1、第 1 章 概述第 1 章 移动通信综述 1.1 定义定义 1.2 系统组成系统组成 1.3 特点特点 1.4 发展历程及未来趋势发展历程及未来趋势 1.5 分类分类 1.6 频谱划分频谱划分第 1 章 概述现代社会已步入信息时代，信息在经济发展、社会进步乃至人民生活等各个方面都起着日益重要的作用。人们对于信息的充裕性、及时性和便捷性的要求也越来越高。能够随时随地、方便而及时地获取所需要的信息是人们一直以来都在追求的梦想。电报、电话、广播、电视、人造卫星、国际互联网带领着人们一步步向这个梦想飞近，然而最终能够使人们美梦成真的却是移动通信。移动通信指的是通信双方至少有一方处在运动状态中所进行的信
2、息交换。移动体与固定点之间、移动体相互之间信息的交换都可以称为移动通信。其中移动体可以是人，也可以是车、船、飞机等处在移动状态中的物体。图1-1所示为城市公众通信网示意图。1.1 定定 义义第 1 章 概述图 1-1 公众通信网 第 1 章 概述各种移动通信系统的组成及名称各有不同。陆地移动通信系统主要由四个部分组成：移动台(Mobile Station，简称MS)、基站(Base Station，简称BS)、移动交换中心(Mobile Switching Center，简称MSC)和传输线路，如图1-2所示。移动台通过无线方式接入基站，基站通过有线(也可以是无线)传输连接移动交换中心。这三个
3、部分就是公共陆地移动网(Public Land Mobile Network，简称PLMN)的主要组成部分。通过PLMN就能实现较近区域移动台之间的通信。为了实现不同长途区域中移动台之间的通信以及移动台同固定电话及其他通信终端之间的通信，PLMN还要连接公共交换电话网(Public Switched Telephone Network，简称PSTN)。1.2 系系 统统 组组 成成 第 1 章 概述图1-2 移动通信系统的组成 第 1 章 概述陆地移动通信系统中的移动台有便携式、手提式、车载式三种。所以说移动台不单指手机，手机只是便携式移动台的一种。手提式移动台如具有无线上网功能的笔记本电脑，
4、车载式移动台如安装在一些出租车上的集群对讲系统。基站是陆地移动通信系统中用来连接有线部分与移动部分，即移动台无线接入网络的关键设备，通常由基站控制器和无线收发信机两部分组成。第 1 章 概述移动交换中心除具有一般市话交换机的功能之外，还有移动业务所需的越区切换控制、无线信道管理、漫游处理等功能，同时也是移动网与公共电话交换网、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，简称ISDN)等固定网的接口设备。传输线路部分主要是指连接各设备之间的中继线。目前通信系统中的主干传输线路都已采用光缆，BS与MS之间的无线传输主要采用微波方式。第 1 章 概述1.3
5、 特特 点点1.电波传播条件复杂电波传播条件复杂移动通信系统的实现离不开无线通信，即无线电磁波的传播。各种移动终端可能在各种环境中不断运动，建筑群或障碍物对其的影响也不断变化。移动终端发出的无线电波在传播过程中除了有不可避免的衰减外，还会发生反射、折射、绕射、散射等，产生多径干扰、信号传播延迟和展宽及多普勒效应等，从而导致接收信号的强度和相位随时间和地点不断变化。图1-3所示为地面上的无线电波传播情况示意图。只有充分研究无线电波传播的规律，才能进行合理的系统设计。本书将在2.1节对无线电波传播技术进行详细的讲述。第 1 章 概述图1-3 地面无线电波传播情况第 1 章 概述2.噪声和干扰严重噪
6、声和干扰严重噪声和干扰直接影响着通信质量的好坏，即通信系统的可靠性指标。相比于有线通信，移动通信采用无线电波作为传播信号且移动环境复杂，更易受到噪声的干扰。噪声包括来源于城市环境中交通工具的噪声、房屋装修过程中的噪声及各种工业噪声等。干扰主要包括由设备中器件的非线性特性引起的互调干扰、由移动台“远近效应”引起的邻道干扰、同频复用所引起的同频干扰、CDMA系统中的多址干扰等。我们必须充分了解各种噪声和干扰的特性，才能采取更加有效的抵抗措施。第 1 章 概述3.频带利用率要求高频带利用率要求高移动通信系统的用户数量日益增多，为了缓和用户数量与可利用的频率资源有限的矛盾，除了开发新频段之外，还要采取
7、各种措施以便更加有效地利用现有频率资源，如压缩频带、缩小频道间隔、多频道共用等，即采用各种频谱和无线频道有效利用技术。第 1 章 概述4.移动台的移动性强移动台的移动性强由于移动台的移动是在广大区域内的不规则运动，而且大部分的移动台都会有关闭不用的时候，它们与通信系统中的交换中心没有固定的联系，因此，要实现通信并保证质量，移动通信必须是无线通信与有线通信的结合，而且必须要发展自己的跟踪、定位、交换技术，如位置登记技术、信道切换技术、漫游技术等。第 1 章 概述5.通信设备的性能要好通信设备的性能要好不同的移动通信系统有不同的特点，这也是对通信设备性能要求的依据。在陆地移动通信系统中，要求移动台
