移動通信概念、定義與分類

移動通信網的系統構成

移動通信網的覆蓋方式

移動通信網中的多址方式

　　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80年代以來，特別是90年代以后，移動通信得到了飛速的發展。

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務，而且由于用戶的移動性，其管理技術要比固定通信復雜得多。同時，由于移動通信網中依靠的是無線電波的傳播，其傳播環境要比固定網中有線傳輸介質的傳播特性復雜，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中的通信，則必須是無線通信，或無線通信與有線通信的結合。因此，系統中要有完善的管理技術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。

電波傳播條件復雜

移動臺可能在各種環境中運動，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，而且還會產生反射、折射、繞射、多普勒效應等現象，從而產生多徑干擾、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，使系統具有足夠的抗衰落能力，才能保證通信系統正常運行。

噪聲和干擾嚴重

移動臺在移動時不僅受到城市環境中的各種工業噪聲和天然電噪聲的干擾，同時，由于系統內有多個用戶，因此，移動用戶之間還會有互調干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。這就要求在移動通信系統中對信道進行合理的劃分和頻率的再用。

系統和網絡結構復雜

移動通信系統是一個多用戶通信系統和網絡，必須使用戶之間互不干擾，能協調一致地工作。此外，移動通信系統還應與固定網、數據網等互連，整個網絡結構是很復雜的。

有限的頻率資源

在有線網中，可以依靠多鋪設電纜或光纜來提高系統的帶寬資源。而在無線網中，頻率資源是有限的，ITU對無線頻率的劃分有嚴格的規定。如何提高系統的頻率利用率是移動通信系統的一個重要課題。

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有蜂窩移動通信、無線尋呼系統、無繩電話、集群系統等。同時，移動通信和衛星通信相結合產生了衛星移動通信，它可以實現國內、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度系統。

所謂集群通信系統，是指系統所具有的可用信道為系統的全體用戶共用，具有自動選擇信道的功能，是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途和高效能的無線調度通信系統。

公用移動通信系統

公用移動通信系統是指為公眾提供移動通信業務的網絡。這是移動通信最常見的方式。

這種系統又可以分為大區制移動通信和小區制移動通信，小區制移動通信又稱蜂窩移動通信。

衛星移動通信

利用衛星轉發信號也可實現移動通信。對于車載移動通信可采用同步衛星，而對手持終端，采用中低軌道的衛星通信系統較為有利。

無繩電話

對于室內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。它們可以經過通信點與其他用戶進行通信。

尋呼系統

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

　　二、移動通信網的系統構成

移動通信網由移動業務交換中心（MSC）、基站（BS）、移動臺（MS）、中繼傳輸系統和數據庫組成，如圖1所示。

圖1 移動通信網的組成

移動業務交換中心之間、移動業務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，移動業務交換中心又與存儲用戶信息的數據庫相連。同時，移動業務交換中心又通過關口局與其他網絡相連，實現移動網與其他網絡用戶之間的互通。

1、移動業務交換中心

移動業務交換中心（Mobile-services Switching Centre,MSC）是蜂窩通信網絡的核心。MSC:負責本服務區內所有用戶的移動業務的實現。MSC有如下作用。

信息交換功能：為用戶提供終端業務、承載業務、補充業務的接續。

集中控制管理功能：無線資源的管理，移動用戶的位置登記、越區切換等。

通過關口MSC與公用電話網相連。

2、基站

基站（Base Station,BS）負責和本小區內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之間移動時也可以進行通信。采用一定的多址方式可以區分一個小區內的不同用戶。

　　3、移動臺

移動臺（Mobile Station,MS）即手機或車載臺。它是移動網中的終端設備，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

在MSC之間、MSC和BS之間的傳輸線均采用有線方式。

5、數據庫

移動網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，就必須要掌握用戶的位置及其他信息。數據庫即是用來存儲用戶的有關信息的，數字蜂窩移動網中的數據庫有歸屬位置寄存器（Home Location Register,HLR）、訪問位置寄存器（Visitor Location Register,VLR）、鑒權認證中心（Authentic Center,AUC）、設備識別寄存器（Equipment Identify Register,EIR）等。

三、移動通信網的覆蓋方式

　　1、大區制

定義：

所謂大區制，是指由一個基站（發射功率為50~100W）覆蓋整個服務區，該基站負責服務區內所有移動臺的通信與控制。大區制的覆蓋半徑一般為30~50km.

