（論文）（論文） 附錄A譯文全球移動通信系統移動系統跨越世界性成功標志是越來越朝著個人化、方便化方向發展。在商業活動中，人們必須使用移動電話，以便無論何時何地都能實現電話的功能。在快速的個人生活中，移動電話已成為一種必須，而不僅僅是為了方便。不像固定通信系統那樣，很大程度上依靠技術和通信標準，移動通信系統隨著個人通信系統的革命而發生變化。對移動通信系統而言，要獲得調整后的武夫，有三個關鍵因素，即價格、電話的大小和重量以及網絡的花費和質量。如果上述因素實現有困難，特別是前兩個，那么市場的發展將嚴格受限。固定電話的服務是全球的，相互聯系的范圍從同軸電纜到光纖，以及人造衛星。世界通信標準是不同的，但隨著普通接口以及對接口轉化，相互之間的聯系能發生改變。隨著漫游的創建，需要一個復雜的網絡工作系統，這對于移動通信而言是一個非常復雜的問題。因此，移動通信的通信標準問題比固定通信系統標準問題更關鍵，此外，在移動通信領域無線電頻譜分配問題也非常使人煩惱。移動通信系統是最初工作在頻帶為450MHz模擬方式（現在仍然有），后來隨著數字式GSM發展，工作在頻帶為900MHz，之后隨著個人通信系統的發展，工作的頻帶為1800MHz。移動通信系統的歷史可分為幾代。第一代為美國的先進移動電話系統（AMPS），歐洲大部分的全通路通信系統（TACS），以及北歐的移動電話系統（NMTS），這些都是模擬系統。第二代由第一個非常標準的計劃支配這個計劃由歐洲特殊移動通信系統委員會（GSM）制定，這個設計作為全球移動通信系統。GSM系統基于蜂窩通信原理，其最早作為一個概念由美國貝爾實驗室的工程師們提出，這一思想出自于增加網絡容量的需要以及解決網絡堵塞的問題。在人口稠密地區運行的廣播式移動網絡系統會由于很少的幾個用戶同時呼叫而引起堵塞。蜂窩系統的功能在于允許頻率復用。蜂窩的概念由兩個特征定義，即頻率復用和小區分裂。頻率復用的區域相隔非常遠，不會產生同一通道的干擾問題。這允許傳遞同時呼叫，超過了理論上的頻譜容量。當需要一個小區的通信量到達最大，小區分裂是必須的，那么這個小區被分為一個更小的小區。蜂窩系統的小區通常被描繪成六角形，一組七個、九個或十二個。GSM系統需要很多功能，以產生全操作移動通信系統。小區的覆蓋區域受基站控制，基站本身由兩部分組成。第一部分為射頻系統。當在實際工作時，它向移動臺發送信息，也從移動臺接受信息以建立和保持童話。基站的無線電收發信機（BST）由基站控制器（BSC）控制，無線電收發信機與移動交換中心（MSC）通信——這是到當地公用市話網（PSTN）的必由之路，并且用戶數據都存儲在此系統的寄存器中，用戶寄存器使GSM系統檢查需要使用網絡的用戶，允許接入并建立收費功能等。GSM系統在1978年被世界無線電管理委員會劃為頻帶為900MHz的一部分，實際上行傳播連路的頻帶為890～915MHz，下行傳播連路的頻帶為935~960MHz。使用時分多址方式（TDMA），GSM在頻帶為900MHz下用124個無線信道傳遞突發串。這些突發串能攜帶不同類型的信息。第一類是語音信息，其每秒編碼6.5K或13K位。第二類是數字信息，每秒傳送3.6K或12.6K位。這兩種是非常有用的傳送方式，但必須受控制信道（CCH）發布的管理信息所支持。GSM網使用數字無線傳輸和先進的無線越區切算方法，可以得到比模擬蜂窩系統好得多的頻率利用率，因而增加了服務的用戶數。由于GSM支持通用標準所以蜂窩用戶在整個GSM服務區也能夠使用他們的手機，能夠在GSM覆蓋區域內自動漫游。此外，也能進行國際漫游。GSM還提供一些新服務：如告訴數據通信，傳真和短消息服務。GSM技術的規范性能設計成與其他標準一致的工作方式，例如：ISDN。在這種方式確保下，兩種標準間能互相工作。從長遠目光看蜂窩系統，使用數字技術將成為世界性的通信方法。目前在歐洲正在開發第三代移動通信系統，其目的是要綜合第二代系統的所有業務并覆蓋更廣泛的業務（話音、數據、視頻、多媒體）范圍，而且還要與固定電信網絡的技術發展保持一致和兼容。無線電接收機無線電接收機，輸入信號為調幅無線電波。它的基本組成包括天線、調諧賄賂、混頻器、本振電路、中頻放大器、檢波器、音頻放大器、喇叭、電源等。任何天線系統既能輻射無線電波又能接收無線電波。任何經過天線的無線電波均能在天線中感應電壓，因此，接收機必須能夠從天線所收到的所有信號中分離出有用信號。這個分離過程是根據發射端發射的信號頻率不同，利用調諧回路完成的。調諧賄賂能夠有效地從眾多頻率中選擇出某一個特定頻率。通過天線調諧回路對某一特定頻率的諧振，可以使天線從這一特定頻率中吸收的能量比從其他頻率中吸收的能量大得多，這樣，就從某種程度上實現了信號的分離。進一步的選擇左右可以通過接收機中的某些經過適應調諧的諧振回路實現，以這種方式進一步去除了有用信號以外的其他信號。將不同頻率的無線電波加以區別的能力稱為選頻，將諧振回路的頻率調在有用信號頻率上的過程稱為調諧。盡管接收的有用信號來自幾千里以外，但如果經過放大，通過天線獲得的信號還是具有令人滿意的效果。放大過程可能應用在檢波前的射頻電流，這種情況稱為射頻放大；也可應用于檢波后，這種情況稱為音頻放大。放大器的應用令人滿意的接收成為可能，否則，有些太弱的信號不能獲得好的收聽效果。從射頻信號中重現被傳輸的原理信號的過程稱為檢波或解調。如果有用信號在發射時是通過改變信號的振幅，則檢波就是通過對射頻電流進行整流完成的。整流電路隨著原始調制信號而改變，從而重現了原始的有用信號，這樣，已調波被整流而產生的電流可以被看成隨原始信號幅度變化的平均值電流。接收機的電路由多級組成。每級由晶體管與提供工作電壓，電流和信號電壓、電流的元件相連構成，每級都有輸入回路，它讓信號進入；有輸出回路，它讓通常是放大后的信號輸出。當一級接一級時，第一級輸出回路將信號饋送給第二級，信號經過逐級放大，直到足以推出揚聲器。移動通信無線電話系統 無繩電話系統是全雙工通信系統。它通過無線電將手持機與一專用基站連接起來，而后再連接到PSTN上的某條電話線上。在第一代無繩電話系統中，手持設備僅能與一個專用的基本設備相連。而且工作距離也只有幾十米。早期的無繩電話只能電話延伸的作用，即把無線電收發機與一個PSTN用戶連接起來，且主要用于室內。最近產生的第二代無繩電話允許用戶在都市（如倫敦或香港）中心所在的許多地方使用手持機。現在的無繩電話可以與尋呼機相連，以便使某用戶先受到尋呼記錄，然后再用無繩電話對此作出響應。當用戶外出不在基站服務區域內而無法接收呼叫時，無繩電話系統就可以為這些受距離和移動限制的用戶提供服務。典型的第二代（無繩電話）基站所覆蓋的范圍已達幾百米。蜂窩電話系統一個蜂窩電話系統可以為在該系統無線電收發范圍內的任何用戶提供一個到PSTN的無線電話連接。在一定的頻譜內，蜂窩系統可以在一個大區域中擁有相當多的用戶。蜂窩無線電系統常常可以提供比有線電話系統更高質量的服務。通過限制從每一個基站發射機到一個叫做蜂窩小區的范圍來獲得高容量，同一條無線電通道可以被其他距離基站再次利用。