8、体积小、重量轻、功耗低、操作方便。同时，在有振动和高、低温等恶劣的环境条件下，要求移动台依然能够稳定、可靠地工作。6.系统和网络结构复杂系统和网络结构复杂移动通信系统是一个多用户的通信系统，必须使同样处于无线连接条件下的用户之间互不干扰，且必须保证系统各部分之间能够协调一致地工作。此外，移动通信系统还要与公共电话网、综合业务数字网等实现互连。第 1 章 概述1.4 发展历程及未来趋势发展历程及未来趋势 1.4.1 简史回顾简史回顾移动通信可以说从无线电通信发明之日就产生了。1897年，G.W.Marconi马可尼完成的无线通信实验就是在固定站与一艘拖船之间进行的，距离为18海里(注：1海里=1
9、852米)。现代移动通信技术的发展历史可以追溯到20世纪20年代，到目前为止，大致经历了以下六个发展阶段。第 1 章 概述第一阶段从20世纪20年代至40年代，为现代移动通信的起步阶段。在此期间，主要完成了通信实验和电波传播实验，在短波频段(3 MHz30 MHz)上实现了小容量专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。这种系统话音质量差，自动化程度低，仅限于专用，不能与公众网相连。第二阶段从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间，各种公共移动通信系统相继建立。首先是1946年，美国贝尔实验室在圣路易斯城建立了称为“城市系统”的公共汽车电话网，这是世界上第一个公共移
10、动通信系统。继而，前联邦德国、法国、英国等国也陆续研制出了公共移动电话系统。这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡，自动化程度有所提高。第 1 章 概述第三阶段从20世纪60年代中期至70年代中期。这一阶段是移动通信系统改进和完善的阶段。在此期间，各国陆续推出了改进的移动通信系统，其代表为美国的改进型移动电话系统(Improved Mobile Telephone System，简称IMTS)。这一阶段的特点是使用了新频段，采用大区制，实现了系统的中小容量，自动化程度进一步提高。第 1 章 概述第四阶段从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间，由于微电子技术及计算机技术的长足发
11、展和移动用户数量的急剧增加，促使移动通信得到了蓬勃发展。首先是美国贝尔实验室研制成功了基于频分多址(Frequency Division Multiple Access，简称FDMA)技术的先进移动电话系统(Advanced Mobile Phone Service，简称AMPS)，这是世界第一个模拟蜂窝移动通信系统，从而建立了小区制蜂窝网理论。继而，各种体制的蜂窝式公共移动通信网不断被推出并逐渐得到广泛的应用。其他典型的系统包括日本的汽车电话系统(High Capacity Mobile Telephone System，简称HCMTS)、英国的全接入通信系统(Total Access Co
12、mmunication System，简称TACS)和北欧移动电话(Nordic Mobile Telephone，简称NMT)。这一阶段的特点是用户量增加，业务范围扩大，出现了多种新体制，开发出了新频段，频率资源得到了有效利用。第 1 章 概述第五阶段从20世纪80年代中期到21世纪初期。这是数字移动通信发展和成熟的时期。在此期间，用户数量急剧增加，频率资源相对紧缺，第一代模拟蜂窝移动通信系统的缺陷日益暴露出来。针对这些问题，新一代(即第二代)的数字蜂窝移动通信系统被开发出来并得以广泛应用。事实上，早在20世纪70年代末，当模拟蜂窝系统还处于开发阶段之时，一些发达国家就已着手数字蜂窝移动通信
13、系统的研究。最典型的数字蜂窝移动通信系统是欧洲基于时分多址(Time Division Multiple Access，简称TDMA)技术的全球通移动通信系统(Global System for Mobile Communication，简称GSM)。另外还有北美的DAMPS(Digital AMPS)(IS-54)和日本的PDC(Personal Digital Cellular)等。这一阶段的特点是用户数量急剧增加，频率资源日益紧缺，新体制、新技术、新业务层出不穷。第 1 章 概述第六阶段从21世纪初期到现在。这是数字移动通信向高速化、宽带化发展的阶段。在此期间，基于码分多址(Code D
