概論2蜂窩移動通信系統(tǒng)課件

1.1移動通信的主要特點1.2移動通信系統(tǒng)的分類1.3常用移動通信系統(tǒng)1.4移動通信的基本技術(shù)思考題與習(xí)題第1章概論1.1移動通信的主要特點第1章概論1.移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般都很差。首先，移動通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，并且會受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號經(jīng)過多點反射，會從多條路徑到達(dá)接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達(dá)時間都不一樣，它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴(kuò)展；其次，移動通信常常在快速移動中進(jìn)行，這不僅會引起多普勒（Doppler）頻移，產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻，而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。1.1移動通信的主要特點1.移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸1.1移

2.移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的除去一些常見的外部干擾，如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間，還會產(chǎn)生這樣或那樣的干擾。因為在移動通信系統(tǒng)中，常常有多部用戶電臺在同一地區(qū)工作，基站還會有多部收發(fā)信機(jī)在同一地點上工作，這些電臺之間會產(chǎn)生干擾。2.移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)

3.移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而移動通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增如何提高通信系統(tǒng)的通信容量，始終是移動通信發(fā)展中的焦點。為了解決這一矛盾，一方面要開辟和啟用新的頻段；另一方面要研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。3.移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而移動通信4.移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效根據(jù)通信地區(qū)的不同需要，移動通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀(如鐵路公路沿線)、面狀(如覆蓋一城市或地區(qū))或立體狀(如地面通信設(shè)施與中、低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng))等，可以單網(wǎng)運(yùn)行，也可以多網(wǎng)并行并實現(xiàn)互連互通。為此，移動通信網(wǎng)絡(luò)必須具備很強(qiáng)的管理和控制功能，諸如用戶的登記和定位，通信(呼叫)鏈路的建立和拆除，信道的分配和管理，通信的計費(fèi)、鑒權(quán)、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫游的控制等。4.移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制

5.移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用對手機(jī)的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。車載臺和機(jī)載臺除要求操作簡單和維修方便外，還應(yīng)保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。5.移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使1.2移動通信系統(tǒng)的分類移動通信有以下多種分類方法：①按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；②按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；1.2移動通信系統(tǒng)的分類移動通信有以下多種分類方法：④按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；⑤按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)；⑥按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；⑦按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；⑧按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。④按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；1.2.1工作方式1.單工通信所謂單工通信，是指通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信，參見圖1-1。1.2.1工作方式圖1-1單工通信圖1-1單工通信同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中的電臺甲和電臺乙)使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。平常各接收機(jī)均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機(jī)等候被呼。當(dāng)電臺甲要發(fā)話時，它就按下其送受話器的按講開關(guān)(PTT)，一方面關(guān)掉接收機(jī)，另一方面將天線接至發(fā)射機(jī)的輸出端，接通發(fā)射機(jī)開始工作。當(dāng)確知電臺乙接收到載頻為f1的信號時，即可進(jìn)行信息傳輸。同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中

2.雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)行傳輸消息的工作方式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器共用一副天線。雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線電話相似，接收和發(fā)射可同時進(jìn)行。但是，在電臺的運(yùn)行過程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機(jī)總是工作的，故電源消耗較大，這一點對用電池作電源的移動臺而言是不利的。2.雙工通信為緩解這個問題和減少對系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用同步的半雙工通信方式，即時分雙工(TDD)。此時，時間軸被周期地分割成時間幀，每一幀分為兩部分，前半部分用于電臺A（或移動臺A）發(fā)送，后半部分用于電臺B（或基站）發(fā)送，這樣就可以實現(xiàn)電臺A和B（移動臺與基站）的雙向通信。

為緩解這個問題和減少對系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用

3.半雙工通信半雙工通信的組成與圖1-2相似，移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的?；竟ぷ髑闆r與雙工方式完全相同。3.半雙工通信圖1-2雙工通信圖1-2雙工通信

1.2.2模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點可歸納如下：(1)頻譜利用率高，有利于提高系統(tǒng)容量。采用高效的信源編碼技術(shù)、高頻譜效率的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、先進(jìn)的信號處理技術(shù)和多址方式以及高效動態(tài)資源分配技術(shù)等，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下增多系統(tǒng)同時通信的用戶數(shù)。1.2.2模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)(2)能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性。數(shù)字系統(tǒng)傳輸?shù)氖恰?”、“0”形式的數(shù)字信號。話音、圖像、音樂或數(shù)據(jù)等數(shù)字信息在傳輸和交換設(shè)備中的表現(xiàn)形式都是相同的，信號的處理和控制方法也是相似的，因而用同一設(shè)備來傳送任何類型的數(shù)字信息都是可能的。利用單一通信網(wǎng)絡(luò)來提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)正是未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。(2)能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落的能力強(qiáng)。這些優(yōu)點有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃?，或者說保證通信質(zhì)量。采用糾錯編碼、交織編碼、自適應(yīng)均衡、分集接收以及擴(kuò)跳頻技術(shù)等，可以控制由任何干擾和不良環(huán)境產(chǎn)生的損害，使傳輸差錯率低于規(guī)定的閾值。(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落(4)能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。數(shù)字系統(tǒng)可以設(shè)置專門的控制信道用來傳輸信令信息，也可以把控制指令插入業(yè)務(wù)信道的比特流中，進(jìn)行控制信息的傳輸，因而便于實現(xiàn)多種可靠的控制功能。(5)便于實現(xiàn)通信的安全保密。(6)可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量。(4)能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管1.2.3通信業(yè)務(wù)移動通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。最近10多年來，隨著計算機(jī)的迅速發(fā)展和人們信息交往的日益頻繁與多樣化，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。據(jù)估計，未來移動通信中的多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將占總業(yè)務(wù)量的70%~80%。1.2.3通信業(yè)務(wù)在第二代移動通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)務(wù)是話音業(yè)務(wù)，但也可以提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短消息、低速率的Internet接入等業(yè)務(wù)。在第三代移動通信系統(tǒng)中，由于其傳輸速率的提高，在中等移動速度的情況下，可以達(dá)到384kb/s的傳輸速率，因而人們可以享用中等速率的多媒體業(yè)務(wù)，包括話音、圖像和數(shù)據(jù)等。在第二代移動通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適應(yīng)，移動通信的發(fā)展也不例外，它既受技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動，也受市場需求的驅(qū)動。若干年來，移動通信基本上圍繞著兩種主干網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展，這就是基于話音業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)和基于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和市場需求的不同，前者又分為以蜂窩網(wǎng)為代表的高功率寬（廣）域網(wǎng)和以無繩電話網(wǎng)為代表的低功率局域網(wǎng)；后者又可分為寬帶LAN之類的高速局域網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)之類的低速寬（廣）域網(wǎng)。圖1-3是移動通信網(wǎng)絡(luò)分類的示意圖。任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適圖1-3移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類圖1-3移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類1.3常用移動通信系統(tǒng)1.3.1無線電尋呼系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無線電尋呼系統(tǒng)的用戶設(shè)備是袖珍式接收機(jī)，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機(jī)”，這是由于它的振鈴聲近似于“B…B…”聲音之故。圖1-4示出了無線電尋呼系統(tǒng)的組成。1.3常用移動通信系統(tǒng)1.3.1無線電尋呼系統(tǒng)圖1-4無線電尋呼系統(tǒng)示意圖圖1-4無線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.3.2蜂窩移動通信系統(tǒng)早期的移動通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)(半徑可達(dá)幾十千米)。這種系統(tǒng)的主要矛盾是它同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。例如，在20世紀(jì)70年代于美國紐約開通的IMTS(ImprovedMobileTelephoneService)系統(tǒng)(如圖1-5(a)所示)，僅能提供12對信道。也就是說，網(wǎng)中只允許12對用戶同時通話，倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞。