當一個用戶從某個小區轉移到另一個小區時，采用一種復雜的交換技術就可以使摘機狀態的手機連續地進行呼叫處理。一個基本的蜂窩系統由移動站、基站和一個移動交換中心（MSC）組成。由于這個移動交換中心負責一個蜂窩系統所有移動電話PSIN的連接，因此有時又被稱為移動電話交換局（MTSO）。每一次通信都要借助某站的無線電波傳送信號，而且在整個呼叫過程中可以摘機，撥打其它任何基站電話號碼。一個移動站包括無線電收發機和接收機，能同時進行全雙工通信，通常還有用以支持收、發無線電的天線塔。基站就象建立在一個蜂窩小區內所有用戶和那些通過電話線或微波連接到MSC的集群呼叫連接之間的一座橋梁。MSC負責統一所有基站的操作及整個蜂窩系統到PSTN的連接。一個典型的MSC一次可以處理100000個蜂窩通信用戶，同時進行5000個通話，并且完成所有計費和系統維護功能。在大城市中，一個獨立的載波可以服務于若干個MSC。什么是GPS以及GPS如何工作？什么是GPS？導航和定位對許多部門來說非常重要，然后一直以來其方法非常不方便。很多年來，人們試圖用個中技術使這項工作簡化，但是每一項技術都有一定的缺陷。最后，美國國防部認為美國軍方應該在世界范圍內有一種最精確的定位。幸運的是他們投資120億美元，建起了一個真正好的系統，這便是全球定位系統，全球定位系統改變了以前的導航系統。定位系統是一個利用天空24顆衛星星座和地面監控站的全世界范圍內無線導航系統。就如許多資料所說那樣，GPS用那些衛星計算位置，定位精度可達一米左右。事實上，用先進形式的GPS可以使你的測量誤差小于一厘米。從某種意義上說，GPS就象在地球上每平方米的土地上都給出了一個唯一的地址。GPS接收機已經微型化，就像一小塊電路板，而且非常方便。差不多每個人都可以利用GPS。如今，GPS正應用于各個領域，如汽車、輪船、飛機、建筑裝備、電影制造業、農場機器，甚至手提電腦。很快，GPS就會像電話一樣的普及。實際上，GPS將變為全世界公共事業。原理上，GPS按五個步驟工作：步驟一：對衛星的三角測量你未必可能閑心，GPS利用天空衛星定位方法與通常我們在地面的定位方法一樣。那是一個偉大的幾何學思想，通過測量我們距三顆衛星的距離，我們能知道在地球上任何一定的精確三維坐標。假設我們測得距離我們11000里遠的一顆衛星。那么我們就可以把宇宙中所有可能定位的衛星縮小到距離我們11000里遠的這顆特定的衛星上。然后以那顆衛星為中心，以我們到那顆衛星的距離11000里長為半徑作一個圓球，那么我們的位置就在這個圓球上的表面。緊接著，測量第二顆衛星，發現距離我們12000里遠。這就是說，我們僅在我們所作的第一個圓球上，而且也在離我們有12000里遠的另一顆圓球上。換句話說，我們在這兩個圓球交叉的某點上。然后，我們再作一次測量，有一顆距離我們13000里的一顆衛星，這樣我們就可以把我們的位置縮小到兩點，這兩點便是第三個圓球與前兩個圓球的公共交點。利用三顆衛星，我們就可以知道我們的位置為太空中的兩點中的一點，為了確定哪一點是我們的真正位置，我們可以進行第四次測量。但是通常這兩點中的一點是一個非常荒謬的結果（或是距離太遠，或是速率根本不可能），所有我們就可以舍掉這個值，而不必再做一次測量。步驟二：測量到衛星的距離從步驟一的最后一段我們可以看出，一個位置的計算來自于至少三顆衛星的測距。但是如何測量我們到太空中那些漂浮的衛星距離呢？我們靠計時測量，看一個從衛星上發來的信號要經過多長時間才能到達我們的接收機上。從某種意義上說，整個事情歸為―速度*時間‖這些我們在中學所作的數學題上。就GPS來說，我們測量一個無線電信號，因此這個速度約等于光速——18600里。而問題又歸結于測時。假設我們有一個精確的時鐘，那么我們如何測到達時間？為了解釋這個問題，讓我們用一個愚蠢的比喻：假設這有一個方法，能使衛星和接收機在非常準時的中午十二點開始演奏美國國歌。如果聲音能夠從太空中到達我們這（當然這是個十分荒謬的），那么站在接收機旁邊的我們將聽到兩首美國國歌，一首來自于我們的接收機，另一首來自于衛星。這兩首歌曲將不同步。來自于衛星演奏的歌曲有一點延遲，因為他要經過11000里才能傳過來。如果想知道衛星演奏的歌曲究竟延遲多長時間。我們可以開始延遲接收機的演奏，直到兩者同步。這個接收機演奏延遲的時間就等于衛星演奏的歌曲到達我們所延遲的時間。太棒了！那么我們把延遲時間乘以光速就得到了我們距離衛星的距離。最基本的是GPS如何工作。僅僅把衛星和接收機演奏的美國國歌換成一種叫―偽隨機碼‖的信號-這種信號可能比美國國歌容易演奏。偽隨機碼是GPS的重要組成部分。從物理上講，它僅僅是一些南懂的數字編碼。或者換句話說，一連串難懂的―開‖和―關‖脈沖信號。這種信號非常難懂，就像隨機的電子噪音，因此被稱為―偽隨機‖步驟三：得到精確的測時如果測量無線電信號到達GPS的時間是關鍵的話，那么我們最好停止看。因為如果測時僅僅誤差千分之一秒，以光速而言相當于誤差200里。在衛星方面，因為在它們電路板上有非常精確的時鐘，所以測時非常精確。但是陸地上接收機測時怎么辦？記住，必須使接收機和衛星同時產生偽隨機碼，系統才能正常工作。如果我們接收機需要原子鐘（那要花費高達50000美元到100000美元），那么GPS是一個有缺陷的技術。沒人將買的起它。幸運的是，GPS的設計者想出了一個極好的竅門，讓我們通過不精確的接收機時鐘得到精確測時。這個竅門是GPS的一個關鍵因素，做為一個添加的附帶好處，它意味著每一個GPS接收機是一個基本的原子鐘。這個精確測時的秘密是對額外的一顆衛星進行測量。如果三次精確的測量能確定一點的空中三維坐標，那么四次不精確的測量也能做到這一點。如果每次測量都十分精確（例如我們接收機時鐘非常精確），那么所有與我們有效的衛星會交于一點（這就是我們的位置）。但是用不精確的時鐘，作第四次測量，再作交叉將不會與前三次交于一點。那么，接收機將顯示―在我們的測量中有差異。我們一定沒有與世界同步。‖因為任何來自于世界時的抵消會影響我們所有的測量，接收機尋找一個修正因素，并從所有測時結果中減掉它，使它們相交于同一點。那個修正值將使接收機的時鐘與世界同步。太好了！就在你手中的掌狀物得到了原子的精確時間。一旦那個修正值適用于所有其余的測量值，我們就得到了一個精確的定位。這個原理的結果要求任何一般的GPS接收機將起碼需要四個通道，以便于我們同時作四個測量。步驟四：知道衛星在空間的具體位置美國空軍根據GPS控制者的計劃，把每顆GPS衛星發射到一個非常精確的軌道。在陸地上，每個GPS接收機內部都有一個年歷程序，以便每時每刻告訴接收機天空中每顆衛星的具體位置。但是，就是為了使GPS衛星精確地、持續的受美國國防部監視。因此每顆衛星的軌道十分精確。他們使用非常精確的雷達檢查每一顆衛星的確切高度、位置、速度。由于他們檢查的誤差影響衛星的軌道或星歷表，所以這些誤差叫―星差‖。這些誤差由月亮和太陽間的萬有引力以及太陽輻射的壓力在衛星上引起的。這些誤差通常非常小，但是如果你想得到精確測量，就必須把它們考慮進去。美國國防部一旦測到一顆衛星的確切位置，他們將把這些信息轉發給衛星本身。