1、第第1章章 移動通信概論移動通信概論本章提示本章提示l移動通信系統構成，既有有線系統，也有移動通信系統構成，既有有線系統，也有無線系統；移動通信課程主要研究無線通無線系統；移動通信課程主要研究無線通信系統。信系統。l移動通信既有海上移動通信、空中移動通移動通信既有海上移動通信、空中移動通信，也有陸上移動通信；移動通信課程主信，也有陸上移動通信；移動通信課程主要研究公用陸上移動通信系統（要研究公用陸上移動通信系統（PLMTS）。）。本章提示本章提示l移動通信是無線電通信，但不是研究點對移動通信是無線電通信，但不是研究點對點無線電通信，而是研究多用戶多信道共點無線電通信，而是研究多用戶多信道共用無

2、線電通信。用無線電通信。l移動通信系統有多種，本書主要研究蜂窩移動通信系統有多種，本書主要研究蜂窩移動通信系統。移動通信系統。本章提示本章提示l本章將介紹許多新的技術概念，如無線小本章將介紹許多新的技術概念，如無線小區、移動信道（無線信道）、基站（區、移動信道（無線信道）、基站（BS）、）、移動業務交換中心（移動業務交換中心（MSC）、頻率復用）、頻率復用（或頻率再用）、區群（或頻率再用）、區群（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）、移動臺（移動終端）、公用交換電道）、移動臺（移動終端）、公用交換電話網（話網（PSTN）、綜合業

3、務數字網）、綜合業務數字網（ISDN）、公用數據網（）、公用數據網（PDN）等。）等。第第1章章 移動通信概論移動通信概論l1.1 移動通信概述移動通信概述 l1.2 常用移動通信系統常用移動通信系統 l1.3 移動通信發展概況和發展方向移動通信發展概況和發展方向 1.1 移動通信概述移動通信概述l1.1.1 基本概念基本概念l1.1.2 移動通信系統的組成移動通信系統的組成l1.1.3 移動通信的特點移動通信的特點l1.1.4 移動通信的分類移動通信的分類l1.1.5 移動通信的工作頻段移動通信的工作頻段l1.1.6 移動通信的工作方式移動通信的工作方式l1.1.7 移動通信的組網移動通信的

4、組網1.1.1 基本概念基本概念 l移動通信，是指通信雙方或至少有一方處移動通信，是指通信雙方或至少有一方處于運動中進行信息傳輸和交換的通信方式。于運動中進行信息傳輸和交換的通信方式。l移動通信系統包括無繩電話、無線尋呼、移動通信系統包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛星移動通信等。陸地蜂窩移動通信、衛星移動通信等。l移動體之間通信聯系的傳輸手段只能依靠移動體之間通信聯系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動通信無線電通信，因此，無線通信是移動通信的基礎，而無線通信技術的發展將推動移的基礎，而無線通信技術的發展將推動移動通信的發展。動通信的發展。1.1.2 移動通信系統的組

5、成移動通信系統的組成 l移動通信系統是移動體之間、移動體和固移動通信系統是移動體之間、移動體和固定用戶之間以及固定用戶與移動體之間，定用戶之間以及固定用戶與移動體之間，能夠建立許多信息傳輸通道的通信系統。能夠建立許多信息傳輸通道的通信系統。l移動通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息移動通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息的收集、處理和存儲等，使用的主要設備的收集、處理和存儲等，使用的主要設備有無線收發信機、移動交換控制設備和移有無線收發信機、移動交換控制設備和移動終端設備。動終端設備。1.1.2 移動通信系統的組成移動通信系統的組成 圖1-1 移動通信系統的組成1.1.2 移動通信系統的組成移動通信系

6、統的組成 l移動通信無線服務區由許多正六邊形小區移動通信無線服務區由許多正六邊形小區覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網（信網（PSTN、ISDN、PDN）互聯。）互聯。l移動通信系統包括移動交換子系統（移動通信系統包括移動交換子系統（SS）、）、操作維護管理子系統（操作維護管理子系統（OMS）、基站子系）、基站子系統（統（BSS） 和移動臺（和移動臺（MS），是一個完整），是一個完整的信息傳輸實體。的信息傳輸實體。1.1.2 移動通信系統的組成移動通信系統的組成 l移動通信中建立一個呼叫是由移動通信中建立一個呼叫是由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之間的之間的無線傳輸通道，無線傳輸通道，SS負責呼叫控制功能，所負責呼叫控制功能，所有的呼叫都是經由有的呼叫都是經由SS建立連接的；建立連接的；OMS負負責管理控制整個移動網。責管理控制整個移動網。1.1.2 移動通信系統的組成移動通信系統的組成lMS也是一個子系統。它實際上是由移動終也是一個子系統。它實際上是由移動終端設備和用戶數據兩部分組成的，移動終端設備和用戶數據兩部分組成的，移動終端設備稱為移動設備；用戶數據存放在一端設備稱為移動設備；用戶數據存放在一個與移動設備可分離的數據模塊中，此數個與移動設備可分離的數據模塊中，此數據模塊稱為用戶識別卡（據