14、ivision Multiple Access，简称CDMA)技术的第三代移动通信系统(3rd Generation，简称3G)开始投入商用。与以往的各国家各地区的各自为政不同，3G在国际标准化组织的统一规范下，最终形成了三个主要标准：WCDMA(Wideband CDMA)、CDMA2000和TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CDMA)。相比于第二代数字移动通信系统，3G以扩频通信作为技术基础，能够实现更高的速率、更宽的带宽、更加丰富的多媒体业务。事实上，在2G以TDMA技术为主的同时，基于扩频通信的CDMA技术已经得以发展和商用，其典型代表是美国高通公司
15、的CDMA IS95，它可以看成是CDMA2000的最初阶段。与3G的高带宽不同，这时的CDMA只能算是窄带通信，因此也可称为窄带CDMA(简称N-CDMA)。第 1 章 概述1.4.2 现状及未来现状及未来就目前来看，世界各国都在大力推行3G移动通信标准。三个3G标准中由欧洲和日本主推的WCDMA系统发展态势最佳，世界上大约80%的国家和地区都在使用该标准。CDMA2000技术大都掌控在美国高通公司手中，受到美国的推崇。我国掌握着TD-SCDMA系统的大部分知识产权，是我国主推的技术标准，由于相比于另两个标准起步较晚，因此存在较多缺陷。就国内情况来看，2008年电信重组后的三大移动运营商分别
16、经营三个标准：TD-SCDMA交托给实力最强的中国移动，中国联通和中国电信分别经营WCDMA和CDMA2000。由于资费过高、内容建设不足等问题，3G的普及还尚待时日。第 1 章 概述就在3G还没有完全铺开，距离完全实用化还有一段时间的时候，已经有不少国家开始了对下一代移动通信系统(4G)的研究。关于4G的定义目前还没有统一的标准。但是4G应具有的几点特性应包括：最低100 Mb/s的传输速率，高达100 MHz的通信带宽，集各种广播、通信制式和标准于一身的更加灵活多样的业务方式。第 1 章 概述在4G之后，个人通信系统将成为未来移动通信乃至整个通信的大势所趋。“个人通信系统”的概念在20世纪
17、80年代后期就已出现，当时便引起了世界范围内的广泛关注。个人通信系统是指任何用户在任何时间、任何地方与任何人进行任何方式和内容(如话音、数据、图像)的通信，可以用5个W来概括，即Whoever、Whenever、Wherever、However和Whatever。个人通信系统是在宽带综合业务数字网的基础上，以无线移动通信网为主要接入手段，以智能网为核心的最高层次的通信网，它将一步步演进形成为所有个人提供多媒体业务的智能型宽带全球性的信息系统。从某种意义上来说，这种通信可以实现真正意义上的自由通信，它是人类的理想通信，是通信发展的最高目标。总之，当今世界的通信向着更加宽带化、多媒体化、多技术并存
18、和融合的方向不断发展。第 1 章 概述1.5 分分 类类在移动通信中有多种的分类，主要包括：(1)按信号形式，通信网络可分为模拟网和数字网；(2)按服务范围，通信网络可分为专用网和公用网；(3)按区域规划，通信系统可分为大区制和小区制；(4)按数据传输方式可分为单工、双工和半双工；(5)按移动台的使用形式可分为便携式、手提式和车载式；(6)按多址方式可分为频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA；(7)按实际应用可分为集群移动通信系统、陆地蜂窝移动通信系统、移动卫星通信系统和无绳电话系统等。第 1 章 概述1.5.1 移动通信的服务区域移动通信的服务区域1.大区制大区制大区制概念的
19、提出早于小区制，主要为早期的通信系统所采用，满足了当时系统中小容量的需求。大区制是指把一个通信服务区域仅规划为一个或少数几个无线覆盖区，简称无线区。所谓无线区，是指当基站采用全向天线时，在无障碍物的开阔地，以通信距离为半径所形成的圆形覆盖区。每个无线区的半径为25 km45 km，用户容量为几十个至数百个。每个无线区仅为一个基站所覆盖，基站基本上是相互独立的。第 1 章 概述图1-4 借助市话交换局的大区制移动通信示意图 第 1 章 概述大区制的缺点是：由于一个基站所能提供的信道数有限，因而系统容量不高，不能满足用户数目日益增加的需要，这是由制式本身决定的，无法克服；移动台的天线低，发射功率受