1.3.2蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cell,在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)(即基站發(fā)射機(jī))進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋)任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖1-5(b)所示。

蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cel圖1-5大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋(a)大區(qū)覆蓋；(b)小區(qū)覆蓋圖1-5大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾(稱同道干擾)。但由于各小區(qū)在通信時所使用的功率較小，因而任意兩個小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一數(shù)值，即使使用相同的頻道，也不會產(chǎn)生顯著的同道干擾(保證信干比高于某一門限)。為此，把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群(Cluster),并把可供使用的無線頻道分成若干個(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組，區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用，如圖1-6所示。通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾圖1-6蜂窩系統(tǒng)的頻率再用圖1-6蜂窩系統(tǒng)的頻率再用圖1-7是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。圖中七個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群。小區(qū)編號代表不同的頻率組。小區(qū)移動交換中心(MSC)相連。MSC在網(wǎng)中起控制和管理作用，對所在地區(qū)已注冊登記的用戶實施頻道分配，建立呼叫，進(jìn)行頻道切換，提供系統(tǒng)維護(hù)和性能測試，并存儲計費(fèi)信息等。MTSO是移動通信網(wǎng)和公共電話交換網(wǎng)的接口單元，既保證網(wǎng)中移動用戶之間的通信，又保證移動用戶和有線用戶之間的通信。圖1-7是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。圖中七個小區(qū)構(gòu)圖1-7蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖圖1-7蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠囋谝淮瓮ㄔ挼臅r間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)，這一過程稱為越區(qū)切換。其控制機(jī)理如下：當(dāng)通信中的移動臺到達(dá)小區(qū)邊界時，該小區(qū)的基站能檢測出此移動臺的信號正在逐漸變?nèi)?，而鄰近小區(qū)的基站能檢測出這個移動臺的信號正在逐漸變強(qiáng)，系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息，進(jìn)行判決，當(dāng)需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應(yīng)的指令，使正在越過邊界的移動臺將其工作頻率和通信鏈路從離開的小區(qū)切換到進(jìn)入的小區(qū)。整個過程自動進(jìn)行，用戶并不知道，也不會中斷行進(jìn)中的通話。

越區(qū)切換的示意圖見圖1-8。

當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動時，用戶之間的通話常常不圖1-8越區(qū)切換示意圖圖1-8越區(qū)切換示意圖表1-1給出了幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些系統(tǒng)包括：AMPS、TACS、NMT、C-450、NTT等。我們將在第7章和第8章中對第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們包括GSM、IS-54、IS-95、JDC(后改名為PDC)等，其性能參數(shù)可參見表7-3。在第8章和第9章中還將對第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們主要包括WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等，其性能參數(shù)可參見表9－4。

表1-1給出了幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些表1-1幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)表1-1幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)1.3.3無繩電話系統(tǒng)簡單的無繩電話機(jī)把普通的電話單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線電話網(wǎng)連接，手機(jī)與座機(jī)之間用無線電連接，這樣，允許攜帶手機(jī)的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進(jìn)行通話，見圖1-9。因為手機(jī)與座機(jī)之間不需要用電線連接，故稱之為“無繩”電話機(jī)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無繩電話也朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。比如，在用戶比較密集的地區(qū)設(shè)置電信點(Telepoint)(類似蜂窩系統(tǒng)的基站)，此電信點與有線電話網(wǎng)連接，并有若干個頻道為用戶所共用。用戶在電信點的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)，可選用空閑頻道，進(jìn)入有線電話網(wǎng)，對有線網(wǎng)中的固定用戶發(fā)起呼叫并建立通信鏈路。

1.3.3無繩電話系統(tǒng)圖1-9無繩電話系統(tǒng)示意圖圖1-9無繩電話系統(tǒng)示意圖無繩電話的手機(jī)、座機(jī)與電信點所發(fā)射的功率均在10mW以下，無線覆蓋半徑約在100m左右。表1-2給出了幾種模擬無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)。表中給出了日本、美國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。我國模擬無繩電話系統(tǒng)采用45MHz/48MHz的頻段。在第7章中我們將對數(shù)字無繩電話系統(tǒng)和低功率無線系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們包括CT-2、DECT、PHS、PACS。無繩電話的手機(jī)、座機(jī)與電信點所發(fā)射的功率均在10mW表1-2幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)表1-2幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是有線電話網(wǎng)的無線延伸，具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價格低廉、使用方便等優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速。目前，數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)(低功率無線系統(tǒng))在我國得到了廣泛的應(yīng)用(我國使用的標(biāo)準(zhǔn)是PHS)。目前公用無繩電話系統(tǒng)的功能完全類似于蜂窩移動通信系統(tǒng)，不僅具有固定電話的功能，而且可以在低移動環(huán)境下具有越區(qū)切換功能。

無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是1.3.4集群移動通信系統(tǒng)

1.集群的概念集群移動通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。其主要做法是：①把一些由各部門分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動態(tài)地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數(shù)目更多的用戶；1.3.4集群移動通信系統(tǒng)②改進(jìn)頻道共用的方式，即移動用戶在通信的過程中，不是固定地占用某一個頻道，而是在按下其“按講開關(guān)”(PTT)時，才能占用一個頻道；一旦松開PTT，頻道將被釋放，變成空閑頻道，并允許其它用戶占用該頻道。②改進(jìn)頻道共用的方式，即移動用戶在2.集群系統(tǒng)的用途和特點集群系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。集群系統(tǒng)與蜂窩式通信系統(tǒng)在技術(shù)上有很多相似之處，但在主要用途、網(wǎng)絡(luò)組成和工作方式上有很多差異。①集群通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，適用于在各個行業(yè)(或幾個行業(yè)合用)中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級。蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動通信網(wǎng)，適用于各階層和各行業(yè)中個人之間的通信，一般不分優(yōu)先等級。2.集群系統(tǒng)的用途和特點

②集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征，通常具有一定的限時功能，一次通話的限定時間大約為15～60s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對通信時間一般不進(jìn)行限制。③集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無線用戶和無線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。在集群通信系統(tǒng)中也允許有一定的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)，但一般只允許這種話務(wù)量占總業(yè)務(wù)量的5%～10%。

②集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征④集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品)工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對頻道。蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信，必須占用兩對頻道。⑤在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進(jìn)頻道共用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率的。④集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在

3.集群系統(tǒng)的組成集群系統(tǒng)均以基本系統(tǒng)為模塊，并用這些模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件，基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。集群系統(tǒng)的控制方式有兩種，即專用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式，分別如圖1-10(a)和(b)所示。3.集群系統(tǒng)的組成圖1-10集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)(a)集中控制方式；(b)分布控制方式圖1-10集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下：轉(zhuǎn)發(fā)器。它由收、發(fā)信機(jī)和電源組成。每個頻道均配一個轉(zhuǎn)發(fā)器。對于分布式控制的集群系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)發(fā)器均有一個邏輯控制單元。天線共用設(shè)備。它包括天線、饋線和共用器(如收發(fā)天線共用器、基站的發(fā)射合路器和接收耦合器)。集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下：系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。分布式控制系統(tǒng)雖無集中控制中心，但在聯(lián)網(wǎng)時，可通過無線網(wǎng)絡(luò)控制終端。調(diào)度臺。調(diào)度臺可分為無線調(diào)度臺和有線調(diào)度臺。無線調(diào)度臺由收發(fā)信機(jī)、控制單元、操作臺、天線和電源等組成。有線調(diào)度臺可以是簡單的電話機(jī)或帶顯示的操作臺。移動臺。移動臺有車載臺和手機(jī)。它們均由收發(fā)信機(jī)、控制單元、天線和電源等組成。系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。分布式

4.集群方式(1)消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系統(tǒng)中，每一次呼叫通話期間，一次性地分配一對無線頻道，而且在通話完畢后(即松開PTT開關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6s左右(即脫離時間約為6s),才算完成此次接續(xù)過程。消息集群的典型呼叫格式如圖1-11所示。這里所謂的典型呼叫格式，是由大量實測和統(tǒng)計而得到的結(jié)果，指的是在一次通信過程中，通信雙方占用時間的統(tǒng)計規(guī)律，并非通常所說的消息格式。4.集群方式圖1-11消息集群的典型呼叫格式圖1-11消息集群的典型呼叫格式(2)傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開PTT時，對這一頻道的占用即告結(jié)束，對方回答或本方再發(fā)話時，都要重新分配并占用新的空閑頻道。亦即在通話中，每按一次PTT開關(guān)就重新占用頻道一次。因此，傳輸集群可以充分利用頻道的空閑時間，其頻道利用率可以明顯提高。不過，要實現(xiàn)這種傳輸集群，用戶所用的PTT必須保證用戶講話時立即接通，講話停頓時立即松開。這樣做會帶來一個問題，即用戶的話音略有間隙時，PTT就可能松開，使所用頻道也立即放棄而被其它用戶所占用，其后再講話時又要重新占用新的空閑頻道，從而會導(dǎo)致消息傳輸不連續(xù)或形成通話中斷現(xiàn)象。傳輸集群的典型呼叫格式如圖1-12所示。

(2)傳輸集群(TransmissionTrunking圖1-12傳輸集群的典型呼叫格式圖1-12傳輸集群的典型呼叫格式(3)準(zhǔn)傳輸集群(QuasiTransmissionTrunking)。準(zhǔn)傳輸集群是為了克服傳輸集群的缺點而提出的一種改進(jìn)型集群方式，也可以看作是傳輸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)把脫離的時間縮短為0.5~2s;另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開之后增加0.5s的保持時間，然后釋放頻道。其典型呼叫格式見圖1-13。(3)準(zhǔn)傳輸集群(QuasiTransmission圖1-13準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式圖1-13準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國摩托羅拉(Motorola)公司首先使用，經(jīng)過大量試驗后表明這種方法的頻率利用率略低于傳輸集群，但能防止有害的消息中斷現(xiàn)象。表1-3給出了部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國摩托表1-3部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)表1-3部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)中實現(xiàn)移動通信，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國際海事衛(wèi)星組織(IMARSAT)首先在太平洋、大西洋和印度洋上空發(fā)射了三顆同步衛(wèi)星，組成了IMARSAT-A系統(tǒng)，為在這三個大洋上航行的船只提供通信服務(wù)。其后，又先后增加了IMARSAT-C、IMARSAT-M、IMARSAT-B和IMARSAT-機(jī)載等系統(tǒng)。與此同時，在20世紀(jì)80年代初，一些幅員廣大的國家開始探索把同步衛(wèi)星用于陸地移動通信的可能性，提出在衛(wèi)星上設(shè)置多波束天線，像蜂窩網(wǎng)中把小區(qū)分成區(qū)群那樣，把波束分成波束群，實現(xiàn)頻率再用，以提高系統(tǒng)的通信容量。1993年，美國休斯公司提出的Spaceway計劃，是一雙星移動通信系統(tǒng)，其目標(biāo)是為北美地區(qū)提供話音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。

1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)眾所周知，接收信號電平是與通信傳輸距離的平方成反比的，利用同步衛(wèi)星實現(xiàn)海上或陸地移動通信時，為了接收來自衛(wèi)星的微弱信號，用戶終端所用的天線必須具有足夠的增益，甚至使用伺服平臺，保證天線能不隨載體晃動而準(zhǔn)確地跟蹤衛(wèi)星。這樣的要求在船載終端或車載終端上可以實現(xiàn)，而在便攜式終端和手持式終端上還難以做到。盡管如此，迄今人們并沒有放棄利用靜止衛(wèi)星為手持式終端提供話音和數(shù)據(jù)服務(wù)的想法，試驗和研究工作也不斷在進(jìn)行當(dāng)中。上面提到的國際海事衛(wèi)星組織已提出在21世紀(jì)實現(xiàn)使用手機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星移動通信的規(guī)劃，并把這一系統(tǒng)定名為IMARSAT-P。此外，還有美國的TRITIUM系統(tǒng)和CELSAT系統(tǒng)，以及日本MPT的COMETS等計劃。

眾所周知，接收信號電平是與通信傳輸距離的平方成反比的，利表1-4低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù)表1-4低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù)表中由美國Motorola公司提出的“銥”(IRIDIUM)系統(tǒng)開始計劃設(shè)置7條圓形軌道均勻分布于地球的極地方向，每條軌道上有11顆衛(wèi)星，總共有77顆衛(wèi)星在地球上空運(yùn)行，這和銥原子中有77個電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的情況相似，故取名為銥系統(tǒng)。圖1-14是銥系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道示意圖?，F(xiàn)在該系統(tǒng)改用66顆衛(wèi)星，分6條軌道在地球上空運(yùn)行，但原名未改。下面對銥系統(tǒng)的特點作簡略介紹。表中由美國Motorola公司提出的圖1-14銥系統(tǒng)衛(wèi)星軌道示意圖圖1-14銥系統(tǒng)衛(wèi)星軌道示意圖1.3.6分組無線網(wǎng)分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息要以“分組”或稱“信包”(有時簡稱“包”)為基本單元。分組是由若干比特組成的信息段，通常包含“包頭”和“正文”兩部分。包頭中含有該分組的源地址(起始地址)、宿地址(目的地址)和有關(guān)的路由信息等；正文是真正需要傳送的信息。分組傳輸方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無線信道進(jìn)行傳輸。這一過程必然要產(chǎn)生額外的時間延遲。因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實時性要求不嚴(yán)和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。如果要用分組無線網(wǎng)傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規(guī)定值。