8、模塊稱為用戶識別卡（SIM）。）。1.1.3 移動通信的特點移動通信的特點 l1移動通信必須利用無線電波進行信息傳移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸輸l2移動通信是在復雜的干擾環境中運行移動通信是在復雜的干擾環境中運行l3隨著移動通信業務量的需求與日俱增，隨著移動通信業務量的需求與日俱增，移動通信可以利用的頻譜資源非常有限移動通信可以利用的頻譜資源非常有限l4對移動臺的要求高對移動臺的要求高l5通道容量有限通道容量有限l6通信系統復雜通信系統復雜1.1.4 移動通信的分類移動通信的分類 l按使用對象可分為民用設備和軍用設備；按使用對象可分為民用設備和軍用設備；l按使用環境可分為陸地通信、海上

9、通信和空中通信；按使用環境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；l按多址方式可分為頻分多址（按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址）、時分多址（TDMA）和碼分多址（）和碼分多址（CDMA）等；）等；l按覆蓋范圍可分為廣域網和局域網；按覆蓋范圍可分為廣域網和局域網；l按業務類型可分為電話網、數據網和綜合業務網；按業務類型可分為電話網、數據網和綜合業務網；l按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；工；l按服務范圍可分為專用網和公用網；按信號形式可分為模按服務范圍可分為專用網和公用網；按信號形式可分為模擬網和數字網。擬網和數字網

10、。 1.1.5 移動通信的工作頻段移動通信的工作頻段 l早期的移動通信主要使用早期的移動通信主要使用VHF和和UHF頻段。頻段。l目前，大容量移動通信系統均使用目前，大容量移動通信系統均使用800MHz頻段（頻段（CDMA），），900MHz頻段（頻段（AMPS、TACS、GSM），并開始使用），并開始使用1 800MHz頻頻段（段（GSM1800/DCS1800），該頻段用于），該頻段用于微蜂窩（微蜂窩（Microcell）系統。第三代移動通）系統。第三代移動通信使用信使用2.4GHz頻段。頻段。1.1.6 移動通信的工作方式移動通信的工作方式 l從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單從傳輸方

11、式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應答式）。向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應答式）。l單向傳輸只用于無線電尋呼系統。雙向傳單向傳輸只用于無線電尋呼系統。雙向傳輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。l單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發信，根據收、發頻率的異同，又可信和發信，根據收、發頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。分為同頻單工和異頻單工。1.1.6 移動通信的工作方式移動通信的工作方式圖圖1-2 單工通信單工通信1.1.6 移動通信的工作方式移動通信的工作方式圖圖1-3 雙工通信雙工通信1.

12、1.6 移動通信的工作方式移動通信的工作方式l半雙工通信的組成與圖半雙工通信的組成與圖1-3相似，移動臺采相似，移動臺采用類似單工的用類似單工的“按講按講”方式，即按下按講方式，即按下按講開關，發射機才工作，而接收機總是工作開關，發射機才工作，而接收機總是工作的。基站工作情況與雙工方式完全相同。的。基站工作情況與雙工方式完全相同。1.1.7 移動通信的組網移動通信的組網 l蜂窩式組網的目的是解決常規移動通信系蜂窩式組網的目的是解決常規移動通信系統的頻譜匱乏，容量小，服務質量差，頻統的頻譜匱乏，容量小，服務質量差，頻譜利用率低等問題。譜利用率低等問題。l蜂窩式組網理論為移動通信技術的發展和蜂窩式