20、限，在大的覆盖区内，上行链路(由移动台到基站)的通信就无法保证，为此，常采用分集接收技术，即在服务区内设置若干个分集接收台Rd与基站相连，以保证上行链路的通信质量，如图1-5所示。第 1 章 概述图1-5 采用分集接收台的大区制移动通信 第 1 章 概述2.小区制小区制小区制是指把一个通信服务区域划分为若干个小的无线覆盖区，每个小区的半径为2 km20 km，用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站，负责本区移动台的联系和控制，各个基站通过移动交换中心相互联系，多个基站在移动交换中心的统一管理和控制下，实现对整个服务区的无缝覆盖。小区制采用信道复用技术，即每个小区只需提供较少的几个无线电信道(
21、一个信道组)就可满足通信的要求，相邻小区不使用相同的信道组，但相隔几个小区的不相邻小区可以重复使用同一组信道，以充分利用频率资源。第 1 章 概述在理想情况下，基站的覆盖面积可视为一个以基站为中心，以最大可通信距离为半径的圆。为了不留空隙地覆盖整个面状服务区，各个圆形覆盖区之间一定存在很多重叠区。通过理论分析，通信系统现在大都采用与圆形较接近的正六边形作为小区的形状结构，因为这种结构既避免了相邻覆盖区间的重叠，又不会产生空隙，区域衔接更紧密，产生的相互干扰更小。又由于该结构看上去像是蜂窝，所以称为蜂窝式移动通信系统，如图1-6所示。根据覆盖范围的不同，这种移动通信系统又可分为宏蜂窝、微蜂窝以及
22、微微蜂窝三种。第 1 章 概述图1-6 蜂窝式移动通信系统 第 1 章 概述1)宏蜂窝(Macro Cell)宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1 km25 km，基站天线尽可能做得很高。在实际的宏蜂窝中，通常存在着两种特殊的微小区域：一是“盲点”，即由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，即由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域，它支持宏蜂窝中的大部分业务。以上两“点”问题的解决，往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。除了经济方面的原因外，从原理上讲，这两种方法也不能无限制地使用，因为扩大了系统覆盖，通信质量要下降，提高了通信质量，往往又要牺牲
23、容量。第 1 章 概述2)微蜂窝(Micro Cell)微蜂窝是在宏蜂窝的基础上发展起来的一门技术。与宏蜂窝相比，它的发射功率较小，一般在2W左右；覆盖半径大约为100 m1 km；基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面5 m10 m，无线波束折射、反射、散射于建筑物间或建筑物内，限制在街道内部。微蜂窝最初被用来加大无线覆盖，消除宏蜂窝中的“盲点”。同时由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，将它安置在宏蜂窝的“热点”上，可同时满足该微小区域质量与容量两方面的要求。第 1 章 概述3)微微蜂窝(Pico Cell)微微
24、蜂窝是指地理上的一个区域被分割成很小的小区域，其覆盖半径通常为百米数量级以下，天线高度低于屋顶，其基站发射功率小。微微蜂窝还具有以下特点：(1)吞吐量大，每个蜂窝中的用户相对较少。(2)频率再利用率高。相邻蜂窝使用不同的频率，不相邻的蜂窝可以采用相同频率。(3)移动台的移动会导致更快的路由、跟踪和越区切换等问题。第 1 章 概述最初，微微蜂窝一般只是零散地分布在热点地区，话务量比较集中，覆盖面积较小，对容量的提高有限。随着用户的发展，当热点地区已由点逐渐连接成片时，微微蜂窝就形成了一个独立的层，各个微微蜂窝相连，在一定范围内连续覆盖，这时可以使网络容量有很大的提高。一般对于半径在1km左右的小
25、区，若在每个扇区的热点地区采用68个半径在0.1km左右的微微蜂窝组成微微蜂窝层，则可以使网络容量提高34倍。第 1 章 概述小区制结构的最大特点是：采用信道复用技术大大缓解了频率资源紧缺的问题，提高了频率利用率，增加了用户数目和系统容量。其另一特点是：信道距离缩短了，发射机功率降低了，于是互调干扰亦减小了。小区制结构也存在着一些问题：由于信道复用，可能产生同频道干扰。这就要采用一些相关的抗干扰技术：分集接收技术、功率控制技术、小区半径最优化技术等。信道复用带来的另一问题是：当移动台从一个小区驶入另一个小区时，即越区过程中必须进行信道的自动切换，以保证移动台越区时通话不间断，这就涉及到了越区切
