中级通信工程师考试移动通信网概述

移动通信概念、定义与分类

移动通信网的系统构成

移动通信网的覆盖方式

移动通信网中的多址方式

　　一、移动通信的概念、定义与分类

1、移动通信的概念

移动通信是指通信双方或至少一方是在运动中进行信息交换的。它是用户随时随地快速而可靠地进行多种信息交换的一种理想通信形式。

即，至少有一方具有可移动性，可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的通信。

移动通信满足了人们无论在何时何地都能进行通信的愿望，20世纪80年代以来，特别是90年代以后，移动通信得到了飞速的发展。

相对固定通信而言，移动通信不仅要给用户提供与固定通信一样的通信业务，而且由于用户的移动性，其管理技术要比固定通信复杂得多。同时，由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线传输介质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。

2、移动通信的特点

用户的移动性

要保持用户在移动状态中的通信，则必须是无线通信，或无线通信与有线通信的结合。因此，系统中要有完善的管理技术来对用户的位置进行登记、跟踪，使用户在移动时也能进行通信，不因为位置的改变而中断。

电波传播条件复杂

移动台可能在各种环境中运动，如建筑群或障碍物等，因此电磁波在传播时不仅有直射信号，而且还会产生反射、折射、绕射、多普勒效应等现象，从而产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等。因此，必须充分研究电波的传播特性，使系统具有足够的抗衰落能力，才能保证通信系统正常运行。

噪声和干扰严重

移动台在移动时不仅受到城市环境中的各种工业噪声和天然电噪声的干扰，同时，由于系统内有多个用户，因此，移动用户之间还会有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。这就要求在移动通信系统中对信道进行合理的划分和频率的再用。

系统和网络结构复杂

移动通信系统是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。此外，移动通信系统还应与固定网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的。

有限的频率资源

在有线网中，可以依靠多铺设电缆或光缆来提高系统的带宽资源。而在无线网中，频率资源是有限的，ITU对无线频率的划分有严格的规定。如何提高系统的频率利用率是移动通信系统的一个重要课题。

3、移动通信的分类

移动通信的种类繁多，其中陆地移动通信系统有蜂窝移动通信、无线寻呼系统、无绳电话、集群系统等。同时，移动通信和卫星通信相结合产生了卫星移动通信，它可以实现国内、国际大范围的移动通信。

集群移动通信

集群移动通信是一种高级移动调度系统。

所谓集群通信系统，是指系统所具有的可用信道为系统的全体用户共用，具有自动选择信道的功能，是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途和高效能的无线调度通信系统。

公用移动通信系统

公用移动通信系统是指为公众提供移动通信业务的网络。这是移动通信最常见的方式。

这种系统又可以分为大区制移动通信和小区制移动通信，小区制移动通信又称蜂窝移动通信。

卫星移动通信

利用卫星转发信号也可实现移动通信。对于车载移动通信可采用同步卫星，而对手持终端，采用中低轨道的卫星通信系统较为有利。

无绳电话

对于室内外慢速移动的手持终端的通信，一般采用小功率、通信距离近、轻便的无绳电话机。它们可以经过通信点与其他用户进行通信。

寻呼系统

无线电寻呼系统是一种单向传递信息的移动通信系统。它是通过寻呼台发信息，寻呼机收信息来完成的。

　　二、移动通信网的系统构成

移动通信网由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）、移动台（MS）、中继传输系统和数据库组成，如图1所示。

图1 移动通信网的组成

移动业务交换中心之间、移动业务交换中心和基站之间通过中继线相连，基站和移动台之间为无线接入方式，移动业务交换中心又与存储用户信息的数据库相连。同时，移动业务交换中心又通过关口局与其他网络相连，实现移动网与其他网络用户之间的互通。

1、移动业务交换中心

移动业务交换中心（Mobile-services Switching Centre,MSC）是蜂窝通信网络的核心。MSC:负责本服务区内所有用户的移动业务的实现。MSC有如下作用。

信息交换功能：为用户提供终端业务、承载业务、补充业务的接续。

集中控制管理功能：无线资源的管理，移动用户的位置登记、越区切换等。

通过关口MSC与公用电话网相连。

2、基站

基站（Base Station,BS）负责和本小区内移动台之间通过无线电波进行通信，并与MSC相连，以保证移动台在不同小区之间移动时也可以进行通信。采用一定的多址方式可以区分一个小区内的不同用户。

　　3、移动台

移动台（Mobile Station,MS）即手机或车载台。它是移动网中的终端设备，要将用户的语音信息进行变换并以无线电波的方式进行传输。

4、中继传输系统

在MSC之间、MSC和BS之间的传输线均采用有线方式。

5、数据库

移动网中的用户是可以自由移动的，即用户的位置是不确定的。因此，要对用户进行接续，就必须要掌握用户的位置及其他信息。数据库即是用来存储用户的有关信息的，数字蜂窝移动网中的数据库有归属位置寄存器（Home Location Register,HLR）、访问位置寄存器（Visitor Location Register,VLR）、鉴权认证中心（Authentic Center,AUC）、设备识别寄存器（Equipment Identify Register,EIR）等。

三、移动通信网的覆盖方式

　　1、大区制

定义：

所谓大区制，是指由一个基站（发射功率为50~100W）覆盖整个服务区，该基站负责服务区内所有移动台的通信与控制。大区制的覆盖半径一般为30~50km.

