目錄ONTENTS2.1移動通信的基本概念2.2移動通信的發(fā)展歷程2.3移動通信的分類2.4移動通信的系統(tǒng)構成2.5移動通信的組網(wǎng)2.6移動通信的基本特點2.7移動通信的噪聲與干擾思考題與練習題目錄02

移動通信的基本概念2.1

2.1移動通信的基本概念04

移動通信是指通信雙方或至少有一方在移動中進行信息交換的通信方式。例如移動體（車輛、船舶、飛機或行人）與固定點之間的通信、人與人及人與移動體之間的通信等。采用移動通信技術和設備組成的通信系統(tǒng)即為移動通信系統(tǒng)。移動通信不受時間和空間的限制，交流信息靈活、高效。它已經(jīng)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)中一種不可或缺的手段，是用戶隨時隨地快速可靠地進行多種形式信息（語音、數(shù)據(jù)、視頻等）交換的理想方式。

移動通信的發(fā)展歷程2.2

2.2移動通信的發(fā)展歷程06

早在1897年，馬可尼在陸地和一只拖船之間，用無線電進行了消息傳輸，這就是移動通信的開端。現(xiàn)代移動通信的發(fā)展始于20世紀20年代，而公用移動通信是從20世紀60年代開始的。公用移動通信系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了第一代（1G）、第二代（2G）、第三代（3G）、第四代（4G），目前正朝第五代（5G）發(fā)展。第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)（1G）為模擬系統(tǒng)，以美國的AMPS和英國的TACS為代表，采用頻分雙工、頻分多址制式，并利用蜂窩組網(wǎng)技術以提高頻率資源利用率，克服了大區(qū)制容量密度低、活動范圍受限的問題。雖然該系統(tǒng)解決了容量大和頻率資源有限的矛盾，但該系統(tǒng)設備制式不統(tǒng)一，設備復雜，成本高且各廠家生產(chǎn)的設備不能兼容；體質(zhì)過于混雜，不易于國際漫游；業(yè)務種類單一，只提供語音業(yè)務；保密性差，通話易被竊聽。因而已逐步被各國淘汰。我國于20世紀80年代末發(fā)展了第一代TASC系統(tǒng)，到2000年之后，已全部退網(wǎng)，停止使用。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（2G）采用與模擬系統(tǒng)不同的多址方式、調(diào)制技術、語音編碼、信道編碼、分集接收等數(shù)字無線傳輸技術。系統(tǒng)的頻譜利用率提高，容量大，還能提供語音、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務，并能與ISDN等其他的網(wǎng)絡進行互連。但系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，也無法實現(xiàn)移動的多媒體業(yè)務。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要制式有美國的DAMPS，歐洲的GSM全球移動通信系統(tǒng)，日本的PDC，窄帶CDMA等。我國的移動業(yè)務主要由“中國移動通信公司GSM系統(tǒng)”和“中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司（GSM和窄帶CDMA系統(tǒng)）”開展，主要提供移動電話業(yè)務、移動數(shù)據(jù)短信業(yè)務，以及各類基本組合業(yè)務的“移動套餐”業(yè)務等。

2.2移動通信的發(fā)展歷程07

第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)為寬帶移動通信系統(tǒng)（3G）。1985年，國際電信聯(lián)盟ITU提出未來公共陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），即第三代移動通信系統(tǒng)。FPLMTS后來被更名為IMT-2000。歐洲電信標準協(xié)會也提出了通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）。最受關注的3G標準有：基于GSM的WCDMA；基于IS-95CDMA的cdma2000；中國自主知識產(chǎn)權的TD-SCDMA。第三代蜂窩移動通信和個人通信系統(tǒng)提供更大的系統(tǒng)容量、更高速的數(shù)據(jù)傳輸能力。第四代移動通信技術（4G）。2001年進入了4G研發(fā)階段。2010年海外的主流運營商開始進行規(guī)模建設。2013年12月4日下午，工業(yè)和信息化部正式發(fā)放4G牌照，宣告我國通信行業(yè)進入4G時代。4G包含TDD和FDD兩種制式，其中TD-SCDMA將能夠進化到TDD制式，而WCDMA網(wǎng)絡能夠進化到FDD制式。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，能流暢承載視頻、電話會議等業(yè)務，上傳速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。第五代移動通信技術（5G）。2013年5月13日，三星電子宣布，其已率先開發(fā)出了首個基于5G核心技術的移動傳輸網(wǎng)絡。2015年5月29日，酷派首提5G新概念：終端基站化。2016年1月7日，工信部召開“5G技術研發(fā)試驗”啟動會。2017年2月9日，國際通信標準組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中國三大通信運營商于2018年邁出5G商用第一步，并力爭在2020年實現(xiàn)5G的大規(guī)模商用。5G網(wǎng)絡的速度達到1Gbps，它的主要目標是讓終端用戶始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。5G將來所支持的終端不僅是智能手機，它還要支持智能手表、健身腕帶等。5G并不會完全替代4G、WiFi，而是將4G、WiFi等網(wǎng)絡融入其中，為用戶帶來更為豐富的體驗。