26、换技术。为此，还要及时掌握移动台动态的位置信息，这属于呼叫接续和移动性管理问题。另外，为进一步提高信道的利用率和通信的质量，可以采用码分多址CDMA方式和信道动态分配技术等。第 1 章 概述1.5.2 移动通信的传输方式移动通信的传输方式1.单工通信单工通信所谓单工通信，是指通信双方交替进行收信和发信的通信方式，发送时不接收，接收时不发送。单工通信常用于点到点的通信，如图1-7所示。根据收发频率的异同，单工通信可分为同频单工和异频单工。第 1 章 概述图1-7 单工通信 第 1 章 概述同频单工是指通信双方在相同的频率f1上由收发信机轮流工作。平时双方的接收机均处于守听状态，当某方需要发话时，
27、即按下发话按钮，关掉自己的接收机而使发射机工作，此时由于对方的接收机仍处于守听状态，故可实现通信。这种操作通常称为“按讲”方式。同频单工的优点是：仅使用一个频率工作，能够最有效地使用频率资源；由于是收发信机间断工作，线路设计相对简单，价格也便宜。其缺点是：通信双方要轮流说话，即对方讲完后我方才能讲话，使用不方便。第 1 章 概述异频单工是指通信双方的收发信机轮流工作，且工作在两个不同的频率f1和f2上。例如基站以f1发射，移动台以f1接收，而移动台以f2发射，基站以f2接收。异频单工只在有中转台的无线电通信系统中才使用。第 1 章 概述2.双工通信双工通信所谓双工通信，是指通信双方可同时向对方
28、传输信息的通信方式，即发送和接收可同时进行，故亦称全双工通信。如图1-8所示，基站的发射机和接收机分别使用一副天线，而移动台通过双工器共用同一副天线。双工通信同普通有线电话很相似，使用方便，其缺点是在使用过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电能消耗很大，这对以电池为能源的移动台是很不利的。针对此问题的解决办法是：保持移动台接收机的始终工作状态，而令发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称为准双工系统，可以和双工系统兼容。这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。第 1 章 概述图1-8 双工通信 第 1 章 概述3.半双工通信半双工通信 图1-9 半双工通信 第 1 章 概述1
29、.5.3 移动通信系统的分类移动通信系统的分类1.集群移动通信系统集群移动通信系统集群移动通信系统诞生于20世纪70年代，是一种高级移动调度系统，是指挥调度最重要和最有效的通信方式之一，代表着专用移动通信网的发展方向，在铁路运输、野外作业、抢险救灾、公安、电力、石油等领域得到了广泛应用。典型的应用有公安系统的指挥员指挥警员围捕罪犯、出租车公司统一指挥调度出租车去向。第 1 章 概述国际无线电咨询委员会(Consultative Committee of International Radio，简称CCIR)对其定义为“系统所具有的全部可用信道可为系统的全体用户共用”，即系统内的任一用户想要和系
30、统内另一用户通话，只要有空闲信道，就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道沟通联络，进行通话。从某种意义上讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继(转发)通信系统。和普通的移动通信系统相比，集群通信主要有两点不同之处：一是话音通信采用一按即通(Push To Talk，简称PTT)的方式接续，被叫无须摘机即可接听，且接续速度较快；二是支持群组呼叫功能，通话往往为一点到多点或者多点到多点的形式。后者也是其名称“集群”的由来。第 1 章 概述集群移动通信系统主要由基站(中继转发器)、移动台、调度台和控制中心四部分组成。其中，基站负责无线信号的转发，移动台用于在运行中或停留在某个不确定的
31、地点进行通信，调度台负责对移动台进行指挥、调度和管理，控制中心主要负责控制和管理整个集群通信系统的运行、交换和接续。按照控制方式，集群移动通信系统可分为集中式控制和分布式控制两种，这两种方式的基本系统组成都是一样的。根据系统规模及用户数量，集群移动通信系统又可分单区系统和多区系统两种。多区系统只是若干个单区系统的叠加。图1-10中所示为集中式控制方式的单区系统。第 1 章 概述图1-10 集中式控制方式的单区系统 第 1 章 概述2.陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统陆地蜂窝移动通信系统在移动通信中处于统治地位，是目前应用最广泛、用户数量最多、与人们日常生活最紧密的移动通信系统。本书内容