然后，將把這個新的位置修正值信息包含在它播發的測時信號中，因此一個GPS信號不僅僅為了測時而包含偽隨機碼，并且還包含導航信息和定位信息。步驟五：修正誤差至今，即使所有事情都發生在真空中，我們處理的GPS計算結果也是非常理論上地。但在實際世界里有許多事情都能影響GPS信號，因此，實際的定位不像數學計算上那樣精確。為了充分利用全球定位系統，一個好的GPS接收機需要考慮大量可能的誤差。例如，就我們曾經使用過的一個基本假設來說就是一個不確切的事實。我們曾經說過，通過用光速乘以信號到達的時間來計算我們到衛星的距離。但光速僅僅在真空中是個常數。做為一個GPS信號，要通過充滿粒子的電離層，然后通過對流層中水蒸氣，這些都能使GPS信號減慢一點，也就是說，這產生了與不好的時鐘一樣的誤差。有幾種方法可以使這類誤差減少到最少。一種方法，我們在條件基本相同的一天，預測一些有代表性的延遲。這種方法叫做模型法，這當然對我們有所幫助，但大氣條件不可能完全相同。另一個處理減弱大氣誤差的方法是對比兩個不同信號的相對速度。這種―雙頻率‖測量是非常復雜的，僅僅可能在先進的接收機上進行。幸虧所有這些不精確依然不會增加太多的誤差。一中叫做―差分GPS‖能明顯減少這些誤差。―差分GPS‖需要使用兩臺接收機。一臺用來監視GPS信號的變差，并且把這些信號傳播給其他接收機，為了使定位更精確，第二臺接收機用來修正這些計算值。隨著需求的越來越精確，在基本GPS技術上已經引起了變差的分類。GPS在實際中的應用GPS技術遠遠超出了最初的設計目的，已經發展成熟為一種資源。如今，科學家、體育者、農民、士兵、領航員、旅行者、運貨司機、水手、車輛調度員，伐木工、消防員等各行各業的人們都使用GPS，這會使他們的工作更加有效、安全，有時更加容易。最初，GPS最顯著的應用就是定位。GPS的最初定位系統在任何時候，任何地點都提供高精度的定位數據。僅這一點就足以使GPS作為一個主要的工具，由于GPS的精確性，GPS使用者已經創造性地把它應用于其他領域。當不精確的數據結果已經按照人們的方法測出時，知道某物或某人的位置非常重要，例如，當蘇格蘭奧瑞德衛星落到波斯尼亞時，GPS幫搜救者找到了它。有時一個精確的定位對非常精密的科學工作是必須的，就像到達世界最高峰是非常困難的，但是GPS使測量珠穆朗瑪峰的增長變的很容易。以前搜集這些數據需要花費很大氣力，而且跡象表明由于冰川的移動，珠穆朗瑪峰自身正在變高。導航：從一個位置到另一個位置GPS幫你確定你的精確位置，但有時如何到達另外別的地方也很重要。GPS在最初設計時，能為輪船和飛機提供導航信息。因此，當GPS技術用于水上導航時并不驚奇，并且GPS技術在空中和陸地上也非常有用。最有趣的是在海洋方面，我們最古老的運輸航道已經在新的導航技術GPS下發生了很大的變化。1985年世界第一臺接收機被用于海洋導航，正如預期的那樣，在世界海洋和航道上的導航結果比以前更精確。通過提供更精確的導航工具和精確的著陸系統，GPS不僅使飛行更安全，而且效率更高。隨著精確的點對點導航，GPS通過確保飛行員不偏離到達他們目的地的最直接航線，以節省燃料，擴大航程。跟蹤：監視移動物體如果是物體從一個地方到另一個地方的過程導航，那么GPS跟物體一起運動以監視航跡的過程。商業依靠大量車輛運送貨物和提供服務，這就需要不僅穿過擁擠的城市，而且穿過全國性的道路。因此有效的管理車輛將直接產生潛在的提示，比如，告訴消費者貨物什么時候能夠到達，間隔地安排汽車最佳服務時刻表，指揮最近的救護車去處理一起事故，幫助運油車避免危險。GPS結合通信系統和計算機系統能夠制定農業的播種量、大量運輸業、城市投遞業、公共安全事業以及飛機和車輛的跟蹤。因此，不必對公安系統、救護車和消防局采用GPS系統而吃驚。像基于GPS自動車輛定位管理系統能夠精確定位出緊急事件的位置和最近應答車輛的位置，并能在計算機地圖上顯示出來。用這種清晰的可視的圖片環境，車輛調度員能立即、有效的作出判斷。在嚴格的應用領域里，用GPS測量和精確繪圖可以節省時間和金錢。如今，GPS能使過去一整隊花幾星期完成的工作，而現在一個測量員在一天就能完成，用GPS能得到比以往更精確的測量。GPS的設計者倡導的技術現在能被測繪者所選擇，在通常情況下能很大程度上影響測繪。你已經砍刀了，GPS能精確地確定一個位置、一條路線、一隊車輛。藝術家和科學家用GPS進行繪圖，繪出的地圖為全世界物體的參考模型。我們用它可以找到任何物體，包括山脈、河流、森林及其他地貌。還有道路、線路和城市街道，瀕危動物、珍貴礦藏以及各種自然資源，各種破壞、災難、廢物、珍寶等，GPS正在繪制一大副世界地圖。例如，在1991年奧克蘭/伯克利火災期間，GPS幫助消防員以最快的數據和最高的效率把火焰控制在最小一塊地上，并且對損害作了估價。在不緊急，但很重要的情況時，例如在加利福尼亞，利用GPS和山地自行車制造了一個精確的水資源和公共事物的網上地圖，從而又一次顯示出GPS的高效率的工作性能。測時：給全世界帶來精確的時間盡管GPS以導航、跟蹤、繪圖聞名，它也用于傳播精確時間、時間間隔、頻率。時間是非常有用的東西，精確的時間更有用。通常知道時間發生的同步時間是很重要的。GPS使我們同步工作得以實現。我們使用的同時有三種基本方式。作為世界的創造者，時間告訴我們事物什么時候發生或什么時候將發生。作為一種方式，使人物與事件，甚至信號同步，時間使世界萬物有序地進行。作為一種形式，時間告訴事物持續多長，提供精確地，持續的感覺。GPS衛星攜帶高精度的原子鐘，為了使系統有序的工作，陸地上的接收機使自己與這些時鐘同步。那意味著每部接收機在本質上都是一個精確的原子鐘。天文學、發電廠、計算機網絡、電信系統、銀行和廣播電視系統能從精確定時中獲得好處。一個投資銀行利用GPS確保他們在全世界各地的辦公室同步紀錄他們的業務。一個主要的西北太平洋公用事業公司用GPS確保他們的電力分配沿14797里傳輸實時傳送。附錄B外文文獻GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)Thesuccessofmobilesystemsacrosstheworldisasignthatcommunicationismovingtowardsamorepersonalized,convenientsystem.Peoplewhohavetouseamobilephoneonbusinesssoonbegintorealizethattheabilitytophoneanytime,anyplaceinone’spersonalliferapidlybecomesanecessity,notaconvenience.Thespeedandrapiditywithwhichthepersonalcommunicationsrevolutiontakesplaceis,unlikefixedtransmissionsystems,highlydependentontechnologyandcommunicationstandards.Formobilethethreekeyelementstoachievingservicetake-uparethecost,thesiandtheweightofthephone,andthecostandqualityofthelink.Ifanyofthesearewrong,especiallythefirsttwo,thenmarketgrowthisliabletobeseverelyrestricted.Thefixedtelephoneserviceisglobalandtheinterconnectionvariesfromcoaxialcabletoopticalfiberandsatellite.Thenationalstandardsaredifferent,butwithcommoninterfacesandinterfaceconversion,interconnectioncantakeplace.Formobiletheproblemisfarmorecomplex,withtheneedtoroamcreatinganeedforcomplex,networksandsystems.Thusinmobilethequestionofstandardsisfarmorecrucialtosuccessthanfixedsystems.Inaddition,thereisalsothevexedquestionofspectrumallocationinthemobilearea.Mobilesystemsoriginallyoperatedinanaloguemode(andstilldo)inthe450MHzbandmovinglaterto900MHzwithdigitalGSMandthento1800MHzwithpersonalcommunicationssystems.Thehistorytomobilitycansplitintogenerations.Thefirstgenerationsystemsweretheadvancedmobilephonesystems(AMPS)intheUS,totalaccesscommunicationsystems(TACS)inmostofEuropeandNordicmobiletelephonesystem(NMTS);whichwereallanaloguesystems.ThesecondgenerationisverymuchdominatedbythestandardfirstsetoutinEuropebythegroupspecialmobile(GSM)committee,whichwasdesignedasaglobalmobilecommunicationsystem.TheGSMsystemisbasedonacellularcommunicationprinciplewhichwasfirstproposedasaconceptinthe1940’sbyBellSystemengineersintheUS.Theideacameoutoftheneedtoincreasenetworkcapacityandgotroundthefactthatbroadcastmobilenetworks,operatingindenselypopulatedareas,couldbejammedbyaverysmallnumberofsimultaneouscalls.Thepowerofthecellularsystemwasthatitallowedfrequencyreuse.Thecellularconceptisdefinedbytwofeatures,frequencyreuseandcellsplittinFrequencyreusecomesintoplaybyusingradiochannelsonthesamefrequencyincoverageareasthatarefarenoughapartnottocauseco-channelinterference.Thisallowshandlingofsimultaneouscallsthatexceedthetheoreticalspectralcapacity.Csplittingisnecessatywhenthetrafficdemandonacellhasreachedthemaximumandthecellisthendividedintoamicro-cellularsystem.Theshapeofcellinacellularsystemisalwaysdepictedasahexagonandtheclustersizecanbeseven,nineortwelveTheGSMsystemrequiresanumberoffunctionstobecreatedforafullyoperationalmobilesystem.Thecellcoverageareaiscontrolledbyabasestationwhichisitselfmadeupoftelements.Thefirstelementisthetransmissionsystemwhichcommunicatesouttothemobileandalsoreceivesinformationfromittosetupandmaintaincallswhenactuallyinoperation.ThebaseStationtransceiver(BST)iscontrolledbythebasestationcontroller(BSC),whicommunicateswiththemobileswitchingcenter(MSC)-theessentiallinktothelocalpublicswitchedtelephonenetwork(PSTN),andtothesubscriberdatawhichisstoredinregisterswithinthesystem.ThesubscriberregistersallowtheGSMsystemtocheckasubscriberwhorequeststheuseofthenetwork,allowaccessandthensetupthechargingfunction,etc.TheGSMsystemwasallocatedpartofthe900MHzbandatthe1978WorldAdministrationConference(WAC),theactualbandsbeing890to915MHzfortheuplinktransmissionand935to960MHzforthedownlink.Theaccessmethodistimedivisionmultipleaccess(TDMA).TheGSMsystemoperatesinabursttransmissionmodewith124radiochannelsinthe900MHzband,andtheseburstscancarrydifferenttypesofinformation.Thefirsttypeofinformationisspeech,whichiscodedat6.5kb/sor13kb/s.Thesecondtypedata,whichcanbesentat3.6kb/s,6kb/sor12.6kb/s.Theretwoformsoftransmissioaretheusefulpartsofthetransmission,buthavetobesupportedbyoverheadinformationwhichissentincontrolchannels(CCH).TheuseofdigitalradiotransmissionandtheadvancedhandoveralgorithmsbetweenradiocellsinGSMnetworkallowsforsignificantlybetterfrequencyusagethaninanaloguecellularsystems,thusincreasingthenumberofsubscribersthatcanbeserved.SinceGSMprovidesacommonstandard,cellularsubscriberswillalsobeabletousetheirtelephonesovertheentireGSMservicearea.RoamingisfullyautomaticbetweenandwithinallcountriescoveredbyGSMsystem.Inadditiontointernationalroaming,GSMprovidesnewservices,suchashigh-speeddatacommunication,facsimileandshortmessageservice.TheGSMtechnicalspecificationsaredesignedtoworkinconcertwithotherstandards,e.g.ISDN.Inter-workingbetweenthestandardsisinthiswayassured.Inthelongtermperspectivecellularsystems,usingadigitaltechnologywillbecometheuniversalmethodoftelecommunication.ThethirdgenerationmobilecommunicationsystemcurrentlybeingdevelopedinEuropeisintendedtointegrateallthedifferentservicesofthesecondgenerationsystemsandcoveramuchwiderrangeofbroadbandservices(voice,data,video,multimedia)consistentandcompatiblewithtechnologydevelopmentstakingplacewithinthefixedtelecommunicationnetworks.RadioReceiverAmodernradioreceiver，whoseinputsignalstothisradioareamplitude-modulatedradiowaves.Thebasicelectroniccircuitsinclude:antenna,tuner,mixer,localoscillator,IFamplifier,audiodetector,AFamplifier,loudspeaker,andpowersupply.Anyantennasystemcapableofradiatingelectricalenergyisalsoabletoabstractenergyfromapassingradiowave.Sinceeverywavepassingthereceivingantennaincludesitsownvoltageintheantennaconductor,itisnecessarythatthereceivingequipmentbecapableofseparatingthedesiredsignalfromtheunwantedsignalsthatarealsoinducingvoltagesintheantenna.Thisseparationismadeonthebasisofthdifferenceinfrequencybetweentransmittingstationsandiscarriedoutbytheuseofresonantcircuits,whichcanbemadetodiscriminateverystronglyinfavorofaparticularfrequency.Ithasalreadybeenpointedthat,bymakingantennacircuitresonanttoaparticularfrequency,theenergyabstractedfromradiowavesofthatfrequencywillbemuchgreaterthantheenergyfromwavesofotherfrequencies;thisalonegivesacertainamountofseparationbetweensignals.Stillgreaterselectiveactcanbeobtainedbytheuseofadditionalsuitablyadjustedresonantcircuitslocatedsomewhereinthereceiverinsuchawayastorejectallbutthedesiredsignal.Theabitodiscriminatebetweenradiowavesofdifferentfrequenciesiscalledselectivityandprocessofadjustingcircuitstoresonancewiththefrequencyofadesiredsignalisspokenofastuning.Althoughintelligibleradiosignalshavebeenreceivedfromthestationsthousandsofmilesdistant,usingonlytheenergyabstractedfromtheradiowavebythereceivinantennamuchmoresatisfactorytotheradio-frequencycurrentsbeforedetection,inwhichcaseitiscalledradio-frequencyamplificationoritmaybeappliedtotherecticurrentsafterdetection,inwhichcaseitiscalledaudio-frequencyamplification.Theofamplificationmakespossiblethesatisfactoryreceptionofsignalsfromwavesthatwouldotherwisebetooweaktogiveanaudibleresponse.Theprocessbywhichthesignalbeingtransmittedisreproducedfromtheradio-frequencycurrentspresentatthereceiveriscalleddetection,orsometimesdemodulation.Wheretheintelligenceistransmittedbyvaryingtheamplitudeoftheradiatedwave,detectionisaccomplishedbyrectifyingtheradiofrequencycurrent.Therectifiedcurrentthusproducedvariesinaccordancewiththesignaloriginallymodulatedonthewaveradiatedatthetransmitterandsoreproducesthedesiredsignal.Thus,whenthemodulatedwaveisrectified,theresultingcurrentisseentohaveanaveragevaluethatvariesinaccordancewiththeamplitudeoftheoriginalsignal.Receivercircuitaremadeupaofanumberofstages.Astageisasingletransistconnectedtocomponentswhichprovideoperatingvoltagesandcurrentsandalsosignalvoltagesandcurrents.Eachstagehasitsinputcircuitfromwhichthesignalcomesianditoutputcircuitfromwhichthesignal,usuallyamplified,goesout.Whenonestagfollowsanother,theoutputcircuitofthefirstfeedsthesignaltothecircuitoftheAndsothesignalsamplified,stagebystage,untilitstrongenoughtooperatetheloudspeaker.MobileCommunicationCordlessTelephoneSystemsCordlesstelephonesystemsarefullduplexcommunicationsystemsthatuseradiotoconnectaportablehandsettoadedicatedbasestation,whichisthenconnectedtodedicatedtelephonelinewithaspecifictelephonenumberonthepublicswitchedtelephonenetwork(PSTN).Infirstgenerationcordlesstelephonesystems(manufacturedinthe1980’s),theportableunitcommunicatesonlytothededicatedbaseunitandonlyoverdistancesofafewtensofmeters.EarlycordlesstelephonesoperatesolelyasextensiontelephonestoatransceiverconnectedtoasubscriberlineonthePSTNandareprimarilyforin-homeuse.SecondgenerationcordlesstelephoneshaverecentlybeenintroducedwhichallowsubscriberstousetheirhandsetsatmanyoutdoorlocationswithinurbancenterssuchasLondonorHongKong.Moderncordlesstelephonesaresometimescombinedwithpagingreceiverssothatasubscribermayfirstbepagedandthenrespondtothepageusingthecordlesstelephone.Cordlesstelephonesystemsprovidetheuserwithlimitedrangeandmobility,asitisusuallynotpossibletomaintainacalliftheusertravelsoutsidetherangeofthebasestation.Typicalsecondgenerationbasestationsprovidecoveragerangesuptoafewhundredmeters.CellularTelephoneSystemsAcellulartelephonesystemprovidesawirelessconnectiontothePSTNforanyuserlocationwithintheradiorangeofthesystem.Cellularsystemsaccommodatealargenumberofusersoveralargegeographicarea,withinalimitedfrequencyspectrum.Cellularradiosystemsprovidehighqualityservicethatisoftencomparabletothatofthelandlinetelephonesystems.Highcapacityisachievedbylimitingthecoverageofeachbasestationtransmittertoasmallgeographicareacalledacellsothatthesaradiochannelsmaybereusedbyanotherbasestationlocatedsomedistanceaway.Asophisticatedswitchingtechniquecalledahandoffenablesacalltoproceeduninterruptedwhentheusermovesfromonecelltoanother.Abasiccellularsystemconsistsofmobilestation,basestationsandamobileswitchingcenter(MSC).TheMobileSwitchingCenterissometimescalledamobiletelephoneswitchingoffice(MTSO),sinceitisresponsibleforconnectingallmobilesthePSTNinacellularsystem.Eachmobilecommunicationviaradiowithoneofthebasestationsandmaybehanded-offtoanynumberofbasestationsthroughoutthedurationofacall.Themobilestationcontainsatransceiver,anantenna,andcontrolcircuitry,andmaybemountedinavehicleorusedasaportablehand-heldunit.Thebasestationsconsistofseveraltransmittersandreceiverswhichsimultaneouslyhandlefullduplexcommunicationsandgenerallyhavetowerswhichsupportseveraltransmittingandreceivingantennas.ThebasestationservesasabridgebetweenallmobileusersinthecellandconnectsthesimultaneousmobilecallsviatelephonelineormicrowavelinkstotheMSC.TheMSCcoordinatestheactivitiesofallofthebasestationsandconnectstheentirecellularsystemtothePSTN.AtypicalMSChandless100000cellularsubscribersand5000simultaneousconversationsatatime,andaccommodatesallbillingandsystemmaintenancefunctions,aswell.Inlargecities,severalMSCsareusedbyasinglecarrier.WhyGPSandHowItWorks?What’sGPS?Navigationandpositioningarecrucialtosomanyactivitiesandyettheprocesshaalwaysbeenquitecumbersome.Overtheyearsallkindsoftechnologieshavetriedtosimplifythetask,buteveryonehashadsomedisadvantage.Finally,theU.S.DepartmentofDefense(DoD)decidedthatthemilitaryhadtohaveasuperpreciseformofworldwidepositioning.Andfortunatelytheyhadthekindofmoney.Ittooktobuildsomethingreallygood.TheresultistheGlobalPositioningSystem,asystemthat’schangednavigationforever.TheGlobalPositioningSystem(GPS)isaworldwideradio-navigationsystemformedfromaconstellationof24satellitesandtheirgroundstation.GPSusesthese―man-madestars‖asreferencepointstocalculatepositionsaccuratetoamatterofmeters.Infact,withadvancedformsofGPSyoucanmakemeasurementstobetterthanacentimeter.Inasenseit’slikegivingeverysquaremeterontheplanetauniqueaddress.GPSreceivershavebeenminiaturizedtojustafewintegratedcircuitsandsoarebecomingveryeconomical.Andthatmakesthetechnologyaccessibletovirtuallyeveryone.ThesedaysGPSisfindinguswayintocars,boats,planes,constructionequipment,moviemakinggear,farmmachinery,evenlaptopcomputers.SoonGPSwillbecomealmostasbasicasthetelephone.Indeeditjustmaybecomeauniversalutility.WorkinginFiveLogicalStepsInprinciple,GPSoperatesinfivelogicalsteps:Step1:TriangulatingfromsatellitesImprobableasitmayseem,thewholeideabehindGPSistousesatellitesinspaceasreferencepointsforlocationshereonearth.That’sabigideageometrically,asbyververyaccuratelymeasuringourdistancefromthreesatelliteswecan―triangulate‖ourpositionanywhereonearth.Supposewemeasureourdistancefromasatelliteandfindittobe11,000miles.Knowingthatwe’re11,000milesfromaparticularsatellitenarrowsdownallthepossiblelocationswecouldbeinthewholeuniversetothesurfaceofaspherethatcenteredonthissatelliteandhasaradiusof11,000miles.Next,saywemeasureourdistancetoasecondsatelliteandfindoutthatit’s12,00milesaway.Thattellsusthatwe’renotonlyonthefirstspherebutwe’realsoonaspherethat’s12,000milesfromthesecondsatellite.Orinotherwords,we’resomewhereonthecirclewherethesetwospheresintersect.Ifwethenmakeameasurementfromathirdsatelliteandfindthatwe’re13,000milesfromthatone,thatnarrowsourpositiondownevenfarther,tothetwopointswherethe13,000milespherecutsthroughthecirclethat’stheintersectionofthefirsttwospheres.Sobyrangingfromthreesatelliteswecannarrowourpositiontojusttwopointsispace.Todecidewhichoneisourtruelocationwecouldmakeafourthmeasurement.Butusuallyoneofthetwopointsisaridiculousanswer(eithertoofarfromEarthorimpossiblevelocity)andcanberejectedwithoutameasurement.Step2:MeasuringdistancefromasatelliteWesawinthelastsectionthatapositioniscalculatedfromdistancemeasurementstoatleastthreesatellites.Buthowcanyoumeasurethedistancetosomethingthat’sfloatingaroundinspace?Wedoitbytiminghowlongittakesforasignalsentfromtsatellitetoarriveatourreceiver.Inasense,thewholethingboilsdowntothose―velocitimesytraveltime‖mathproblemswedidinhighschool.InthecaseofGPSwe’remeasuringaradiosignalsothvelocityisgoingtobethespeedoflightorroughly186,000milespersecond.Theproblemismeasuringthetraveltime.Butassumingwehavepreciseclocks,howdowemeasuretraveltime?Toexplainitlet’suseagoofyanalogy:Supposetherewasawaygetboththesatelliteandthereceivertostartplaying―TheStar-SpangledBanner‖atprecisely12Noon.Ifsoundcouldreachusfromspace(which,ofcourse,isridiculousthenstandingatthereceiverwe’dheartwoversionsof―TheStar-SpangledBanner,‖onefromourreceiverandonefromthesatellite.ThesetwoversionswouldbeoutofsyncTheversioncomingfromthesatellitewouldbealittledelayedbecauseithadtotravover11,000miles.Ifwewantedtoseejusthowdelayedthesatellite’sversionwas,wecouldstartdelayingthereceiver’sversionuntiltheyfellintoperfectsync.Theamountwehavshiftbackthereceiver’sversionisequaltothetraveltimeofthesatellite’sversijustmultiplythattimetimesthespeedoflightandBLNGO.We’vegotourdistancetthesatellite.That’sbasicallyhowGPSworks.Onlyinsteadof―TheStar-SpangledBanner‖thesatellitesandreceiversusesomethingcalleda―PseudoRandomCode‖-whichisprobablyeasiertosingthan―TheStar-SpangledBanner‖.ThePseudoRandomCode(PRC)isafundamentalpartofGPS.Physicallyit’sjustaverycomplicateddigitcode,orinotherwords,acomplicatedsequenceof―on‖and―off‖pulses.Thesignaliscomplicatedthatitalmostlookslikerandomelectricalnoise.Hencethename―Pseudo-Random.‖Step3:GettingperfecttimingIfmeasuringthetraveltimeofaradiosignalisthekeytoGPSthenourstopwatcheshadbetterbeverygood,becauseiftheirtimingisoffbyjustathousandthosecond,atthespeedoflight,thattranslatesintoalmost200milestoerror!Onthesatelliteside,timingisalmostperfectbecausetheyhaveincrediblypreciatomicclocksonboard.Butwhataboutourreceivershereontheground?Rememberthatboththesatelliteandthereceiverneedtobeabletopreciselysynchronizetheirpseudo-randomcodestomakethesystemwork.Ifourreceiversneededatomicclocks(whichcostupwardsof$50Kto$100K)GPSwouldbealameducktechnology.N