移动通信系统的分类

第1章概论第1章概论1.1移动通信的主要特点1.2移动通信系统的分类1.3常用移动通信系统1.4移动通信的基本技术1.5移动通信的发展历程和发展方向1.6移动通信的标准化第1章概论1.1移动通信的主要特点1.移动通信必须利用无线电波进行信息传输2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3.移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增4.移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效5.移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用第1章概论1.2移动通信系统的分类①按使用对象可分为民用设备和军用设备；②按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；③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；④按覆盖范围可分为宽域网和局域网；⑤按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；⑥按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；⑦按服务范围可分为专用网和公用网；⑧按信号形式可分为模拟网和数字网。第1章概论1.2.1工作方式1.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单工。单工通信常用于点到点通信，参见图1-1。第1章概论发射机接收机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单工通信第1章概论2.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，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双工通信第1章概论3.半双工通信半双工通信的组成与图1-2相似，移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，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。第1章概论1.2.2模拟网和数字网人们把模拟通信系统(包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等)称作第一代通信产品，而把数字通信系统(包括数字蜂窝网、数字无绳电话、移动数据系统以及移动卫星通信系统等)称作第二代通信产品。第1章概论数字通信系统的主要优点可归纳如下：(1)频谱利用率高，有利于提高系统容量。(2)能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。(3)抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。(4)能实现更有效、灵活的网络管理和控制。(5)便于实现通信的安全保密。(6)可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。第1章概论1.2.3话音通信和数据通信图1-3移动通信网络的分类移动通信系统基于话音的网络基于数据的网络无绳(低功率局域网)蜂窝(高功率宽域网)宽带LAN(高速局域网)移动数据(低速宽域网)第1章概论1.3常用移动通信系统1.3.1无线电寻呼系统图1-4无线电寻呼系统示意图发射台无线电寻呼控制中心及主发射台发射台公用电话网用户回路第1章概论1.3.2蜂窝移动通信系统图1-5大区覆盖与小区覆盖(a)大区覆盖；(b)小区覆盖第1章概论图1-6蜂窝系统的频率再用FE小区1DGBDECAGBFAGB小区8七小区群再用距离相同字母小区使用相同频率组第1章概论图1-7蜂窝移动通信系统的示意图MTSO1243567基站至公用电话网第1章概论图1-8越区切换示意图移动交换中心蜂窝A时间3时间2时间1蜂窝B当移动单元从蜂窝B越区到蜂窝A时，切换在移动交换中心的控制下进行第1章概论表1-1几种模拟蜂窝移动通信系统第1章概论1.3.3无绳电话系统图1-9无绳电话系统示意图第1章概论表1-2几种无绳电话系统的主要参数第1章概论1.3.4集群移动通信系统1.集群的概念①把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限个频道，以容纳数目更多的用户；②改进频道共用的方式，即移动用户在通信的过程中，不是固定地占用某一个频道，而是在按下其“按讲开关”(PTT)时，才能占用一个频道；一旦松开PTT，频道将被释放，变成空闲频道，并允许其它用户占用该频道。第1章概论令基站共有5个频道，分别用A、B、C、D和E表示。假若各个频道的平均忙闲的时间都是各占50%，因而当某一用户要单独占用其中任一个频道时，发生阻塞的概率也是50%。倘若这个用户能利用这5个频道的空闲时间传输其信息，则只有当5个频道一起处于全忙状态时，才会出现呼叫阻塞。显然，这时的阻塞概率会显著减小。设单独占用各个频道的阻塞概率分别为P(A)=P(B)=P(C)=P(D)=P(E)=50%，则采用上述办法后的阻塞概率为η=P(A)∧P(B)∧P(C)∧P(D)∧P(E)=3.125%。第1章概论2.集群系统的用途和特点①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。②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15~60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。第1章概论③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%。④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。