32、将以介绍陆地蜂窝移动通信系统为主。与集群移动通信系统的大区制不同，陆地蜂窝移动通信系统采用小区制规划方式。利用超短波电波传播距离有限的特性及蜂窝状结构，可有效实现信道复用，在提高频率利用率的同时，可以保证通信的质量。陆地蜂窝移动通信系统采用分级的网络结构，如图1-11所示。第 1 章 概述图1-11 陆地蜂窝移动通信系统网络结构 第 1 章 概述图中，小区是最基本的、最低一级的组成部分。它是采用基站识别码(Base Station Identity Code，简称BSIC)或全球小区识别码(Cell Global Identifier Code，简称CGIC)进行标识的无线覆盖区域。在采用36
33、0全向天线结构的模拟网中，小区即为基站区；在采用较小角度(如120)天线结构的数字蜂窝移动网中，小区是该角度的天线所对应的正六边形区域覆盖到的那部分。基站区指的是一个基站所覆盖的区域。一个基站区可包含一个或多个小区，故不是所有的小区都设有一个专有的基站，但必须为一个特定的基站所覆盖。第 1 章 概述位置区(Location Area，简称LA)指的是一个移动台可以自动移动而不必重新“登记”其位置(位置更新)的区域，一个位置区由一个或若干个基站区组成。不同的位置区用位置区识别码(Location Area Identity，简称LAI)来区分。要想向一个位置区中的某个移动台发出呼叫，可以在这个位
34、置区中向所有基站同时发出寻呼信号。MSC区指的是由一个移动交换中心所覆盖的区域。一个MSC区可由若干个位置区组成。第 1 章 概述公用陆地移动网(Public Land Mobile Network，简称PLMN)就是这里所说的陆地蜂窝移动通信系统。在该系统内具有共同的编号制度(比如相同的国内地区号)和共同的路由计划。例如，整个天津市的移动通信系统就是一个PLMN，所有天津手机号码的第47位都必须符合天津地区所属范围。一个PLMN可以由若干个MSC区组成。MSC构成固定网与PLMN之间的功能接口，用于呼叫接续等。业务区指的是由一个或多个移动通信网所组成的区域。只要移动台在业务区中，就可以被另一
35、个网络的用户找到，而该用户也无须知道这个移动台在该区内的具体位置。这里的另一个网络可以是另一个PLMN、公共交换电话网或综合业务数字网。一个业务区可由若干个PLMN组成，也可由一个或若干个国家组成，也可能是一个国家的一部分。系统区由一个或多个业务区组成，这些业务区要有全兼容的移动台基站接口。第 1 章 概述3.移动卫星通信系统移动卫星通信系统卫星通信的发展经历了如下几个阶段：国际卫星通信、国内卫星通信、VSAT(Very Small Aperture Terminal)卫星通信、当今的移动卫星通信和未来的空间信息高速公路。所谓移动卫星通信，是指以通信卫星为中继站，在较大地域及空间范围内实现移动
36、台与固定台、移动台与移动台以及移动台或固定台与公众网用户之间的通信。移动卫星通信是移动通信和卫星通信相结合的产物，兼具卫星通信覆盖面宽和移动通信服务灵活的优点，是实现未来个人移动通信系统和真正的信息高速公路的重要手段之一。第 1 章 概述移动卫星通信系统一般由通信卫星、关口站、控制中心、基站以及移动终端组成，如图1-12所示。在地球上空设置多条卫星轨道，每条轨道上均有多颗卫星顺序地运行，在卫星与卫星之间通过星际链路相互连接，这样就构成了环绕地球上空、不断运动且能覆盖全球的卫星中继网络。第 1 章 概述移动卫星通信系统主要分为两大类：(1)同步轨道移动卫星通信系统，其特点是移动终端在移动，卫星是
37、相对静止的(卫星与地球同步自转)，因而又称静止轨道(Geostationary Earth Orbit，简称GEO)移动卫星通信系统。典型系统有美国的MSAT、澳大利亚的MOBILESAT等。第 1 章 概述图1-12 移动卫星通信系统 第 1 章 概述(2)中、低轨道(Middle/Low Earth Orbit，简称MEO/LEO)移动卫星通信系统，其特点是移动终端相对静止(相对移动中的卫星而言)，因而又称非同步轨道移动卫星通信系统。典型的中轨道系统有ICO系统；典型的低轨道系统有Motorola公司的铱(Iridum)系统和美国高通(Qualcomm)公司的全球星(Globalstar)
38、系统。这类系统更适合于手持终端的通信。移动卫星通信系统的特点是：覆盖范围广，用户容量大，通信距离远且不受地理环境限制，质量优，经济效益高等。目前移动卫星通信系统主要应用于大型远洋船舶的位置测定、导航和海难救助，移动无线电，无线电寻呼等。在IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)提案中，有6个关于移动卫星通信的提案，基于这些提案的系统已经通过实验并开始投入商用。第 1 章 概述4.无绳电话系统无绳电话系统无绳电话(Cordless Telephone，简称CT)系统指的是以无线电波(主要是微波波段的电磁波)、激光、红外线等作为主要