2.2移動通信的發(fā)展歷程08

移動通信的分類2.3

2.3移動通信的分類10

隨著移動通信技術的發(fā)展，移動通信系統(tǒng)類型越來越多，其分類方法也各不相同。按使用對象不同，可分為民用和軍用移動通信系統(tǒng)；按使用環(huán)境不同，可分為陸地、海上和空中三種移動通信；按多址方式不同，可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）移動通信系統(tǒng)；按業(yè)務類型不同，可分為電話、數(shù)據(jù)和多媒體移動通信系統(tǒng)；按工作方式不同，可分為單工、雙工和半雙工移動通信系統(tǒng)；按信號形式不同，可分為模擬和數(shù)字移動通信系統(tǒng)；按系統(tǒng)組成結構主要分為如下幾種：1.蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)是移動通信的主體，是全球用戶容量最大的移動通信網(wǎng)。它把整個大范圍的服務區(qū)劃分成許多小區(qū)，每個小區(qū)設置一個基站，負責本小區(qū)各個移動臺的聯(lián)絡與控制，各小區(qū)像蜂窩一樣不滿任何形狀的服務地區(qū)。利用超短波電波傳播距離有限的特點，離開一定距離的小區(qū)可以重復使用頻率，使頻率資源可以充分利用。

2.3移動通信的分類112.集群移動通信系統(tǒng)集群移動通信系統(tǒng)屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)，是一種專用移動調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)的可用信道可為全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，它是共享資源、分擔費用、共用信道設備及服務的多用途、高效能又廉價的無線調(diào)度通信系統(tǒng)。3.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號也可以實現(xiàn)移動通信，對于車載移動通信可采用赤道固定衛(wèi)星，而對手持終端，采用中低軌道的多顆衛(wèi)星較為合適。通過衛(wèi)星中繼，在海上、空中和地形復雜而人口稀疏的地區(qū)中實現(xiàn)移動通信，具有獨特的優(yōu)越性。為了使地面用戶只借助手機即可實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信，主要使用中、低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。低軌移動衛(wèi)星實現(xiàn)手持機個人通信的優(yōu)點在于：一方面，衛(wèi)星的軌道高度低、傳輸時延短、路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的星座可實現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復用更有效；另一方面，蜂窩通信、多址、電波束、頻率復用技術的發(fā)展也為低軌衛(wèi)星移動通信提供了技術保障。目前發(fā)展最快的有低軌道的銥星系統(tǒng)和全球星系統(tǒng)、中軌道的國際移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)和奧德賽系統(tǒng)。

2.3移動通信的分類124.無繩電話系統(tǒng)室內(nèi)外慢速移動的手持終端的通信，可以采用小功率、通信距離近的、輕便的無繩電話機。無繩電話發(fā)射功率要比常規(guī)的蜂窩高功率系統(tǒng)低1個~2個數(shù)量級，戶外覆蓋范圍小于500米，室內(nèi)小于50米。無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，是有線電話網(wǎng)的無線延伸。具有發(fā)射功率小、省電、設備簡單、價格低廉、使用方便等優(yōu)點。5.無線尋呼系統(tǒng)無線尋呼系統(tǒng)可以看作是有線電話網(wǎng)的無線延伸，它是一種單頻單向通信系統(tǒng)，是移動通信的一個分支。主叫用戶通過公用電話交換網(wǎng)和尋呼中心向被呼的尋呼機轉(zhuǎn)發(fā)簡單的信息，如主呼的電話號碼等，尋呼機收到信息時會發(fā)出振鈴聲，并在液晶屏上顯示出來。由于振鈴聲近似于“B-B-”的聲音，故通常稱為BP機。無線尋呼系統(tǒng)雖然雙方不能直接通話，但由于BP機小巧玲瓏，價格低廉，攜帶方便，曾在國內(nèi)外深受用戶歡迎。