1.3.6分組無線網(wǎng)圖1-15ALOHA系統(tǒng)簡圖圖1-15ALOHA系統(tǒng)簡圖隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，世界上各國都在致力于發(fā)展移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中大都以分組傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。例如：(1)ARDIS系統(tǒng)(先進(jìn)的無線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備)，由美國IBM和Motorola公司在1983年提出。(2)Mobitex系統(tǒng)(全國性互連的集群無線電網(wǎng)絡(luò)),由Ericsson公司和瑞典電信公司開發(fā)，1986年在瑞典首次運(yùn)行，1991年為美國采用。(3)CDPD系統(tǒng)(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)),由IBM公司聯(lián)合9家運(yùn)營商開發(fā)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，世界上各國都在致(4)TETRA系統(tǒng)(全歐集群無線電),是ESTI為集群無線電和移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)制定的公共標(biāo)準(zhǔn)。(5)第二代北美數(shù)字蜂窩IS-54和IS-95系統(tǒng)，它們均能提供一組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其中既有電路模式業(yè)務(wù)，又有分組模式業(yè)務(wù)。在GSM系統(tǒng)中，分組模式成為通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)，我們將在第9章對其作詳細(xì)介紹。表1-5列出了幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)。(4)TETRA系統(tǒng)(全歐集群無線電),是ESTI為表1-5幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)表1-5幾種移動數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)1.4移動通信的基本技術(shù)1.4.1調(diào)制技術(shù)第二代移動通信是數(shù)字移動通信，其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號的頻譜窄和帶外衰減快(即所占頻帶窄，或者說頻譜利用率高)；易于采用相干或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾的能力強(qiáng)；以及適宜在衰落信道中傳輸。數(shù)字信號調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。此外，還有許多由基本調(diào)制類型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。

1.4移動通信的基本技術(shù)1.4.1調(diào)制技術(shù)在實際應(yīng)用中，有兩類用得最多的數(shù)字調(diào)制方式：(1)線性調(diào)制技術(shù)，主要包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK、π／4-DQPSK和多電平PSK等。應(yīng)該注意，此處所謂的“線性”，是指這類調(diào)制技術(shù)要求通信設(shè)備從頻率變換到放大和發(fā)射的過程中保持充分的線性。顯然，這種要求在制造移動設(shè)備中會增大難度和成本，但是這類調(diào)制方式可獲得較高的頻譜利用率。(2)恒定包絡(luò)(連續(xù)相位)調(diào)制技術(shù)，主要包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。

在實際應(yīng)用中，有兩類用得最多的數(shù)字調(diào)制方式：

1.4.2移動信道中電波傳播特性的研究移動信道的傳播特性對移動通信技術(shù)的研究、規(guī)劃和設(shè)計十分重要，歷來是人們非常關(guān)注的研究課題。在移動信道中，發(fā)送到接收機(jī)的信號會受到傳播環(huán)境中地形、地物的影響而產(chǎn)生繞射、反射或散射，因而形成多徑傳播。多徑傳播將使接收端的合成信號在幅度、相位和到達(dá)時間上發(fā)生隨機(jī)變化，嚴(yán)重地降低接收信號的傳輸質(zhì)量，這就是所謂的多徑衰落。1.4.2移動信道中電波傳播特性的研究研究移動信道的傳播特性，首先要弄清移動信道的傳播規(guī)律和各種物理現(xiàn)象的機(jī)理以及這些現(xiàn)象對信號傳輸所產(chǎn)生的不良影響，進(jìn)而研究消除各種不良影響的對策。為了給通信系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計提供依據(jù)，人們通常通過理論分析或根據(jù)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析(或二者結(jié)合)，來總結(jié)和建立有普遍性的數(shù)學(xué)模型，利用這些模型，可以估算一些傳播環(huán)境中的傳播損耗和其它有關(guān)的傳播參數(shù)。研究移動信道的傳播特性，首先要弄清移理論分析方法通常用射線表示電磁波束的傳播，在確定收發(fā)天線的高度、位置和周圍環(huán)境的具體特征后，根據(jù)直射、折射、反射、散射、透射等波動現(xiàn)象，用電磁波理論計算電波傳播的路徑損耗及有關(guān)信道參數(shù)。實測分析方法是指在典型的傳播環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場測試，并用計算機(jī)對大量實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以建立預(yù)測模型(如沖擊響應(yīng)模型)，進(jìn)行傳播預(yù)測。理論分析方法通常用射線表示電磁波束的1.4.3多址方式多址方式的基本類型有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。實際中也常用到三種基本多址方式的混合多址方式，比如，頻分多址／時分多址(FDMA／TDMA)、頻分多址／碼分多址(FDMA／CDMA)、時分多址／碼分多址(TDMA／CDMA)等等。此外，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增長，另一類隨機(jī)多址方式如ALOHA和載波檢測多址(CSMA)等也日益得到廣泛應(yīng)用，其中也包括固定多址和隨機(jī)多址的綜合應(yīng)用。1.4.3多址方式通常認(rèn)為：TDMA系統(tǒng)的通信容量大于FDMA系統(tǒng)，而CDMA系統(tǒng)的通信容量又大于FDMA和TDMA系統(tǒng)。因此，有關(guān)CDMA多址方式的應(yīng)用研究從20世紀(jì)90年代以來一直非常活躍。美國TIA于1993年通過了以Qualcomm公司所提出的以窄帶CDMA方案(系統(tǒng)帶寬為1.25MHz)為基礎(chǔ)的雙模式CDMA標(biāo)準(zhǔn)（IS-95）。IS-95標(biāo)準(zhǔn)已獲得廣泛應(yīng)用。在第三代移動通信系統(tǒng)中也主要采用CDMA多址技術(shù)，但有多種具體的實現(xiàn)方案，如WCDMA、MC-CDMA、TD-SCDMA等。另外，我國學(xué)者還提出了LAS-CDMA的技術(shù)方案。通常認(rèn)為：TDMA系統(tǒng)的通信容量大于1.4.4抗干擾措施抗干擾歷來是無線電通信的重點研究課題。在移動信道中，除存在大量的環(huán)境噪聲和干擾外，還存在大量電臺產(chǎn)生的干擾，如鄰道干擾、共道干擾和互調(diào)干擾等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)移動通信網(wǎng)絡(luò)時，必須預(yù)計到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境中會出現(xiàn)的各種干擾(包括網(wǎng)絡(luò)外部產(chǎn)生的干擾和網(wǎng)絡(luò)自身產(chǎn)生的干擾)強(qiáng)度，并采取有效措施，保證網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行時，干擾電平和有用信號相比不超過預(yù)定的門限值(通常用信噪比S／N或載干比C／I來度量)，或者保證傳輸差錯率不超過預(yù)定的數(shù)量級。1.4.4抗干擾措施移動通信系統(tǒng)中采用的抗干擾措施是多種多樣的，主要有：·利用信道編碼進(jìn)行檢錯和糾錯(包括前向糾錯FEC和自動請求重傳ARQ)是降低通信傳輸?shù)牟铄e率，保證通信質(zhì)量和可靠性的有效手段；·為克服由多徑干擾所引起的多徑衰落，廣泛采用分集技術(shù)(包括空間分集、頻率分集、時間分集以及RAKE接收技術(shù)等)、自適應(yīng)均衡技術(shù)和選用具有抗碼間干擾和時延擴(kuò)展能力的調(diào)制技術(shù)(如多電平調(diào)制、多載波調(diào)制等)；移動通信系統(tǒng)中采用的抗干擾措施是多種·為提高通信系統(tǒng)的綜合抗干擾能力而采用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)；·為減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾而采用扇區(qū)天線、多波束天線和自適應(yīng)天線陣列等；·在CDMA通信系統(tǒng)中，為了減少多址干擾而使用干擾抵消和多用戶信號檢測器技術(shù)?！樘岣咄ㄐ畔到y(tǒng)的綜合抗干擾能力而采用1.4.5組網(wǎng)技術(shù)1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在通信網(wǎng)絡(luò)的總體規(guī)劃和設(shè)計中必須解決的一個問題是：為了滿足運(yùn)行環(huán)境、業(yè)務(wù)類型、用戶數(shù)量和覆蓋范圍等要求，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該設(shè)置哪些基本組成部分(比如，基站和移動臺、移動交換中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心、操作維護(hù)中心等)和這些組成部分應(yīng)該怎樣部署，才能構(gòu)成一種實用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1.4.5組網(wǎng)技術(shù)作為例子，圖1-16給出的是數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其組成部分為：移動交換中心(MSC)，基站分系統(tǒng)(BSS)(含基站控制器(BSC)、基站收發(fā)信臺(BTS))，移動臺(MS)，歸屬位置寄存器(HLR)，訪問位置寄存器(VLR)，設(shè)備標(biāo)志寄存器(EIR)，認(rèn)證中心(AUC)和操作維護(hù)中心(OMC)。網(wǎng)絡(luò)通過移動交換中心(MSC)還與公共交換電話網(wǎng)(PSTN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)以及公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)相連接。作為例子，圖1-16給出的是數(shù)字蜂窩圖1-16數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1-16數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.網(wǎng)絡(luò)接口如前所述，移動通信網(wǎng)絡(luò)由若干個基本部分(或稱功能實體)組成。在用這些功能實體進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時，為了相互之間交換信息，有關(guān)功能實體之間都要用接口進(jìn)行連接。同一通信網(wǎng)絡(luò)的接口，必須符合統(tǒng)一的接口規(guī)范。作為例子，圖1-17給出的是蜂窩系統(tǒng)所用的各種接口。其中：Sm是用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，也稱人機(jī)接口；Um是移動臺與基站收發(fā)信臺之間的接口，也稱無線接口或空中接口；2.網(wǎng)絡(luò)接口圖1-17蜂窩系統(tǒng)所用的接口圖1-17蜂窩系統(tǒng)所用的接口A是基站和移動交換中心之間的接口；Abis是基站控制器和基站收發(fā)信臺之間的接口；B是移動交換中心和訪問位置寄存器之間的接口；C是移動交換中心和歸屬位置寄存器之間的接口；D是歸屬位置寄存器和訪問位置寄存器之間的接口；E是移動交換中心之間的接口；F是移動交換中心和設(shè)備標(biāo)志寄存器之間的接口；G是訪問位置寄存器之間的接口。A是基站和移動交換中心之間的接口；圖1-18Um接口協(xié)議模型舉例圖1-18Um接口協(xié)議模型舉例在諸多接口當(dāng)中，“無線接口Um”(也稱MS-BS接口)是人們最為關(guān)注的接口之一，因為移動通信網(wǎng)是靠此接口來完成移動臺和基站之間的無線傳輸?shù)?，它對移動環(huán)境中的通信質(zhì)量和可靠性具有重要的影響。數(shù)字移動通信的無線接口，也采用開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型的概念來規(guī)定其協(xié)議模型。這種模型分作三層，如圖1-18所示。在諸多接口當(dāng)中，“無線接口Um”(第一層(最低層)L1是物理層。它為高層信息傳輸提供無線信道，能支持在物理媒介上傳輸信息所需要的全部功能，如頻率配置、信道劃分、傳輸定時、比特或時隙同步、功率設(shè)定、調(diào)制和解調(diào)等等。第二層L2是數(shù)據(jù)鏈路層。它向第三層提供服務(wù)，并接受第一層的服務(wù)。其主要功能是為網(wǎng)絡(luò)層提供必需的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，并對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制。第三層L3是網(wǎng)絡(luò)層。它的主要功能是管理鏈路連接，控制呼叫過程，支持附加業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)，以及進(jìn)行移動管理和無線資源管理等。第一層(最低層)L1是物理層。它為高

