基于Tetra集群的移动通信概论.

1、基于Tetra集群的移动通信概论 本章提示 l移动通信系统构成，既有有线系统，也有 无线系统；移动通信课程主要研究无线通 信系统。 l移动通信既有海上移动通信、空中移动通 信，也有陆上移动通信；移动通信课程主 要研究公用陆上移动通信系统（PLMTS） 。 本章提示 l移动通信是无线电通信，但不是研究点对 点无线电通信，而是研究多用户多信道共 用无线电通信。 l移动通信系统有多种，本书主要研究蜂窝 移动通信系统。 本章提示 l本章将介绍许多新的技术概念，如无线小 区、移动信道（无线信道）、基站（BS） 、移动业务交换中心（MSC）、频率复用 （或频率再用）、区群（Cluster）、前向 信道（下行信道）、反向信道（上行信道 ）、移动台（移动终端）、公用交换电话 网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN） 、公用数据网（PDN）等。 第1章 移动通信概论 l1.1 移动通信概述 l1.2 常用移动通信系统 l1.3 移动通信发展概况和发展方向 1.1 移动通信概述 l1.1.1 基本概念 l1.1.2 移动通信系统的组成 l1.1.3 移动通信的特点 l1.1.4 移动通信的分类 l1.1

2、.5 移动通信的工作频段 l1.1.6 移动通信的工作方式 l1.1.7 移动通信的组网 1.1.1 基本概念 l移动通信，是指通信双方或至少有一方处 于运动中进行信息传输和交换的通信方式 。 l移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、 陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。 l移动体之间通信联系的传输手段只能依靠 无线电通信，因此，无线通信是移动通信 的基础，而无线通信技术的发展将推动移 动通信的发展。 1.1.2 移动通信系统的组成 l移动通信系统是移动体之间、移动体和固 定用户之间以及固定用户与移动体之间， 能够建立许多信息传输通道的通信系统。 l移动通信包括无线传输、有线传输，信息 的收集、处理和存储等，使用的主要设备 有无线收发信机、移动交换控制设备和移 动终端设备。 1.1.2 移动通信系统的组成 图1-1 移动通信系统的组成 1.1.2 移动通信系统的组成 l移动通信无线服务区由许多正六边形小区 覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通 信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。 l移动通信系统包括移动交换子系统（SS） 、操作维护管理子系统（OMS）、基站子 系统（BSS） 和移动台

3、（MS），是一个完 整的信息传输实体。 1.1.2 移动通信系统的组成 l移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共 同完成的；BSS提供并管理MS和SS之间的 无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所 有的呼叫都是经由SS建立连接的；OMS负 责管理控制整个移动网。 1.1.2 移动通信系统的组成 lMS也是一个子系统。它实际上是由移动终 端设备和用户数据两部分组成的，移动终 端设备称为移动设备；用户数据存放在一 个与移动设备可分离的数据模块中，此数 据模块称为用户识别卡（SIM）。 1.1.3 移动通信的特点 l1移动通信必须利用无线电波进行信息传 输 l2移动通信是在复杂的干扰环境中运行 l3随着移动通信业务量的需求与日俱增， 移动通信可以利用的频谱资源非常有限 l4对移动台的要求高 l5通道容量有限 l6通信系统复杂 1.1.4 移动通信的分类 l 按使用对象可分为民用设备和军用设备； l 按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信； l 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； l 按覆盖范围可分为广域网和局域网； l 按业务类型可

4、分为电话网、数据网和综合业务网； l 按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双 工； l 按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模 拟网和数字网。 1.1.5 移动通信的工作频段 l早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段 。 l目前，大容量移动通信系统均使用800MHz 频段（CDMA），900MHz频段（AMPS、 TACS、GSM），并开始使用1 800MHz频 段（GSM1800/DCS1800），该频段用于 微蜂窝（Microcell）系统。第三代移动通 信使用2.4GHz频段。 1.1.6 移动通信的工作方式 l从传输方式的角度来看，无线通信分为单 向传输（广播式）和双向传输（应答式） 。 l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。 l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。 1.1.6 移动通信的工作方式 图1-2 单工通信 1.1.6 移动通信的工作方式 图1-3 双工通信 1.1.6 移动通信的工作方式 l半双工通信的组成与图1-3相似，移动台采 用类似单

5、工的“按讲”方式，即按下按讲开 关，发射机才工作，而接收机总是工作的 。基站工作情况与双工方式完全相同。 1.1.7 移动通信的组网 l蜂窝式组网的目的是解决常规移动通信系 统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，频 谱利用率低等问题。 l蜂窝式组网理论为移动通信技术的发展和 新一代多功能设备的产生奠定了基础 1无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 l蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖 模式，将一个移动通信服务区划分成许多 以正六边形为基本几何图形的覆盖区域， 称为蜂窝小区。 l一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区 ，在较小的区域内设置相当数量的用户。 l根据不同制式系统和不同用户密度挑选不 同类型的小区。 1无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射 l 基本的小区类型如下。 l 超小区：小区半径r 20km，适于人口稀少的农村地区。 l 宏小区：小区半径r = 1km20km，适于高速公路和人口 稠密的地区。 l 微小区：小区半径r = 0.1km1km，适于城市繁华区段 。 l 微微小区：小区半径r 0.1km，适于办公室、家庭等移 动应用环境。 l 当蜂窝小区用户数增大到一定程度而使准用频道数不够用

