中級通信工程師考試移動通信網(wǎng)概述

移動通信概念、定義與分類

移動通信網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成

移動通信網(wǎng)的覆蓋方式

移動通信網(wǎng)中的多址方式

　　一、移動通信的概念、定義與分類

1、移動通信的概念

移動通信是指通信雙方或至少一方是在運動中進行信息交換的。它是用戶隨時隨地快速而可靠地進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性，可以是移動臺與移動臺之間的通信，也可以是移動臺與固定用戶之間的通信。

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

相對固定通信而言，移動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性，其管理技術(shù)要比固定通信復(fù)雜得多。同時，由于移動通信網(wǎng)中依靠的是無線電波的傳播，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，移動通信有著與固定通信不同的特點。

2、移動通信的特點

用戶的移動性

要保持用戶在移動狀態(tài)中的通信，則必須是無線通信，或無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)來對用戶的位置進行登記、跟蹤，使用戶在移動時也能進行通信，不因為位置的改變而中斷。

電波傳播條件復(fù)雜

移動臺可能在各種環(huán)境中運動，如建筑群或障礙物等，因此電磁波在傳播時不僅有直射信號，而且還會產(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)正常運行。

噪聲和干擾嚴(yán)重

移動臺在移動時不僅受到城市環(huán)境中的各種工業(yè)噪聲和天然電噪聲的干擾，同時，由于系統(tǒng)內(nèi)有多個用戶，因此，移動用戶之間還會有互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。這就要求在移動通信系統(tǒng)中對信道進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

移動通信系統(tǒng)是一個多用戶通信系統(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，移動通信系統(tǒng)還應(yīng)與固定網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等互連，整個網(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)電纜或光纜來提高系統(tǒng)的帶寬資源。而在無線網(wǎng)中，頻率資源是有限的，ITU對無線頻率的劃分有嚴(yán)格的規(guī)定。如何提高系統(tǒng)的頻率利用率是移動通信系統(tǒng)的一個重要課題。

3、移動通信的分類

移動通信的種類繁多，其中陸地移動通信系統(tǒng)有蜂窩移動通信、無線尋呼系統(tǒng)、無繩電話、集群系統(tǒng)等。同時，移動通信和衛(wèi)星通信相結(jié)合產(chǎn)生了衛(wèi)星移動通信，它可以實現(xiàn)國內(nèi)、國際大范圍的移動通信。

集群移動通信

集群移動通信是一種高級移動調(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，具有自動選擇信道的功能，是共享資源、分擔(dān)費用、共用信道設(shè)備及服務(wù)的多用途和高效能的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。

公用移動通信系統(tǒng)

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

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

衛(wèi)星移動通信

利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號也可實現(xiàn)移動通信。對于車載移動通信可采用同步衛(wèi)星，而對手持終端，采用中低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)較為有利。

無繩電話

對于室內(nèi)外慢速移動的手持終端的通信，一般采用小功率、通信距離近、輕便的無繩電話機。它們可以經(jīng)過通信點與其他用戶進行通信。

尋呼系統(tǒng)

無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向傳遞信息的移動通信系統(tǒng)。它是通過尋呼臺發(fā)信息，尋呼機收信息來完成的。

　　二、移動通信網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成

移動通信網(wǎng)由移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、基站（BS）、移動臺（MS）、中繼傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫組成，如圖1所示。

圖1 移動通信網(wǎng)的組成

移動業(yè)務(wù)交換中心之間、移動業(yè)務(wù)交換中心和基站之間通過中繼線相連，基站和移動臺之間為無線接入方式，移動業(yè)務(wù)交換中心又與存儲用戶信息的數(shù)據(jù)庫相連。同時，移動業(yè)務(wù)交換中心又通過關(guān)口局與其他網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)移動網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的互通。

1、移動業(yè)務(wù)交換中心

移動業(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)所有用戶的移動業(yè)務(wù)的實現(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)、補充業(yè)務(wù)的接續(xù)。