第1章概论⑤在蜂窝通信系统中，可以采用频道再用技术来提高系统的频率利用率；而在集群系统中，主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率。第1章概论3.集群系统的组成集群系统均以基本系统为模块，并用这些模块扩展为区域网。根据覆盖的范围及地形条件，基本系统可由单基站或多基站组成。集群系统的控制方式有两种：即专用控制信道的集中控制方式和随路信令的分布控制方式，分别如图1-10(a)和(b)所示。第1章概论系统管理终端系统控制中心（SCC）电话互联器转发器1转发器2转发器M…调度台调度台天线共用设备移动台1…移动台N手机调度台PSTNPABX基站（BS）（a）系统管理终端无线网络终端RNT其它系统或RNT调度台PABX或PSTN逻辑控制单元(LCU)转发器1LCU转发器2LCU转发器M天线共用设备移动台1…移动台N手机调度台（b）…基站（BS）图1-10集群网络的基本结构(a)集中控制方式；(b)分布控制方式第1章概论集群系统的基本设备如下：转发器。天线共用设备。系统控制中心(系统控制器)。调度台。操作台、天线和电源等。移动台。第1章概论4.集群方式(1)消息集群(MessageTrunking)。图1-11消息集群的典型呼叫格式暂停移动台1发射移动台2应答暂停移动台1发射移动台3应答脱离时间消息时间22s总的传输时间28s4s2s4s2s4s暂停2s4s6s信道1第1章概论(2)传输集群(TransmissionTrunking)。图1-12传输集群的典型呼叫格式移动台1发射4s4s信道1信道可再分配移动台2应答信道可再分配总的传输时间16s信道可再分配移动台2应答信道可再分配信道可再分配移动台1发射信道可再分配信道2信道34s4s第1章概论(3)准传输集群(QuasiTransmissionTrunking)。移动台1发射4s4s信道1信道可再分配移动台3应答信道可用总的传输时间18s信道可用移动台2应答信道可再分配信道24s0.5s0.5s移动台1发射4s0.5s0.5s图1-13准传输集群的典型呼叫格式第1章概论表1-3部分集群移动通信系统的主要参数第1章概论1.3.5移动卫星通信系统表1-4低轨道移动卫星通信系统的部分参数第1章概论图1-14铱系统卫星轨道示意图第1章概论1.3.6分组无线网分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络，即网络中传送的信息要以‘分组’或称‘信包’(有时简称“包”)为基本单元。分组是由若干比特组成的信息段，通常包含‘包头’和‘正文’两部分。包头中含有该分组的源地址(起始地址)、宿地址(目的地址)和有关的路由信息等；正文是真正需要传送的信息。第1章概论图1-15ALOHA系统简图数据终端分组无线电台中继站集中器计算中心第1章概论世界上各国都在致力于发展移动数据通信网络，其中大都以分组传输技术为基础。例如：(1)ARDIS系统(先进的无线电数据信息设备)。(2)Mobitex系统(全国性互连的集群无线电网络)。(3)CDPD系统(蜂窝数字分组数据)。(4)TETRA系统(全欧集群无线电)。(5)第二代北美数字蜂窝IS-54和IS-95系统。第1章概论表1-5几种移动数据设备的特性和参数第1章概论1.4移动通信的基本技术1.4.1调制技术在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式：(1)线性调制技术。(2)恒定包络(连续相位)调制技术。数字调制技术是振幅和相位联合调制(QAM)技术。码分多址(CDMA)是最具有竞争力的多址方式，第1章概论1.4.2移动信道中电波传播特性的研究研究移动信道的传播特性，首先要弄清移动信道的传播规律和各种物理现象的机理以及这些现象对信号传输所产生的不良影响，进而研究消除各种不良影响的对策。为了给通信系统的规划和设计提供依据，人们通常通过理论分析或根据实测数据进行统计分析(或二者结合)，来总结和建立有普遍性的数学模型，利用这些模型，可以估算一些传播环境中的传播损耗和其它有关的传播参数。第1章概论1.4.3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。此外，随着数据业务的需求日益增长，另一类称为随机多址方式的如ALOHA和载波检测多址(CSMA)等也日益得到广泛应用，其中也包括固定多址和随机多址的综合应用。第1章概论1.4.4抗干扰措施·利用信道编码进行检错和纠错(包括前向纠错FEC和自动请求重传ARQ)是降低通信传输的差错率，保证通信质量和可靠性的有效手段；·为克服由多径干扰所引起的多径衰落，广泛采用分集技术(包括空间分集、频率分集、时间分集以及RAKE接收技术等)、自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调制技术(如多电平调制、多载波调制等)；第1章概论·为提高通信系统的综合抗干扰能力而采用扩频和跳频技术；·为减少蜂窝网络中的共道干扰而采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列等；·在CDMA通信系统中，为了减少多址干扰而使用干扰抵消和多用户信号检测器技术。第1章概论1.4.5组网技术1.网络结构MSCHLRVLRAUCOMCEIRBTSBSCMSCPDNPSTNISDN固定网BSSMSMS图1-16数字蜂窝通信系统的网络结构第1章概论2.网络接口MSBSMSCVLRMSCVLREIRHLRSmUmAbisABECFGD图1-17蜂窝系统所用的接口第1章概论图1-18Um接口协议模型举例L3连接管理(CM)移动管理(MM)无线资源管理(RRM)L2数据链路层L1物理层第1章概论3.网络的控制与管理无论何时，当某一移动用户在接入信道上向另一移动用户或有线用户发起呼叫，或者某一有线用户呼叫移动用户时，移动通信网络就要按照预定的程序开始运转，这一过程会涉及到网络的各个功能部件，包括基站、移动台、移动交换中心、各种数据库以及网络的各个接口等；网络要为用户呼叫配置所需的控制信道和业务信道，指定和控制发射机的功率，进行设备和用户的识别和鉴权，完成无线链路和地面线路的连接和交换，最终在主呼用户和被呼用户之间建立起通信链路，提供通信服务。这一过程称为呼叫接续过程，是移动通信系统的连接控制(或管理)功能。第1章