6、 时，采用小区分裂将原蜂窝小区分裂为更小的蜂窝小区， 低功率发射和大容量覆盖的优势十分明显。 2频率覆盖 l 蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足 够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以 重复使用同一组工作频率，称为频率复用。 l 采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾 ，增加了用户数目或系统容量。 l 频率复用所带来的问题是同频干扰。 l 同频干扰的影响并不与蜂窝之间的绝对距离有关 ，而是和蜂窝间距离与小区半径比值有关。 3多信道共用和越区切换 l由若干无线信道组成的移动通信系统，为 大量的用户共同使用仍能满足服务质量的 信道利用技术，称为多信道共用技术。 l为了保证通话的连续性，当正在通话的移 动台进入相邻无线小区时，移动通信系统 必须具备业务信道自动切换到相邻小区基 站的越区切换功能，即切换到新的信道上 ，从而不中断通信过程。 4无线通信优势与有线网络优势的理想互 联 l移动信息通过基站和移动业务交换中心进 入公众电信网或其他移动网，实现移动用 户与市话用户、移动用户与移动用户，以 及移动用户与长途用户之间的通信。 l互联使移动无线网适应公众网的质量标准 ，突破业务

7、区域限制，也使公众网的服务 范围得到扩大和延伸。 1.2 常用移动通信系统 1.2.1 蜂窝移动通信系统 1.2.2 无绳电话系统 1.2.3 集群移动通信系统 1.2.4 移动卫星通信系统 1.2.5 分组无线网 1.2.1 蜂窝移动通信系统 l早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心 设置大功率的发射机，采用高架天线把信 号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公 里）。 l这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户 使用的信道数极为有限，远远满足不了移 动通信业务迅速增长的需要。 1.2.1 蜂窝移动通信系统 图1-4 大区覆盖与小区覆盖 1.2.1 蜂窝移动通信系统 l蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干 个较小的区域（cell，在蜂窝系统中称为小 区），各小区均用小功率的发射机（即基 站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一 样能布满 （即覆盖）任意形状的服务地区 ，如图1-4（b）所示。 1.2.1 蜂窝移动通信系统 l相邻小区不允许使用相同的频道，否则会 发生相互干扰，称同道干扰。 l蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速 移动用户的要求，又能满足高密度、低速 移动用户的要求，同时还可满足室内

8、用户 的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展 。 1.2.1 蜂窝移动通信系统 1.2.2 无绳电话系统 l无绳电话是一种以有线电话网为依托的通 信方式，是有线电话网的无线延伸。 l无绳电话具有发射功率小、省电、设备简 单、价格低廉、使用方便等优点，因而发 展十分迅速，目前已经形成了多种数字式 无绳电话系统。 1.2.2 无绳电话系统 图l-5 无绳电话系统示意图 1.2.2 无绳电话系统 l欧洲数字无绳电话系统（DECT） l个人手持电话系统（PHS） l个人接入通信系统（PACS） l在我国应用比较广泛的“小灵通”采用了 PHS协议，是属于无绳电话衍生的通信手 段。 1.2.3 集群移动通信系统 l 集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。 l 集群移动通信系统采用的基本技术是频率公用技 术。 l 集群移动通信系统采用半双工工作方式。 l 集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调 度台与移动台之间的通话为主。 l 集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于 在各个行业（或几个行业合用）中间进行调度和 指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等 级。 1.2.4 移动卫星通信系统

9、l卫星通信具有全球范围的覆盖区，信道稳 定、可靠及系统容量大等优点，从诞生至 今，得到了迅猛发展。 l通过卫星为移动台及手机提供移动通信服 务而构成移动卫星通信系统 （MSS）。 lMSS是以VAST和地面蜂窝移动通信为基础 ，结合空间卫星多波束技术及星上处理、 计算机等高新技术而构成的超越时空的全 球个人通信网。 1.2.5 分组无线网 l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。 l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。 l包头中含有该分组的源地址（起始地址） 、宿地址（目的地址）和有关的路由信息 ，正文是真正需要传送的信息。 1.2.5 分组无线网 l分组传输方式是存储转发方式的种，用 户终端必须先把要传送的信息存储、分段 、加上包头以构成分组，才能送上无线信 道进行传输。 l这一过程必然要产生额外的时间延迟，因 此，分组无线网特别适用于实时性要求不 严和短消息比较多的数据通信。 l分组传输能适应不同网络结构的应用。常 见的网络结构有星状结构和分布式结构。 1.2.5 分组无线网 l（1）ARDIS系统（先进的无线电数据信息 设备）。 l（2）Mobitex系统（全国性互联的集群无 线电网络）。 l（3）CDPD系统（蜂窝数字分组数据）。 l（4）TETRA系统（全欧集群无线电）。 l（5）第二代北美数字蜂窝IS-54和IS-95系 统 1.2.5 分组无线网 1.3 移动通信发展概况和发展方向 l1.3.1 移动通信发展概况 l1.3.2 第三代移动通信 l1.3.3 移动通信的发展方向 1.3.1 移动通信发展概况 l 第一阶段从20世纪20年代至40年代，为早期发展 阶段。 l 第二阶段从20世纪40年代中期至60年代初期。 l 第三阶段从20世纪60年代中期至70年代中期。 l 第四阶段从20世纪70年代中期至80年代中期。 l 第五阶段从20世纪80年代中期开始至20世纪末， 这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。 l 第六阶段起自2000年左右，此时伴随着对第三代 移动通信的大量论述，以及2.5G产品GPRS系统 的过渡，3G走上了通信舞台的前沿。 1.3.2 第三代移动通信 l第三代移动通信系统是一种能提

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