移动通信基础知识

1移动通信基础知识1移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或是临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线电话）之间的通信。2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3移动通信有以下多种分类方法：1)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；2)按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；3)按信号形式可分为模拟网和数字网。4无线通信系统的传输方式分单工传输（广播式）和双向传输（应答式）。单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。5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。优点：组网简单、节省能源；缺点：通话不连续（对讲式），易受干扰。6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双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工(FDD)工作方式，接收和发射可同时进行。但是，在电台的运行过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电源消耗较大。为缓解这个问题和减少对系统频带的要求，可在通信设备中采用同步的半双工通信方式，即时分双工(TDD)。此时，时间轴被周期地分割成时间帧，每一帧分为两部分，前半部分用于电台A（或移动台A）发送，后半部分用于电台B（或基站）发送，这样就可以实现电台A和B（移动台与基站）的双向通信。7人们把模拟移动通信系统（包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等）称作第一代移动通信系统，而把数字化的移动通信系统（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）称作第二代移动通信系统。8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)可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量9移动通信基本上围绕着两种主干网络在发展，这就是基于话音业务的通信网络和基于分组数据传输的通信网络。根据运行环境和市场需求的不同，前者又分为以蜂窝网为代表的高功率宽（广）域网和以无绳电话网为代表的低功率局域网；后者又可分为宽带LAN之类的高速局域网和移动数据网之类的低速宽（广）域网210常用的移动通信系统有哪些：无线电寻呼系统、蜂窝移动通信系统、无绳电话系统、集群移动通信系统、移动卫星通信系统、分组无线网。11无线电寻呼系统是一种单向通信系统12蜂窝通信网络的三大特点：频率再用、小区分裂、越区切换把若干相邻的小区按一定的数目划分成区群(Cluster),并把可供使用的无线频道分成若干个(等于区群中的小区数)频率组，区群内各小区均使用不同的频率组，而任一小区所使用的频率组，在其它区群相应的小区中还可以再用，这就是频率再用当用户数增多并达到小区所能服务的最大限度时，把这些小区分割成更小的蜂窝状区域，并相应减小新小区的发射功率和采用相同的频率再用模式，提高系统单位面积可服务的用户数以适应持续增长的业务需求，这种过程称为小区分裂当移动台从一个小区进入另一相邻的小区时，其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区，这一过程称为越区切换13只有频率再用距离足够大，才能保证同道干扰低于预定的门限值，这也就限制了区群中所含小区数目不能小于某种值（在模拟蜂窝网中不小于7，在数字蜂窝网中可小到4或3）14我国模拟无绳电话系统采用45MHz/48MHz的频段。我国使用的数字式无绳电话系统(低功率无线系统)标准是PHS15无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，也可以说它是有线电话网的无线延伸，具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点16集群移动通信系统属于调度系统的转移通信网。17集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术。其主要做法是：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18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19按通信占用频道的方式，集群系统可分为消息集群、传输集群和准传输集群等三种方式(1)消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系统中，每一次呼叫通话期间，一次性地分配一对无线频道，而且在通话完毕后(即松开PTT开关后)，转发器继续在该频道上工作6s左右(即脱离时间约为6s),才算完成此次接续过程。28s(2)传输集群(TransmissionTrunking)。传输集群通话中，并非始终占用某一个频道，当发话一方松开PTT时，对这一频道的占用即告结束，对方回答或本方再发话时，都要重新分配并占用新的空闲频道。亦即在通话中，每按一次PTT开关就重新占用频道一次。因此，传输集群可以充分利用频道的空闲时间，其频道利用率可以明显提高。不过，，用户的话音略有3间隙时，PTT就可能松开，使所用频道也立即放弃而被其它用户所占用，其后再讲话时又要重新占用新的空闲频道，从而会导致消息传输不连续或形成通话中断现象。