移動通信的系統(tǒng)構成2.4

2.4移動通信的系統(tǒng)構成14

圖2-1移動通信系統(tǒng)的構成

早期移動通信系統(tǒng)一般由移動臺（MS）、基站（BS）、移動業(yè)務交換中心（MSC）及與市話網(wǎng)（PSTN）相連接的中繼線等組成，如圖2-1所示。移動臺是移動用戶的終端設備，包括車載臺、便攜臺和手機。就目前而言，便攜臺已不復存在，車載臺社會上的擁有量很少，主要用于通信部門和軍事上。因此移動臺泛指手機?；臼且粋€能夠接收和發(fā)送信號的固定電臺，負責與移動手機進行通信?；九c移動臺都有收、發(fā)信機和天饋線等設備。每個基站都有一個有效通信的服務范圍，稱為無線小區(qū)。無線小區(qū)的大小由發(fā)射功率和基站天線的高度決定，基站天線越高，發(fā)射功率越大，則無線小區(qū)越大。移動業(yè)務交換中心主要是處理信息交換和對整個系統(tǒng)的集中控制管理。

大容量移動電話系統(tǒng)可以由多個具有一定服務小區(qū)的BS構成一個移動通信網(wǎng)，通過BS、MSC就可以實現(xiàn)在整個服務區(qū)內(nèi)任意兩個移動用戶間的通信；也可以通過中繼線與市話局連接，實現(xiàn)移動戶與市話用戶之間的通信，從而構成一個有限、無線綜合的移動通信系統(tǒng)。

移動通信的組網(wǎng)2.5

2.5移動通信的組網(wǎng)16

隨著移動用戶數(shù)量的不斷增加，業(yè)務范圍的不斷擴大，頻率資源和可用頻道數(shù)之間的矛盾日益突出。為解決這一矛盾，移動通信系統(tǒng)按一定的要求，采取相應的技術組成移動通信網(wǎng)絡，以實現(xiàn)移動通信系統(tǒng)在大范圍內(nèi)有序的通信。

早期的移動通信采用大區(qū)制，大區(qū)制是指在一個服務區(qū)內(nèi)只有一個基站負責移動通信的聯(lián)絡和控制，如圖2-3所示。為了擴大服務區(qū)域的范圍，通常基站天線架設得都很高，發(fā)射機的輸出功率也很大，一般在200W左右，其覆蓋半徑達30Km~50Km，這就可以保證移動臺能夠接收到基站的信號。但對于移動臺來說，由于受電池容量的限制，移動臺發(fā)射功率較小，當移動臺距基站較遠時，移動臺可以收到基站發(fā)來的信號（下行信號），但基站卻無法正常接收到移動臺發(fā)出的信號（上行信號），這就是上、下行傳輸不平衡問題。為解決這一問題，可以在服務區(qū)內(nèi)設置若干分集接收站R，遠端移動臺的發(fā)送信號可以由就近的R分集接收，放大后傳給基站，從而保證了上行鏈路的通信質(zhì)量。2.5.1大區(qū)制圖2-3大區(qū)制示意圖

2.5移動通信的組網(wǎng)17

在大區(qū)制中，為了避免相互間的干擾，在服務區(qū)內(nèi)的所有頻道的頻率都不能重復，否則將產(chǎn)生嚴重的互相串擾，因此大區(qū)制的基站頻道數(shù)是有限的，容量不大，不能滿足用戶數(shù)目日益增多的需要。大區(qū)制只適用于中、小城市等業(yè)務量不大的地區(qū)或?qū)Ｓ靡苿油ㄐ艠I(yè)務。大區(qū)制的優(yōu)點是結構簡單，投資少，見效快。大區(qū)制的設計和組網(wǎng)代表移動通信的一個發(fā)展階段。在開展移動業(yè)務的初期，由于客戶較少，且主要幾種在經(jīng)濟發(fā)達的縣市，為節(jié)省成本，通常都按大區(qū)制考慮。但從長遠來看，為滿足客戶數(shù)量不斷增長的需求，提高頻率利用率，就需要采用小區(qū)制。2.5.2小區(qū)制