13、組網理論為移動通信技術的發展和新一代多功能設備的產生奠定了基礎新一代多功能設備的產生奠定了基礎 1無線蜂窩式小區覆蓋和小功率發射無線蜂窩式小區覆蓋和小功率發射l蜂窩式組網放棄了點對點傳輸和廣播覆蓋蜂窩式組網放棄了點對點傳輸和廣播覆蓋模式，將一個移動通信服務區劃分成許多模式，將一個移動通信服務區劃分成許多以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區域，以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區域，稱為蜂窩小區。稱為蜂窩小區。l一個較低功率的發射機服務一個蜂窩小區，一個較低功率的發射機服務一個蜂窩小區，在較小的區域內設置相當數量的用戶。在較小的區域內設置相當數量的用戶。l根據不同制式系統和不同用戶密度挑選不根據不同制式

14、系統和不同用戶密度挑選不同類型的小區。同類型的小區。1無線蜂窩式小區覆蓋和小功率發射無線蜂窩式小區覆蓋和小功率發射l基本的小區類型如下?；镜男^類型如下。l超小區：小區半徑超小區：小區半徑r 20km，適于人口稀少的農村地區。，適于人口稀少的農村地區。l宏小區：小區半徑宏小區：小區半徑r = 1km20km，適于高速公路和人口，適于高速公路和人口稠密的地區。稠密的地區。l微小區：小區半徑微小區：小區半徑r = 0.1km1km，適于城市繁華區段。，適于城市繁華區段。l微微小區：小區半徑微微小區：小區半徑r 0.1km，適于辦公室、家庭等移，適于辦公室、家庭等移動應用環境。動應用環境。l當蜂窩

15、小區用戶數增大到一定程度而使準用頻道數不夠用當蜂窩小區用戶數增大到一定程度而使準用頻道數不夠用時，采用小區分裂將原蜂窩小區分裂為更小的蜂窩小區，時，采用小區分裂將原蜂窩小區分裂為更小的蜂窩小區，低功率發射和大容量覆蓋的優勢十分明顯。低功率發射和大容量覆蓋的優勢十分明顯。2頻率覆蓋頻率覆蓋l蜂窩系統的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足蜂窩系統的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個基站可以夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個基站可以重復使用同一組工作頻率，稱為頻率復用。重復使用同一組工作頻率，稱為頻率復用。l采用頻率復用大大地緩解了頻率資源緊缺的矛盾，采用頻率復用大大地緩

16、解了頻率資源緊缺的矛盾，增加了用戶數目或系統容量。增加了用戶數目或系統容量。l頻率復用所帶來的問題是同頻干擾。頻率復用所帶來的問題是同頻干擾。l同頻干擾的影響并不與蜂窩之間的絕對距離有關，同頻干擾的影響并不與蜂窩之間的絕對距離有關，而是和蜂窩間距離與小區半徑比值有關。而是和蜂窩間距離與小區半徑比值有關。3多信道共用和越區切換多信道共用和越區切換l由若干無線信道組成的移動通信系統，為由若干無線信道組成的移動通信系統，為大量的用戶共同使用仍能滿足服務質量的大量的用戶共同使用仍能滿足服務質量的信道利用技術，稱為多信道共用技術。信道利用技術，稱為多信道共用技術。l為了保證通話的連續性，當正在通話的移為

17、了保證通話的連續性，當正在通話的移動臺進入相鄰無線小區時，移動通信系統動臺進入相鄰無線小區時，移動通信系統必須具備業務信道自動切換到相鄰小區基必須具備業務信道自動切換到相鄰小區基站的越區切換功能，即切換到新的信道上，站的越區切換功能，即切換到新的信道上，從而不中斷通信過程。從而不中斷通信過程。4無線通信優勢與有線網絡優勢的理想互無線通信優勢與有線網絡優勢的理想互聯聯l移動信息通過基站和移動業務交換中心進移動信息通過基站和移動業務交換中心進入公眾電信網或其他移動網，實現移動用入公眾電信網或其他移動網，實現移動用戶與市話用戶、移動用戶與移動用戶，以戶與市話用戶、移動用戶與移動用戶，以及移動用戶與長

18、途用戶之間的通信。及移動用戶與長途用戶之間的通信。l互聯使移動無線網適應公眾網的質量標準，互聯使移動無線網適應公眾網的質量標準，突破業務區域限制，也使公眾網的服務范突破業務區域限制，也使公眾網的服務范圍得到擴大和延伸。圍得到擴大和延伸。1.2 常用移動通信系統常用移動通信系統 1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統1.2.2 無繩電話系統無繩電話系統1.2.3 集群移動通信系統集群移動通信系統1.2.4 移動衛星通信系統移動衛星通信系統1.2.5 分組無線網分組無線網1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統 l早期的移動通信系統是在其覆蓋區域中心早期的移動通信系統是在其覆蓋區域中心設