3.網(wǎng)絡(luò)的控制與管理無論何時，當(dāng)某一移動用戶在接入信道上向另一移動用戶或有線用戶發(fā)起呼叫，或者某一有線用戶呼叫移動用戶時，移動通信網(wǎng)絡(luò)就要按照預(yù)定的程序開始運(yùn)轉(zhuǎn)，這一過程會涉及到網(wǎng)絡(luò)的各個功能部件，包括基站、移動臺、移動交換中心、各種數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)的各個接口等。網(wǎng)絡(luò)要為用戶呼叫配置所需的控制信道和業(yè)務(wù)信道，指定和控制發(fā)射機(jī)的功率，進(jìn)行設(shè)備和用戶的識別和鑒權(quán)，完成無線鏈路和地面線路的連接和交換，最終在主呼用戶和被呼用戶之間建立起通信鏈路，提供通信服務(wù)。這一過程稱為呼叫接續(xù)過程，提供移動通信系統(tǒng)的連接控制(或管理)功能。3.網(wǎng)絡(luò)的控制與管理在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，重要的管理功能還有無線資源管理。無線資源管理的目標(biāo)是在保證通信質(zhì)量的條件下，盡可能提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率和通信容量。為了適應(yīng)傳播環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信路由的變化，有效的辦法是采用動態(tài)信道分配(DCA)法，即根據(jù)當(dāng)前用戶周圍的業(yè)務(wù)分布和干擾狀態(tài)，選擇最佳的(無沖突或干擾最小)信道，分配給通信用戶使用。顯然，這一過程既要在用戶的常規(guī)呼叫時完成，也要在用戶越區(qū)切換的通信過程中迅速完成。上述控制和管理功能均由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體操作實現(xiàn)，每一過程均涉及到各個功能實體的相互支持和協(xié)調(diào)配合，為此，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須為這些功能實體規(guī)定明確的操作程序、控制規(guī)程和信令格式。

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，重要的管理功能還有無線資源管理。無線資1.什么叫移動通信?移動通信有哪些特點?2.單工通信與雙工通信有何區(qū)別?各有何優(yōu)缺點?3.數(shù)字移動通信系統(tǒng)有哪些優(yōu)點?4.常用移動通信系統(tǒng)包括哪幾種類型?5.蜂窩通信系統(tǒng)采用了哪些技術(shù)?它與無線尋呼、無繩電話、集群系統(tǒng)的主要差別是什么?思考題與習(xí)題1.什么叫移動通信?移動通信有哪些6.集群的基本概念和方式是什么?它與常用的話音通信有何差別?7.移動衛(wèi)星通信的典型系統(tǒng)有哪些?它與地面蜂窩移動通信的差別是什么?8.什么叫分組無線網(wǎng)?9.移動通信包括哪些主要技術(shù)?各項技術(shù)的主要作用是什么?10.移動通信系統(tǒng)由哪些功能實體組成?其無線接口包括哪幾層的功能?6.集群的基本概念和方式是什么?它1.1移動通信的主要特點1.2移動通信系統(tǒng)的分類1.3常用移動通信系統(tǒng)1.4移動通信的基本技術(shù)思考題與習(xí)題第1章概論1.1移動通信的主要特點第1章概論1.移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般都很差。首先，移動通信的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗，并且會受到地形、地物的遮蔽而發(fā)生“陰影效應(yīng)”，而且信號經(jīng)過多點反射，會從多條路徑到達(dá)接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達(dá)時間都不一樣，它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰落和時延擴(kuò)展；其次，移動通信常常在快速移動中進(jìn)行，這不僅會引起多普勒（Doppler）頻移，產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻，而且會使得電波傳播特性發(fā)生快速的隨機(jī)起伏，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。1.1移動通信的主要特點1.移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸1.1移