集中控制管理功能：無線資源的管理，移動用戶的位置登記、越區(qū)切換等。

通過關(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)移動臺之間通過無線電波進行通信，并與MSC相連，以保證移動臺在不同小區(qū)之間移動時也可以進行通信。采用一定的多址方式可以區(qū)分一個小區(qū)內(nèi)的不同用戶。

　　3、移動臺

移動臺（Mobile Station,MS）即手機或車載臺。它是移動網(wǎng)中的終端設(shè)備，要將用戶的語音信息進行變換并以無線電波的方式進行傳輸。

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

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

三、移動通信網(wǎng)的覆蓋方式

　　1、大區(qū)制

定義：

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

特點：

采用單基站制，沒有重復(fù)使用頻率的問題，因此技術(shù)問題并不復(fù)雜

采用大區(qū)制方式時，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)射機的發(fā)射功率也要很高。即使這樣做，也只可保證移動臺能收到基站的信號，而無法保證基站能收到移動臺的信號。

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用通信網(wǎng)中。

　　2、小區(qū)制

定義：

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

特點：

小區(qū)制移動通信系統(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)置移動業(yè)務(wù)交換中心，負(fù)責(zé)小區(qū)間移動用戶的通信連接及移動網(wǎng)與有線網(wǎng)的連接，保證移動臺在整個服務(wù)區(qū)內(nèi)，無論在哪個小區(qū)都能夠正常進行通信。

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，在大容量公用移動通信網(wǎng)中仍普遍采用小區(qū)制結(jié)構(gòu)。

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

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

四、移動通信網(wǎng)中的多址方式

　　1、多址方式定義

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

眾所周知，移動通信是依靠無線電波的傳播來傳輸信號的，具有大面積覆蓋的特點。因此網(wǎng)內(nèi)一個用戶發(fā)射的信號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)的信號中識別出發(fā)送給自己的信號就成為建立連接的首要問題。

在蜂窩通信系統(tǒng)中，移動臺是通過基站和其他移動臺進行通信的，因此必須對移動臺和基站的信息加以區(qū)別，使基站能區(qū)分是哪個移動臺發(fā)來的信號，而各移動臺又能識別出哪個信號是發(fā)給自己的。要解決這個問題，就必須給每個信號賦以不同的特征，這就是多址技術(shù)要解決的問題。

多址技術(shù)是移動通信的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

2、多址方式分類

目前，移動通信系統(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，不同的移動臺占用不同頻率的信道進行通信。因為各個用戶使用不同頻率的信道，所以相互之間沒有干擾。

優(yōu)點：技術(shù)成熟，對信號功率的要求不嚴(yán)格。

缺點：

在系統(tǒng)設(shè)計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)射機同時工作，設(shè)備多且容易產(chǎn)生信道間的互調(diào)干擾。

由于沒有進行信道復(fù)用，信道效率很低。

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

TDMA中，每個用戶分配一個時隙，即根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號。

在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。

同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。這樣，同一個頻道就可以供幾個用戶同時進行通信，相互沒有干擾。

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

在發(fā)送端，信號信息和該用戶的碼序列相乘進行擴頻調(diào)制。在接收端，接收器使用與發(fā)送端同樣的碼序列對寬帶信號進行解擴，恢復(fù)出原始信號，而其他使用不同碼型的信號因為與接收機本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。

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

更高的語音質(zhì)量

抗干擾、保密

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

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

不同技術(shù)的移動通信網(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)的一個組成部分；

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

以我國GSM網(wǎng)為例來說明第二代移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

全國GSM網(wǎng)是多級結(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)置了移動匯接中心（TMSC）。全國GSM網(wǎng)按大區(qū)設(shè)立一級匯接中心、各省內(nèi)設(shè)立二級匯接中心、移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)設(shè)立移動端局，構(gòu)成三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成了一個完全獨立的數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)。移動網(wǎng)和固定網(wǎng)之間的通信是通過移動關(guān)口局（GMSC）來進行轉(zhuǎn)接的。

中國移動的GSM網(wǎng)設(shè)置8個一級移動匯接中心，分別設(shè)于北京、沈陽、南京、上海、西安、成都、廣州、武漢，一級匯接中心為獨立的匯接局（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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