特點：

采用單基站制，沒有重復使用頻率的問題，因此技術問題并不復雜

采用大區制方式時，只需根據所覆蓋的范圍，確定天線的高度，發射功率的大小，并根據業務量大小，確定服務等級及應用的信道數。

基站的天線需要架設得非常高，發射機的發射功率也要很高。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。

大區制通信網的覆蓋范圍有限

適用于小容量的網絡，一般用在用戶較少的專用通信網中。

　　2、小區制

定義：

小區制是指將整個服務區劃分為若干小區，在每個小區設置一個基站，負責本小區內移動臺的通信與控制。小區制的覆蓋半徑一般為2~10km.

特點：

小區制移動通信系統是多基站系統，需采用頻率復用技術。

在相隔一定距離的小區進行頻率再用，可以提高系統的頻率利用率和系統容量。

基站的發射功率一般限制在一定的范圍內，以減少信道干擾。

需要設置移動業務交換中心，負責小區間移動用戶的通信連接及移動網與有線網的連接，保證移動臺在整個服務區內，無論在哪個小區都能夠正常進行通信。

網絡結構復雜，投資巨大

盡管如此，為了獲得系統的大容量，在大容量公用移動通信網中仍普遍采用小區制結構。

公用移動通信網在大多數情況下，其服務區為平面形，稱為面狀服務區。最常用的小區形狀為正六邊形，這是最經濟的一種方案。由于正六邊形的網絡形同蜂窩，因此稱此種小區形狀的移動通信網為蜂窩網。

目前公用移動通信系統的網絡結構均為蜂窩網結構，稱為蜂窩移動通信系統。

四、移動通信網中的多址方式

　　1、多址方式定義

當把多個用戶接入一個公共的傳輸介質實現相互間通信時，需要給每個用戶的信號賦以不同的特征，以區分不同的用戶，這種技術稱為多址技術。

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。因此網內一個用戶發射的信號其他用戶均可接收到所傳播的電波。網內用戶如何能從播發的信號中識別出發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別，使基站能區分是哪個移動臺發來的信號，而各移動臺又能識別出哪個信號是發給自己的。要解決這個問題，就必須給每個信號賦以不同的特征，這就是多址技術要解決的問題。

多址技術是移動通信的基礎技術之一。

2、多址方式分類

目前，移動通信系統中常用的是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。

優點：技術成熟，對信號功率的要求不嚴格。

缺點：

在系統設計中需要周密的頻率規劃

基站需要多部不同載波頻率的發射機同時工作，設備多且容易產生信道間的互調干擾。

由于沒有進行信道復用，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，即根據一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向基站發射信號。

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，基站發向各個移動臺的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內接收，就能在合路的信號中把發給它的信號區分出來。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：

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

CDMA移動通信系統與FDMA系統或TDMA系統相比具有更大的系統容量

更高的語音質量

抗干擾、保密

在第三代數字蜂窩移動通信系統中，無線傳輸技術將采用CDMA技術。

五、移動通信網網絡結構

不同技術的移動通信網，其網絡的拓撲結構是不同的。

第一代移動通信采用模擬技術，其網絡是依附于公用電話網的，是電話網的一個組成部分；

第二代移動通信采用數字技術，其網絡結構是完全獨立的，不再依附于公用電話網。

以我國GSM網為例來說明第二代移動通信網的網絡結構。

全國GSM網是多級結構的復合型網絡。為了在網絡中均勻負荷，合理利用資源，避免在某些方向上產生話務擁塞，在網絡中設置了移動匯接中心（TMSC）。全國GSM網按大區設立一級匯接中心、各省內設立二級匯接中心、移動業務本地網設立移動端局，構成三級網絡結構。三級網絡結構組成了一個完全獨立的數字移動通信網絡。移動網和固定網之間的通信是通過移動關口局（GMSC）來進行轉接的。

中國移動的GSM網設置8個一級移動匯接中心，分別設于北京、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），相互之間以網狀網相連。

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