特点：

采用单基站制，没有重复使用频率的问题，因此技术问题并不复杂

采用大区制方式时，只需根据所覆盖的范围，确定天线的高度，发射功率的大小，并根据业务量大小，确定服务等级及应用的信道数。

基站的天线需要架设得非常高，发射机的发射功率也要很高。即使这样做，也只可保证移动台能收到基站的信号，而无法保证基站能收到移动台的信号。

大区制通信网的覆盖范围有限

适用于小容量的网络，一般用在用户较少的专用通信网中。

　　2、小区制

定义：

小区制是指将整个服务区划分为若干小区，在每个小区设置一个基站，负责本小区内移动台的通信与控制。小区制的覆盖半径一般为2~10km.

特点：

小区制移动通信系统是多基站系统，需采用频率复用技术。

在相隔一定距离的小区进行频率再用，可以提高系统的频率利用率和系统容量。

基站的发射功率一般限制在一定的范围内，以减少信道干扰。

需要设置移动业务交换中心，负责小区间移动用户的通信连接及移动网与有线网的连接，保证移动台在整个服务区内，无论在哪个小区都能够正常进行通信。

网络结构复杂，投资巨大

尽管如此，为了获得系统的大容量，在大容量公用移动通信网中仍普遍采用小区制结构。

公用移动通信网在大多数情况下，其服务区为平面形，称为面状服务区。最常用的小区形状为正六边形，这是最经济的一种方案。由于正六边形的网络形同蜂窝，因此称此种小区形状的移动通信网为蜂窝网。

目前公用移动通信系统的网络结构均为蜂窝网结构，称为蜂窝移动通信系统。

四、移动通信网中的多址方式

　　1、多址方式定义

当把多个用户接入一个公共的传输介质实现相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以不同的特征，以区分不同的用户，这种技术称为多址技术。

众所周知，移动通信是依靠无线电波的传播来传输信号的，具有大面积覆盖的特点。因此网内一个用户发射的信号其他用户均可接收到所传播的电波。网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给自己的信号就成为建立连接的首要问题。

在蜂窝通信系统中，移动台是通过基站和其他移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站的信息加以区别，使基站能区分是哪个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号是发给自己的。要解决这个问题，就必须给每个信号赋以不同的特征，这就是多址技术要解决的问题。

多址技术是移动通信的基础技术之一。

2、多址方式分类

目前，移动通信系统中常用的是FDMA、TDMA、CDMA以及它们的组合。

图2 FDMA、TDMA、CDMA

频分多址方式（Frequency Division Multiple Access,FDMA）。在通信时，不同的移动台占用不同频率的信道进行通信。因为各个用户使用不同频率的信道，所以相互之间没有干扰。

优点：技术成熟，对信号功率的要求不严格。

缺点：

在系统设计中需要周密的频率规划

基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰。

由于没有进行信道复用，信道效率很低。

时分多址方式（Time Division Multiple Access,TDMA）。TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧还是时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道。TDMA有如下特点：

TDMA中，每个用户分配一个时隙，即根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号。

在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。

同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来。这样，同一个频道就可以供几个用户同时进行通信，相互没有干扰。

码分多址方式（Code Division Multiple Access,CDMA）。CDMA中，不同的移动台共同使用一个频率，但是每个移动台都被分配一个的码序列，与所有其他的码序列都不相同，所以各个用户之间没有干扰。CDMA有如下特点：

在发送端，信号信息和该用户的码序列相乘进行扩频调制。在接收端，接收器使用与发送端同样的码序列对宽带信号进行解扩，恢复出原始信号，而其他使用不同码型的信号因为与接收机本地产生的码型不同而不能被解调。

CDMA移动通信系统与FDMA系统或TDMA系统相比具有更大的系统容量

更高的语音质量

抗干扰、保密

在第三代数字蜂窝移动通信系统中，无线传输技术将采用CDMA技术。

五、移动通信网网络结构

不同技术的移动通信网，其网络的拓扑结构是不同的。

第一代移动通信采用模拟技术，其网络是依附于公用电话网的，是电话网的一个组成部分；

第二代移动通信采用数字技术，其网络结构是完全独立的，不再依附于公用电话网。

以我国GSM网为例来说明第二代移动通信网的网络结构。

全国GSM网是多级结构的复合型网络。为了在网络中均匀负荷，合理利用资源，避免在某些方向上产生话务拥塞，在网络中设置了移动汇接中心（TMSC）。全国GSM网按大区设立一级汇接中心、各省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立移动端局，构成三级网络结构。三级网络结构组成了一个完全独立的数字移动通信网络。移动网和固定网之间的通信是通过移动关口局（GMSC）来进行转接的。

中国移动的GSM网设置8个一级移动汇接中心，分别设于北京、沈阳、南京、上海、西安、成都、广州、武汉，一级汇接中心为独立的汇接局（即不带客户，只有至基站的接口，只作汇接），相互之间以网状网相连。

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