39、传输媒介，利用无线终端、基站和各种公共通信网(如PSTN、ISDN等)，在限定的业务区域内进行全双工通信的系统。无绳电话系统采用的是微蜂窝或微微蜂窝无线传输技术。第 1 章 概述无绳电话系统经历了从模拟到数字，从室内到室外，从专用到公用的发展历程，最终形成了以公共交换电话网为依托的多种网络结构。20世纪70年代出现的无绳电话系统称为第一代模拟无绳电话系统(CT-1)，亦称子母机系统，仅供室内使用，由于采用模拟技术，通话质量不是很理想，保密性也差；20世纪80年代后期开始使用的无绳电话系统称为第二代数字无绳电话系统(CT-2)，由于采用数字技术，通话质量和保密性得以大大改善，并逐步向网络化、公用
40、化方向发展；20世纪90年代中期出现的新一代的无绳电话系统，具有容量大、覆盖面宽、支持数据通信业务等特点，其典型代表有泛欧数字无绳电话系统(Digital European Cordless Telephone，简称DECT)、日本的个人手持电话系统(Personal Handy-phone System，简称PHS)和美国的个人接入通信系统(Personal Access Communication System，简称PACS)。我国国内曾经一度流行的小灵通系统(Personal Access System，简称PAS)即是在日本PHS基础上结合我国具体国情开发出来的一种现代数字无绳电话系统
41、。第 1 章 概述简单的无绳电话系统是把普通电话机分成座机和手机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间用无线电波连接，手机在座机周围的业务区内即可进行移动通信，如图1-13所示。无绳电话系统具有容量大、发射功率小、技术简单、应用灵活、成本低廉等特点。无绳电话系统除用作有线市话的补充或延伸之外，还可实现多种数据业务，如数字传真、可视图文、可视电话等。通过数字无绳系统，可以很方便地建立无线局域网络，如果借助于一些外加设施，还可以开展互联网业务。一般认为，无绳电话技术、蜂窝网技术和低轨道卫星移动通信技术构成了个人通信网的基础。第 1 章 概述图1-13 无绳电话系统示意图 第 1 章 概述无绳
42、电话系统具有容量大、发射功率小、技术简单、应用灵活、成本低廉等特点。无绳电话系统除用作有线市话的补充或延伸之外，还可实现多种数据业务，如数字传真、可视图文、可视电话等。通过数字无绳系统，可以很方便地建立无线局域网络，如果借助于一些外加设施，还可以开展互联网业务。一般认为，无绳电话技术、蜂窝网技术和低轨道卫星移动通信技术构成了个人通信网的基础。第 1 章 概述1.6 频频 谱谱 划划 分分 频率是宝贵而有限的资源，不同的频段适合于不同的通信用途。按系统中通信设备的工作频率(波长)不同可将移动通信分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等。表1-1列出了频段的常规划分方法及其主要用
43、途。其中，工作频率和波长的换算关系为 8103cf式中，f为工作频率(单位为Hz)，为工作波长(单位为m)，c为光速(单位为m/s)。第 1 章 概述频率范围 对应波长 名称/符号 传输媒质 主要用途 3 Hz30 kHz 104 m108 m 甚低频(VLF)有线线对 长波无线电 音频、电话、数据终端、长 距 离 导 航、时标 30 kHz300 kHz 103 m104 m 低频(LF)有线线对 长波无线电 导航、信标、电力线通信 300 kHz3 MHz 102 m103 m 中频(MF)同轴电缆 短波无线电 调幅广播、移动陆地通信、业余无线电 3 MHz30 MHz 10 m102 m
44、 高频(HF)同轴电缆 短波无线电 移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电 30 MHz300 MHz 1 m10 m 甚高频(VHF)同轴电缆 米波无线电 电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航 300 MHz3 GHz 10 cm100 cm 特高频(UHF)波导分米 波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 3 GHz30 GHz 1 mm10 cm 超高频(SHF)波导厘米 波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 30 GHz300 GHz 1 mm10 mm 极高频(EHF)波导毫米 波无线电 雷达、微波接力、射电天文学 100 GHz10 000 GHz 310-5cm