16s(3)准传输集群(QuasiTransmissionTrunking)。准传输集群是为了克服传输集群的缺点而提出的一种改进型集群方式，也可以看作是传输集群和消息集群的折中方案。其做法是：一方面(和消息集群相比)把脱离的时间缩短为0.5~2s;另一方面(和传输集群相比)在每次PTT松开之后增加0.5s的保持时间，然后释放频道。18s20Motorola公司提出的“铱”(IRIDIUM)系统改用66颗卫星，分6条轨道在地球上空运行21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。22分组传输常见的网络结构有星型结构和分布式结构。23在GSM系统中，分组模式成为通用分组无线业务(GPRS)24对数字调制技术的主要要求是：已调信号的频谱窄和带外衰减快(即所占频带窄，或者说频谱利用率高)；易于采用相干或非相干解调；抗噪声和抗干扰的能力强；以及适宜在衰落信道中传输。25数字信号调制的基本类型分为振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)26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。理论分析方法通常用射线表示电磁波束的传播，在确定收发天线的高度、位置和周围环境的具体特征后，根据直射、折射、反射、散射、透射等波动现象，用电磁波理论计算电波传播的路径损耗及有关信道参数。实测分析方法是指在典型的传播环境中进行现场测试，并用计算机对大量实测数据进行统计分析，以建立预测模型(如冲击响应模型)，进行传播预测。27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)28通常认为：TDMA系统的通信容量大于FDMA系统，而CDMA系统的通信容量又大于FDMA和TDMA系统29移动通信系统中采用的抗干扰措施是多种多样的，主要有：1)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；2)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)；3)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；4)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；5)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。30组网涉及网络结构、网络接口和网络的控制与管理等31网络结构。数字蜂窝通信系统的网络结构，其组成部分为：移动交换中心(MSC)，基站分系统(BSS)(含基站控制器(BSC)、基站收发信台(BTS))，移动台(MS)，归属位置寄存器(HLR)，4访问位置寄存器(VLR)，设备标志寄存器(EIR)，认证中心(AUC)和操作维护中心(OMC)。网络通过移动交换中心(MSC)还与公共交换电话网(PSTN)、综合业务数字网(ISDN)以及公共数据网(PDN)相连接。32网络接口(1)人机接口(Sm接口)。Sm是用户与移动网之间的接口，在移动设备中包括键盘、液晶显示以及实现用户身份卡识别功能的部件。(2)移动台与基站之间的接口(Um接口)。Um是移动台与基站收发信机之间的无线接口，是移动通信网的主要接口，也称空中接口。(3)基站与移动交换中心之间的接口(A接口)。此接口所传递的信息主要有：基站管理、呼叫处理与移动特性管理等。(4)基站控制器(BSC)与基站收发信台(BTS)之间的接口(Abis接口)。基站系统(BSS)包括BSC与BTS两部分，它们之间的接口称为Abis接口。33Um接口协议模型举例第一层(最低层)L1是物理层。它为高层信息传输提供无线信道，能支持在物理媒介上传输信息所需要的全部功能，如频率配置、信道划分、传输定时、比特或时隙同步、功率设定、调制和解调等等。第二层L2是数据链路层。它向第三层提供服务，并接受第一层的服务。其主要功能是为网络层提供必需的数据传输结构，并对数据传输进行控制。第三层L3是网络层。它的主要功能是管理链路连接，控制呼叫过程，支持附加业务和短消息业务，以及进行移动管理和无线资源管理等。34网络的控制与管理连接控制(或管理)功能、移动管理、无线资源管理。35常用的数字调制有：移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等36移动通信信道的基本特征是：第一，带宽有限，它取决于使用的频率资源和信道的传播特性；第二，干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的；第三，存在着多径衰落。37扩展频谱(SS，SpreadSpectrum)通信简称为扩频通信。扩频通信的定义可简单表述如下：扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。38各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频信号带宽B与信息带宽Bm之比成正比。即Gp=10lg（B/Bm）Gp称作扩频系统的处理增益、表示了扩频系统信噪比改善的程度39按照扩展频谱的方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列(DS)扩频、跳频(FH)、跳时(TH)、线性调频(Chirp)以及上述几种方式的组合。40所谓直接序列(DS，DirectSequency)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端5去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去