小區(qū)制是將整個服務區(qū)域劃分為若干個無線小區(qū)，每個無線小區(qū)各設一個基站，負責本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制，同時，又可以在移動業(yè)務交換中心的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)無線小區(qū)之間移動用戶通信的轉(zhuǎn)接，以及移動用戶與固定用戶的聯(lián)系。在小區(qū)制結構中，每個無線小區(qū)使用一組頻道，鄰近小區(qū)使用不同的頻道。由于小區(qū)內(nèi)基站服務區(qū)域縮小，同頻復用距離減小，所以在整個服務區(qū)內(nèi)，同一組頻道可以重復使用，因此大大提高了頻率利用率，而且由于基站功率減小，使得相互間的干擾減少。

2.5移動通信的組網(wǎng)18

現(xiàn)將一個大區(qū)制的服務區(qū)域分為五個小區(qū)制，如圖2-4所示，每個無線小區(qū)設置一個小功率基站（BS1~BS5），發(fā)射功率一般在5~10W，以滿足各無線小區(qū)移動通信的需要。從圖中我們發(fā)現(xiàn)1區(qū)的移動臺MS1和3區(qū)的移動臺MS3都可以使用頻率、來進行通信，這是由于1區(qū)和3區(qū)相距較遠，且中間隔著2、4、5區(qū)，功率又較小，因此使用相同頻率也不會相互干擾。同樣，2、4小區(qū)使用同一對頻率實現(xiàn)通信。顯然，小區(qū)制提高了頻率的利用率。另外，無線小區(qū)的范圍還可以根據(jù)實際用戶數(shù)的多少靈活確定，隨著用戶數(shù)目的增加，小區(qū)還可以繼續(xù)劃小，即“小區(qū)分裂”，以適應用戶數(shù)的增加。但是，在這種結構中，移動用戶的通信過程中，從一個無線小區(qū)轉(zhuǎn)入另一個無線小區(qū)的概率增加，移動臺需要經(jīng)常更換工作頻道。無線小區(qū)的范圍越小，通信過程中轉(zhuǎn)換頻道的次數(shù)就越多，這樣對控制交換功能的要求越高，再加上基站數(shù)量的增加，建網(wǎng)的成本也提高了。圖2-4小區(qū)制示意圖

2.5移動通信的組網(wǎng)19

小區(qū)制是集中控制的多基站小區(qū)域覆蓋。劃分無線通信區(qū)域，會涉及到無線區(qū)域的形狀。對于由多個無線小區(qū)組成的通信網(wǎng)來說，一般有帶狀網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)。1.帶狀網(wǎng)帶狀網(wǎng)主要覆蓋于公路、鐵路、海岸等，其服務區(qū)內(nèi)用戶的分布呈帶狀分布，每個小無線區(qū)的頻點、反復使用，如2-5圖所示。由于相鄰小區(qū)的頻率不同，因此不會產(chǎn)生同頻干擾。此時基站天線一般采用定向天線，使每個小區(qū)呈扁圓形。

2.蜂窩網(wǎng)對于大容量移動通信網(wǎng)來說，需要覆蓋的是一個寬廣的平面服務區(qū)。當基站天線采用全向天線，它覆蓋的面積可視為一個以基站為圓心、以通信距離為半徑的圓。為了不留空隙地覆蓋整個平面的服務區(qū)，一個個圓形輻射區(qū)間一定有很多重疊，考慮到這些重疊，用圓內(nèi)接正多邊形代替圓。從幾何圖形上看，由規(guī)則的多邊形彼此鄰接構成平面時，只能是正三角形、正方形和正六邊形，如圖2-6所示。對這三種圖形比較可知，正六邊形小區(qū)的中心距離最大，覆蓋面積也最大，重疊區(qū)面積最小，即對于同樣大小的服務區(qū)域，采用正六邊形構成小區(qū)所需的小區(qū)數(shù)最少，所需頻率組數(shù)也最少，頻率利用率高，因此正六邊形組網(wǎng)是最經(jīng)濟的方式。由此可得，面狀區(qū)域一般采用正六邊形小區(qū)結構，這種由許多正六邊形小區(qū)構成的形狀類似蜂窩的小區(qū)制移動通信網(wǎng)稱為蜂窩網(wǎng)。圖2-5帶狀小區(qū)圖2-6小區(qū)形狀