2.移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行的除去一些常見的外部干擾，如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間，還會產(chǎn)生這樣或那樣的干擾。因為在移動通信系統(tǒng)中，常常有多部用戶電臺在同一地區(qū)工作，基站還會有多部收發(fā)信機(jī)在同一地點上工作，這些電臺之間會產(chǎn)生干擾。2.移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)

3.移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而移動通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增如何提高通信系統(tǒng)的通信容量，始終是移動通信發(fā)展中的焦點。為了解決這一矛盾，一方面要開辟和啟用新的頻段；另一方面要研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。3.移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而移動通信4.移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效根據(jù)通信地區(qū)的不同需要，移動通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀(如鐵路公路沿線)、面狀(如覆蓋一城市或地區(qū))或立體狀(如地面通信設(shè)施與中、低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng))等，可以單網(wǎng)運(yùn)行，也可以多網(wǎng)并行并實現(xiàn)互連互通。為此，移動通信網(wǎng)絡(luò)必須具備很強(qiáng)的管理和控制功能，諸如用戶的登記和定位，通信(呼叫)鏈路的建立和拆除，信道的分配和管理，通信的計費(fèi)、鑒權(quán)、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫游的控制等。4.移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制

5.移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用對手機(jī)的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。車載臺和機(jī)載臺除要求操作簡單和維修方便外，還應(yīng)保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。5.移動通信設(shè)備(主要是移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使1.2移動通信系統(tǒng)的分類移動通信有以下多種分類方法：①按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；②按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；1.2移動通信系統(tǒng)的分類移動通信有以下多種分類方法：④按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；⑤按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)；⑥按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；⑦按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；⑧按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。④按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；1.2.1工作方式1.單工通信所謂單工通信，是指通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信，參見圖1-1。1.2.1工作方式圖1-1單工通信圖1-1單工通信同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中的電臺甲和電臺乙)使用相同的頻率f1工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。平常各接收機(jī)均處于守候狀態(tài)，即把天線接至接收機(jī)等候被呼。當(dāng)電臺甲要發(fā)話時，它就按下其送受話器的按講開關(guān)(PTT)，一方面關(guān)掉接收機(jī)，另一方面將天線接至發(fā)射機(jī)的輸出端，接通發(fā)射機(jī)開始工作。當(dāng)確知電臺乙接收到載頻為f1的信號時，即可進(jìn)行信息傳輸。同頻單工是指通信雙方(如圖1-1中

2.雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)行傳輸消息的工作方式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器共用一副天線。雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線電話相似，接收和發(fā)射可同時進(jìn)行。但是，在電臺的運(yùn)行過程中，不管是否發(fā)話，發(fā)射機(jī)總是工作的，故電源消耗較大，這一點對用電池作電源的移動臺而言是不利的。2.雙工通信為緩解這個問題和減少對系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用同步的半雙工通信方式，即時分雙工(TDD)。此時，時間軸被周期地分割成時間幀，每一幀分為兩部分，前半部分用于電臺A（或移動臺A）發(fā)送，后半部分用于電臺B（或基站）發(fā)送，這樣就可以實現(xiàn)電臺A和B（移動臺與基站）的雙向通信。

為緩解這個問題和減少對系統(tǒng)頻帶的要求，可在通信設(shè)備中采用

3.半雙工通信半雙工通信的組成與圖1-2相似，移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的。基站工作情況與雙工方式完全相同。3.半雙工通信圖1-2雙工通信圖1-2雙工通信

1.2.2模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點可歸納如下：(1)頻譜利用率高，有利于提高系統(tǒng)容量。采用高效的信源編碼技術(shù)、高頻譜效率的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)、先進(jìn)的信號處理技術(shù)和多址方式以及高效動態(tài)資源分配技術(shù)等，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下增多系統(tǒng)同時通信的用戶數(shù)。1.2.2模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)(2)能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性。數(shù)字系統(tǒng)傳輸?shù)氖恰?”、“0”形式的數(shù)字信號。話音、圖像、音樂或數(shù)據(jù)等數(shù)字信息在傳輸和交換設(shè)備中的表現(xiàn)形式都是相同的，信號的處理和控制方法也是相似的，因而用同一設(shè)備來傳送任何類型的數(shù)字信息都是可能的。利用單一通信網(wǎng)絡(luò)來提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)正是未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。(2)能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落的能力強(qiáng)。這些優(yōu)點有利于提高信息傳輸?shù)目煽啃?，或者說保證通信質(zhì)量。采用糾錯編碼、交織編碼、自適應(yīng)均衡、分集接收以及擴(kuò)跳頻技術(shù)等，可以控制由任何干擾和不良環(huán)境產(chǎn)生的損害，使傳輸差錯率低于規(guī)定的閾值。(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落(4)能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。數(shù)字系統(tǒng)可以設(shè)置專門的控制信道用來傳輸信令信息，也可以把控制指令插入業(yè)務(wù)信道的比特流中，進(jìn)行控制信息的傳輸，因而便于實現(xiàn)多種可靠的控制功能。(5)便于實現(xiàn)通信的安全保密。(6)可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量。(4)能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管1.2.3通信業(yè)務(wù)移動通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。最近10多年來，隨著計算機(jī)的迅速發(fā)展和人們信息交往的日益頻繁與多樣化，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。據(jù)估計，未來移動通信中的多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將占總業(yè)務(wù)量的70%~80%。1.2.3通信業(yè)務(wù)在第二代移動通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)務(wù)是話音業(yè)務(wù)，但也可以提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如短消息、低速率的Internet接入等業(yè)務(wù)。在第三代移動通信系統(tǒng)中，由于其傳輸速率的提高，在中等移動速度的情況下，可以達(dá)到384kb/s的傳輸速率，因而人們可以享用中等速率的多媒體業(yè)務(wù)，包括話音、圖像和數(shù)據(jù)等。在第二代移動通信系統(tǒng)中，盡管主要業(yè)任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適應(yīng)，移動通信的發(fā)展也不例外，它既受技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動，也受市場需求的驅(qū)動。若干年來，移動通信基本上圍繞著兩種主干網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展，這就是基于話音業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)和基于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和市場需求的不同，前者又分為以蜂窩網(wǎng)為代表的高功率寬（廣）域網(wǎng)和以無繩電話網(wǎng)為代表的低功率局域網(wǎng)；后者又可分為寬帶LAN之類的高速局域網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)網(wǎng)之類的低速寬（廣）域網(wǎng)。圖1-3是移動通信網(wǎng)絡(luò)分類的示意圖。任何工業(yè)的發(fā)展都與產(chǎn)生它的背景相適圖1-3移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類圖1-3移動通信網(wǎng)絡(luò)的分類1.3常用移動通信系統(tǒng)1.3.1無線電尋呼系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)是一種單向通信系統(tǒng)。無線電尋呼系統(tǒng)的用戶設(shè)備是袖珍式接收機(jī)，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機(jī)”，這是由于它的振鈴聲近似于“B…B…”聲音之故。圖1-4示出了無線電尋呼系統(tǒng)的組成。1.3常用移動通信系統(tǒng)1.3.1無線電尋呼系統(tǒng)圖1-4無線電尋呼系統(tǒng)示意圖圖1-4無線電尋呼系統(tǒng)示意圖1.3.2蜂窩移動通信系統(tǒng)早期的移動通信系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號發(fā)送到整個覆蓋地區(qū)(半徑可達(dá)幾十千米)。這種系統(tǒng)的主要矛盾是它同時能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要。例如，在20世紀(jì)70年代于美國紐約開通的IMTS(ImprovedMobileTelephoneService)系統(tǒng)(如圖1-5(a)所示)，僅能提供12對信道。也就是說，網(wǎng)中只允許12對用戶同時通話，倘若同時出現(xiàn)第13對用戶要求通話，就會發(fā)生阻塞。

1.3.2蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cell,在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū))，各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)(即基站發(fā)射機(jī))進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿(即覆蓋)任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖1-5(b)所示。

蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域(Cel圖1-5大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋(a)大區(qū)覆蓋；(b)小區(qū)覆蓋圖1-5大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾(稱同道干擾)。但由于各小區(qū)在通信時所使用的功率較小，因而任意兩個小區(qū)只要相互之間的空間距離大于某一數(shù)值，即使使用相同的頻道，也不會產(chǎn)生顯著的同道干擾(保證信干比高于某一門限)。為此，把若干相鄰的小區(qū)按一定的數(shù)目劃分成區(qū)群(Cluster),并把可供使用的無線頻道分成若干個(等于區(qū)群中的小區(qū)數(shù))頻率組，區(qū)群內(nèi)各小區(qū)均使用不同的頻率組，而任一小區(qū)所使用的頻率組，在其它區(qū)群相應(yīng)的小區(qū)中還可以再用，這就是頻率再用，如圖1-6所示。通常，相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾圖1-6蜂窩系統(tǒng)的頻率再用圖1-6蜂窩系統(tǒng)的頻率再用圖1-7是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。圖中七個小區(qū)構(gòu)成一個區(qū)群。小區(qū)編號代表不同的頻率組。小區(qū)移動交換中心(MSC)相連。MSC在網(wǎng)中起控制和管理作用，對所在地區(qū)已注冊登記的用戶實施頻道分配，建立呼叫，進(jìn)行頻道切換，提供系統(tǒng)維護(hù)和性能測試，并存儲計費(fèi)信息等。MTSO是移動通信網(wǎng)和公共電話交換網(wǎng)的接口單元，既保證網(wǎng)中移動用戶之間的通信，又保證移動用戶和有線用戶之間的通信。圖1-7是蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖。圖中七個小區(qū)構(gòu)圖1-7蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖圖1-7蜂窩移動通信系統(tǒng)的示意圖當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動時，用戶之間的通話常常不會在一個小區(qū)中結(jié)束?？焖傩旭偟钠囋谝淮瓮ㄔ挼臅r間內(nèi)可能跨越多個小區(qū)。當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進(jìn)入的小區(qū)，這一過程稱為越區(qū)切換。其控制機(jī)理如下：當(dāng)通信中的移動臺到達(dá)小區(qū)邊界時，該小區(qū)的基站能檢測出此移動臺的信號正在逐漸變?nèi)?，而鄰近小區(qū)的基站能檢測出這個移動臺的信號正在逐漸變強(qiáng)，系統(tǒng)收集來自這些有關(guān)基站的檢測信息，進(jìn)行判決，當(dāng)需要實施越區(qū)切換時，就發(fā)出相應(yīng)的指令，使正在越過邊界的移動臺將其工作頻率和通信鏈路從離開的小區(qū)切換到進(jìn)入的小區(qū)。整個過程自動進(jìn)行，用戶并不知道，也不會中斷行進(jìn)中的通話。

越區(qū)切換的示意圖見圖1-8。

當(dāng)移動用戶在蜂窩服務(wù)區(qū)中快速運(yùn)動時，用戶之間的通話常常不圖1-8越區(qū)切換示意圖圖1-8越區(qū)切換示意圖表1-1給出了幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些系統(tǒng)包括：AMPS、TACS、NMT、C-450、NTT等。我們將在第7章和第8章中對第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們包括GSM、IS-54、IS-95、JDC(后改名為PDC)等，其性能參數(shù)可參見表7-3。在第8章和第9章中還將對第三代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們主要包括WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA等，其性能參數(shù)可參見表9－4。

表1-1給出了幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能參數(shù)。這些表1-1幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)表1-1幾種模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)1.3.3無繩電話系統(tǒng)簡單的無繩電話機(jī)把普通的電話單機(jī)分成座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線電話網(wǎng)連接，手機(jī)與座機(jī)之間用無線電連接，這樣，允許攜帶手機(jī)的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動時進(jìn)行通話，見圖1-9。因為手機(jī)與座機(jī)之間不需要用電線連接，故稱之為“無繩”電話機(jī)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無繩電話也朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。比如，在用戶比較密集的地區(qū)設(shè)置電信點(Telepoint)(類似蜂窩系統(tǒng)的基站)，此電信點與有線電話網(wǎng)連接，并有若干個頻道為用戶所共用。用戶在電信點的無線覆蓋區(qū)域內(nèi)，可選用空閑頻道，進(jìn)入有線電話網(wǎng)，對有線網(wǎng)中的固定用戶發(fā)起呼叫并建立通信鏈路。

1.3.3無繩電話系統(tǒng)圖1-9無繩電話系統(tǒng)示意圖圖1-9無繩電話系統(tǒng)示意圖無繩電話的手機(jī)、座機(jī)與電信點所發(fā)射的功率均在10mW以下，無線覆蓋半徑約在100m左右。表1-2給出了幾種模擬無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)。表中給出了日本、美國和歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。我國模擬無繩電話系統(tǒng)采用45MHz/48MHz的頻段。在第7章中我們將對數(shù)字無繩電話系統(tǒng)和低功率無線系統(tǒng)進(jìn)行討論，它們包括CT-2、DECT、PHS、PACS。無繩電話的手機(jī)、座機(jī)與電信點所發(fā)射的功率均在10mW表1-2幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)表1-2幾種無繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是有線電話網(wǎng)的無線延伸，具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價格低廉、使用方便等優(yōu)點，因而發(fā)展十分迅速。目前，數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)(低功率無線系統(tǒng))在我國得到了廣泛的應(yīng)用(我國使用的標(biāo)準(zhǔn)是PHS)。目前公用無繩電話系統(tǒng)的功能完全類似于蜂窩移動通信系統(tǒng)，不僅具有固定電話的功能，而且可以在低移動環(huán)境下具有越區(qū)切換功能。

無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，也可以說它是1.3.4集群移動通信系統(tǒng)

1.集群的概念集群移動通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率共用技術(shù)。其主要做法是：①把一些由各部門分散建立的專用通信網(wǎng)集中起來，統(tǒng)一建網(wǎng)和管理，并動態(tài)地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數(shù)目更多的用戶；1.3.4集群移動通信系統(tǒng)②改進(jìn)頻道共用的方式，即移動用戶在通信的過程中，不是固定地占用某一個頻道，而是在按下其“按講開關(guān)”(PTT)時，才能占用一個頻道；一旦松開PTT，頻道將被釋放，變成空閑頻道，并允許其它用戶占用該頻道。②改進(jìn)頻道共用的方式，即移動用戶在2.集群系統(tǒng)的用途和特點集群系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。集群系統(tǒng)與蜂窩式通信系統(tǒng)在技術(shù)上有很多相似之處，但在主要用途、網(wǎng)絡(luò)組成和工作方式上有很多差異。①集群通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，適用于在各個行業(yè)(或幾個行業(yè)合用)中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級。蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動通信網(wǎng)，適用于各階層和各行業(yè)中個人之間的通信，一般不分優(yōu)先等級。2.集群系統(tǒng)的用途和特點

