)相連。

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