45、310-4 cm 可见光、红外光、紫外光 光纤、激光 空间传播 光通信 表1-1 频段的划分及主要用途 第 1 章 概述(1)1979年，国际电信联盟ITU首次给陆地移动通信划分出主要频段。根据ITU的规定，1980年我国国家无线电管理委员会制定出陆地移动通信使用的频段(以900 MHz为中心)如下：集群移动通信：806 MHz821 MHz(上行)，851 MHz866 MHz(下行)。军队：825 MHz845 MHz(上行)，870 MHz890 MHz(下行)。大容量公共陆地移动通信：890 MHz915 MHz(上行)，935 MHz960 MHz(下行)。此时，我国大容量公用陆地移
46、动通信采用的是英国的TACS体制的模拟移动通信系统，相邻频道间隔25 kHz，上行链路采用890MHz905MHz频段，下行链路采用935MHz950MHz频段。第 1 章 概述(2)为支持个人通信发展，1992年，ITU在世界无线电管理大会(World Administrative Radio Conference，简称WARC)上，对工作频段作了进一步划分。未来移动通信频段：1710 MHz2690 MHz在世界范围内可灵活应用，并鼓励开展各种新的移动业务。1885 MHz2025 MHz和2110 MHz2200 MHz用于IMT-2000系统，以实现世界范围的移动通信。第 1 章 概述
47、 移动卫星通信频段：中低轨道移动卫星通信：148MHz149.9MHz(上行)，137MHz138MHz、400.15 MHz401 MHz(下行)。大轨道移动卫星通信：1610 MHz1626.5 MHz(上行)，2483.5 MHz2500 MHz(下行)。第三代移动卫星通信：1980 MHz2010 MHz(上行)，2170 MHz2200 MHz(下行)。1995年，修改为1980 MHz2025 MHz(上行)，2160 MHz2200 MHz(下行)。此时，我国大容量公用陆地移动通信采用的是GSM体制的数字移动通信系统，相邻频道间隔200kHz，上行链路采用905 MHz915 M
48、Hz频段，下行链路采用950 MHz960 MHz频段。随着业务的发展，可据需要向下扩展，相应缩小模拟公用移动电话网的频段。第 1 章 概述(3)2000年，ITU在世界无线电管理大会(WARC2000)上为IMT-2000重新分配了频段，标志着建立全球无线系统新时代的到来。这些频段是805 MHz960 MHz、1710 MHz1885 MHz和2500 MHz2690 MHz。3G移动通信系统的频段划分情况如图1-14所示。图中，20252110 MHz频段尚未分配。卫星移动通信系统占用频段为1980 MHz2010 MHz和2170 MHz2200 MHz。TDD(Time Divisi
49、on Duplex，时分双工)代指TD-SCDMA系统。FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)代指WCDMA和CDMA2000两个系统。第 1 章 概述由图1-14可见，ITU为TD-SCDMA系统在3G核心频段及其周围区域规划出55 MHz频段，再加上2300 MHz2400 MHz的附加频谱，TD-SCDMA系统共有155 MHz频谱可用。FDD同时获得了两个核心频段(60 MHz2=120MHz)，加上其周围的预留附加频谱(30MHz2=60MHz)，共计180MHz。再加上2G的800MHz/900MHz/1800MHz频段的FDD频谱(140MHz)，
50、未来3G FDD可使用频谱共计320MHz。第 1 章 概述图1-14 3G移动通信系统频段划分 第 1 章 概述按照ITU的统一规定，结合我国国情，国家无线电管理局科学地做出了我国3G的频率划分方案，具体为：(1)主要工作频段：FDD方式：1920 MHz1980 MHz，2110 MHz2170 MHz。TDD方式：1880 MHz1920 MHz，2010 MHz2025 MHz。(2)补充工作频段：FDD方式：1755 MHz1785 MHz，1850 MHz1880 MHz。TDD方式：2300 MHz2400 MHz，与无线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定。(3)卫星