19、置大功率的發射機，采用高架天線把信設置大功率的發射機，采用高架天線把信號發送到整個覆蓋地區（半徑可達幾十公號發送到整個覆蓋地區（半徑可達幾十公里）。里）。l這種系統的主要矛盾是同時能提供給用戶這種系統的主要矛盾是同時能提供給用戶使用的信道數極為有限，遠遠滿足不了移使用的信道數極為有限，遠遠滿足不了移動通信業務迅速增長的需要。動通信業務迅速增長的需要。1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統圖圖1-4 大區覆蓋與小區覆蓋大區覆蓋與小區覆蓋1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統l蜂窩通信網絡把整個服務區域劃分成若干蜂窩通信網絡把整個服務區域劃分成若干個較小的區域（個較小的區域（cell，

20、在蜂窩系統中稱為小，在蜂窩系統中稱為小區），各小區均用小功率的發射機（即基區），各小區均用小功率的發射機（即基站發射機）進行覆蓋，許多小區像蜂窩一站發射機）進行覆蓋，許多小區像蜂窩一樣能布滿樣能布滿 （即覆蓋）任意形狀的服務地區，（即覆蓋）任意形狀的服務地區，如圖如圖1-4（b）所示。）所示。1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統l相鄰小區不允許使用相同的頻道，否則會相鄰小區不允許使用相同的頻道，否則會發生相互干擾，稱同道干擾。發生相互干擾，稱同道干擾。l蜂窩通信既能滿足大的無線覆蓋區和高速蜂窩通信既能滿足大的無線覆蓋區和高速移動用戶的要求，又能滿足高密度、低速移動用戶的要求，又能滿足高

21、密度、低速移動用戶的要求，同時還可滿足室內用戶移動用戶的要求，同時還可滿足室內用戶的要求，從而使蜂窩通信向個人通信發展。的要求，從而使蜂窩通信向個人通信發展。1.2.1 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統1.2.2 無繩電話系統無繩電話系統 l無繩電話是一種以有線電話網為依托的通無繩電話是一種以有線電話網為依托的通信方式，是有線電話網的無線延伸。信方式，是有線電話網的無線延伸。l無繩電話具有發射功率小、省電、設備簡無繩電話具有發射功率小、省電、設備簡單、價格低廉、使用方便等優點，因而發單、價格低廉、使用方便等優點，因而發展十分迅速，目前已經形成了多種數字式展十分迅速，目前已經形成了多種數字式無繩

22、電話系統。無繩電話系統。 1.2.2 無繩電話系統無繩電話系統 圖圖l-5 無繩電話系統示意圖無繩電話系統示意圖1.2.2 無繩電話系統無繩電話系統 l歐洲數字無繩電話系統（歐洲數字無繩電話系統（DECT）l個人手持電話系統（個人手持電話系統（PHS）l個人接入通信系統（個人接入通信系統（PACS）l在我國應用比較廣泛的在我國應用比較廣泛的“小靈通小靈通”采用了采用了PHS協議，是屬于無繩電話衍生的通信手協議，是屬于無繩電話衍生的通信手段。段。1.2.3 集群移動通信系統集群移動通信系統l集群移動通信系統屬于調度系統的專用通信網。集群移動通信系統屬于調度系統的專用通信網。l集群移動通信系統采用

23、的基本技術是頻率公用技集群移動通信系統采用的基本技術是頻率公用技術。術。l集群移動通信系統采用半雙工工作方式。集群移動通信系統采用半雙工工作方式。l集群移動通信系統主要以無線用戶為主，即以調集群移動通信系統主要以無線用戶為主，即以調度臺與移動臺之間的通話為主。度臺與移動臺之間的通話為主。l集群移動通信系統屬于專用移動通信網，適用于集群移動通信系統屬于專用移動通信網，適用于在各個行業（或幾個行業合用）中間進行調度和在各個行業（或幾個行業合用）中間進行調度和指揮，對網中的不同用戶常常賦予不同的優先等指揮，對網中的不同用戶常常賦予不同的優先等級。級。1.2.4 移動衛星通信系統移動衛星通信系統l衛星