②集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征，通常具有一定的限時功能，一次通話的限定時間大約為15～60s(可根據(jù)業(yè)務(wù)情況調(diào)整)。蜂窩通信系統(tǒng)對通信時間一般不進(jìn)行限制。③集群通信系統(tǒng)的主要服務(wù)業(yè)務(wù)是無線用戶和無線用戶之間的通信,蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。在集群通信系統(tǒng)中也允許有一定的無線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)，但一般只允許這種話務(wù)量占總業(yè)務(wù)量的5%～10%。

②集群通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度業(yè)務(wù)的特征④集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品)工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信只需占用一對頻道。蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而，一對移動用戶之間進(jìn)行通信，必須占用兩對頻道。⑤在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要是以改進(jìn)頻道共用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率的。④集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工(現(xiàn)在

3.集群系統(tǒng)的組成集群系統(tǒng)均以基本系統(tǒng)為模塊，并用這些模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件，基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。集群系統(tǒng)的控制方式有兩種，即專用控制信道的集中控制方式和隨路信令的分布控制方式，分別如圖1-10(a)和(b)所示。3.集群系統(tǒng)的組成圖1-10集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)(a)集中控制方式；(b)分布控制方式圖1-10集群網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下：轉(zhuǎn)發(fā)器。它由收、發(fā)信機(jī)和電源組成。每個頻道均配一個轉(zhuǎn)發(fā)器。對于分布式控制的集群系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)發(fā)器均有一個邏輯控制單元。天線共用設(shè)備。它包括天線、饋線和共用器(如收發(fā)天線共用器、基站的發(fā)射合路器和接收耦合器)。集群系統(tǒng)的基本設(shè)備如下：系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。分布式控制系統(tǒng)雖無集中控制中心，但在聯(lián)網(wǎng)時，可通過無線網(wǎng)絡(luò)控制終端。調(diào)度臺。調(diào)度臺可分為無線調(diào)度臺和有線調(diào)度臺。無線調(diào)度臺由收發(fā)信機(jī)、控制單元、操作臺、天線和電源等組成。有線調(diào)度臺可以是簡單的電話機(jī)或帶顯示的操作臺。移動臺。移動臺有車載臺和手機(jī)。它們均由收發(fā)信機(jī)、控制單元、天線和電源等組成。系統(tǒng)控制中心(系統(tǒng)控制器)。分布式

4.集群方式(1)消息集群(MessageTrunking)。在消息集群系統(tǒng)中，每一次呼叫通話期間，一次性地分配一對無線頻道，而且在通話完畢后(即松開PTT開關(guān)后)，轉(zhuǎn)發(fā)器繼續(xù)在該頻道上工作6s左右(即脫離時間約為6s),才算完成此次接續(xù)過程。消息集群的典型呼叫格式如圖1-11所示。這里所謂的典型呼叫格式，是由大量實測和統(tǒng)計而得到的結(jié)果，指的是在一次通信過程中，通信雙方占用時間的統(tǒng)計規(guī)律，并非通常所說的消息格式。4.集群方式圖1-11消息集群的典型呼叫格式圖1-11消息集群的典型呼叫格式(2)傳輸集群(TransmissionTrunking)。傳輸集群通話中，并非始終占用某一個頻道，當(dāng)發(fā)話一方松開PTT時，對這一頻道的占用即告結(jié)束，對方回答或本方再發(fā)話時，都要重新分配并占用新的空閑頻道。亦即在通話中，每按一次PTT開關(guān)就重新占用頻道一次。因此，傳輸集群可以充分利用頻道的空閑時間，其頻道利用率可以明顯提高。不過，要實現(xiàn)這種傳輸集群，用戶所用的PTT必須保證用戶講話時立即接通，講話停頓時立即松開。這樣做會帶來一個問題，即用戶的話音略有間隙時，PTT就可能松開，使所用頻道也立即放棄而被其它用戶所占用，其后再講話時又要重新占用新的空閑頻道，從而會導(dǎo)致消息傳輸不連續(xù)或形成通話中斷現(xiàn)象。傳輸集群的典型呼叫格式如圖1-12所示。

(2)傳輸集群(TransmissionTrunking圖1-12傳輸集群的典型呼叫格式圖1-12傳輸集群的典型呼叫格式(3)準(zhǔn)傳輸集群(QuasiTransmissionTrunking)。準(zhǔn)傳輸集群是為了克服傳輸集群的缺點而提出的一種改進(jìn)型集群方式，也可以看作是傳輸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)把脫離的時間縮短為0.5~2s;另一方面(和傳輸集群相比)在每次PTT松開之后增加0.5s的保持時間，然后釋放頻道。其典型呼叫格式見圖1-13。(3)準(zhǔn)傳輸集群(QuasiTransmission圖1-13準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式圖1-13準(zhǔn)傳輸集群的典型呼叫格式這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國摩托羅拉(Motorola)公司首先使用，經(jīng)過大量試驗后表明這種方法的頻率利用率略低于傳輸集群，但能防止有害的消息中斷現(xiàn)象。表1-3給出了部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。這種準(zhǔn)傳輸集群的工作方式由美國摩托表1-3部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)表1-3部分集群移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復(fù)雜而人口稀疏的地區(qū)中實現(xiàn)移動通信，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，很早就引起人們的重視。1976年，國際海事衛(wèi)星組織(IMARSAT)首先在太平洋、大西洋和印度洋上空發(fā)射了三顆同步衛(wèi)星，組成了IMARSAT-A系統(tǒng)，為在這三個大洋上航行的船只提供通信服務(wù)。其后，又先后增加了IMARSAT-C、IMARSAT-M、IMARSAT-B和IMARSAT-機(jī)載等系統(tǒng)。與此同時，在20世紀(jì)80年代初，一些幅員廣大的國家開始探索把同步衛(wèi)星用于陸地移動通信的可能性，提出在衛(wèi)星上設(shè)置多波束天線，像蜂窩網(wǎng)中把小區(qū)分成區(qū)群那樣，把波束分成波束群，實現(xiàn)頻率再用，以提高系統(tǒng)的通信容量。1993年，美國休斯公司提出的Spaceway計劃，是一雙星移動通信系統(tǒng)，其目標(biāo)是為北美地區(qū)提供話音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。

1.3.5移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)眾所周知，接收信號電平是與通信傳輸距離的平方成反比的，利用同步衛(wèi)星實現(xiàn)海上或陸地移動通信時，為了接收來自衛(wèi)星的微弱信號，用戶終端所用的天線必須具有足夠的增益，甚至使用伺服平臺，保證天線能不隨載體晃動而準(zhǔn)確地跟蹤衛(wèi)星。這樣的要求在船載終端或車載終端上可以實現(xiàn)，而在便攜式終端和手持式終端上還難以做到。盡管如此，迄今人們并沒有放棄利用靜止衛(wèi)星為手持式終端提供話音和數(shù)據(jù)服務(wù)的想法，試