24、通信具有全球范圍的覆蓋區，信道穩衛星通信具有全球范圍的覆蓋區，信道穩定、可靠及系統容量大等優點，從誕生至定、可靠及系統容量大等優點，從誕生至今，得到了迅猛發展。今，得到了迅猛發展。l通過衛星為移動臺及手機提供移動通信服通過衛星為移動臺及手機提供移動通信服務而構成移動衛星通信系統務而構成移動衛星通信系統 （MSS）。）。lMSS是以是以VAST和地面蜂窩移動通信為基礎，和地面蜂窩移動通信為基礎，結合空間衛星多波束技術及星上處理、計結合空間衛星多波束技術及星上處理、計算機等高新技術而構成的超越時空的全球算機等高新技術而構成的超越時空的全球個人通信網。個人通信網。1.2.5 分組無線網分組無線網 l

25、分組無線網是一種利用無線信道進行分組分組無線網是一種利用無線信道進行分組交換的通信網絡，即網絡中傳送的信息要交換的通信網絡，即網絡中傳送的信息要以以“分組分組”或稱或稱“信包信包”（有時簡稱（有時簡稱“包包”）為基本單元。）為基本單元。l分組是由若干比特組成的信息段，通常包分組是由若干比特組成的信息段，通常包含含“包頭包頭”和和“正文正文”兩部分。兩部分。l包頭中含有該分組的源地址（起始地址）、包頭中含有該分組的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）和有關的路由信息，宿地址（目的地址）和有關的路由信息，正文是真正需要傳送的信息。正文是真正需要傳送的信息。1.2.5 分組無線網分組無線網 l分組

26、傳輸方式是存儲轉發方式的分組傳輸方式是存儲轉發方式的種，用種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、加上包頭以構成分組，才能送上無線信道加上包頭以構成分組，才能送上無線信道進行傳輸。進行傳輸。l這一過程必然要產生額外的時間延遲，因這一過程必然要產生額外的時間延遲，因此，分組無線網特別適用于實時性要求不此，分組無線網特別適用于實時性要求不嚴和短消息比較多的數據通信。嚴和短消息比較多的數據通信。l分組傳輸能適應不同網絡結構的應用。常分組傳輸能適應不同網絡結構的應用。常見的網絡結構有星狀結構和分布式結構。見的網絡結構有星狀結構和分布式結構。1.2.5 分組無線

27、網分組無線網 l（1）ARDIS系統（先進的無線電數據信息系統（先進的無線電數據信息設備）。設備）。l（2）Mobitex系統（全國性互聯的集群無系統（全國性互聯的集群無線電網絡）。線電網絡）。l（3）CDPD系統（蜂窩數字分組數據）。系統（蜂窩數字分組數據）。l（4）TETRA系統（全歐集群無線電）。系統（全歐集群無線電）。l（5）第二代北美數字蜂窩）第二代北美數字蜂窩IS-54和和IS-95系系統統 1.2.5 分組無線網分組無線網1.3 移動通信發展概況和發展方向移動通信發展概況和發展方向l1.3.1 移動通信發展概況移動通信發展概況l1.3.2 第三代移動通信第三代移動通信l1.3.3

28、 移動通信的發展方向移動通信的發展方向1.3.1 移動通信發展概況移動通信發展概況 l第一階段從第一階段從20世紀世紀20年代至年代至40年代，為早期發展年代，為早期發展階段。階段。l第二階段從第二階段從20世紀世紀40年代中期至年代中期至60年代初期。年代初期。l第三階段從第三階段從20世紀世紀60年代中期至年代中期至70年代中期。年代中期。l第四階段從第四階段從20世紀世紀70年代中期至年代中期至80年代中期。年代中期。l第五階段從第五階段從20世紀世紀80年代中期開始至年代中期開始至20世紀末，世紀末，這是數字移動通信系統發展和成熟的時期。這是數字移動通信系統發展和成熟的時期。l第六階段起自第六階段起自2000年左右，此時伴隨著對第三代年左右，此時伴隨著對第三代移動通信的大量論述，以及移動通信的大量論述，以及2.5G產品產品GPRS系統系統的過渡，的過渡，3G走上了通信舞臺的前沿。走上了通信舞臺的前沿。1.3.2 第三代移動通信第三代移動通信l第三代移動通信系統是一種能提供多種類第三代移動通信系統是一種能提供多種類型、高質量的多媒體業務，能實現全球無型、高質量的多媒體業務，能實現全球無縫覆蓋，具有全球漫游功能，與固定網絡縫覆蓋，具有全球漫游功能，與固定網絡相兼容，并以小型便攜式終端