2.5移動通信的組網(wǎng)202.5.3區(qū)群

現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)廣泛采用蜂窩狀區(qū)域網(wǎng)，及用許多正六邊形小區(qū)作為基本幾何圖形覆蓋整個服務區(qū)，構成形狀類似蜂窩的移動通信網(wǎng)，稱為蜂窩網(wǎng)。在頻分信道的蜂窩系統(tǒng)中，每個小區(qū)占用一定的頻道，而且各小區(qū)占用的頻道不相同，當小區(qū)覆蓋面積不斷擴大且小區(qū)數(shù)目不斷增加時，將會出現(xiàn)頻率資源不足的問題。為了實施頻率復用，提高頻率資源的利用率，用空間劃分的方法，在不同的空間進行頻率復用。即由若干個正六邊形小區(qū)構成單位無線區(qū)群，區(qū)群內(nèi)不同的小區(qū)使用不同的頻率，另一單位無線區(qū)群中對應的小區(qū)可重復使用相同的頻率。不同區(qū)群中相同頻率的小區(qū)間將會產(chǎn)生同頻干擾，但當這兩個小區(qū)間隔足夠大時，同頻干擾不會影響正常的通信質(zhì)量。將所有這些單位無線區(qū)群彼此鄰接就構成了整個服務區(qū)，既提高了頻率利用率，同時又能有效控制同頻小區(qū)間的干擾影響。構成單位無線區(qū)群的基本條件是：①各單位無線區(qū)群間能彼此鄰接且無空隙地覆蓋整個面積；②相鄰單位無線區(qū)群中的同頻小區(qū)之間距離相等，且為最大。滿足這兩個條件的單位無線區(qū)群及區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N是有限的，單位無線區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)N應滿足下式：N=a2+ab+b2式中，、均為正整數(shù)，包括0，但不能同時為0或一個為0，一個為1。、分別為相鄰同頻小區(qū)之間的二維距離（相隔小區(qū)數(shù)）。由式N=a2+ab+b2的計算可得到N=3，4，7，9，12，13，16，19，21…。N為不同值時的單位無線區(qū)群結構如圖2-7所示。

2.5移動通信的組網(wǎng)21按圖所示的單位無線區(qū)群彼此鄰接排布都可以擴大服務區(qū)，但如何選擇單位無線區(qū)群呢？這就要根據(jù)系統(tǒng)所要求的同頻道復用距離而定，區(qū)群間同頻復用距離可由下式計算：式中，為同頻復用小區(qū)之間的幾何中心距離；N為區(qū)群內(nèi)的小區(qū)數(shù)；為無線小區(qū)半徑。由上式可見，區(qū)群中小區(qū)數(shù)N越大，同頻道小區(qū)距離就越遠，抗同頻干擾的性能也就越好。當然，在滿足所要求的同頻復用距離的前提下，N應取最小值，因為N越小，頻率利用率越高。圖2-7各種單位無線去群圖

2.5移動通信的組網(wǎng)222.5.4小區(qū)的激勵方式中心激勵：基站位于無線小區(qū)的中心，采用全向天線實現(xiàn)無線小區(qū)的覆蓋，這就是的“中心激勵”方式，如圖2-8（a）所示。頂點激勵：將基站設置在每個蜂窩相間的三個頂點上，每個基站采用3個互成扇形覆蓋的定向天線，分別覆蓋三個相鄰小區(qū)的各1/3區(qū)域，每個小區(qū)由頂點的三個扇形天線共同覆蓋，這就是“頂點激勵”方式，如圖2-8（b）所示。頂點激勵主要有“三葉草形”和“扇面”兩種，如圖2-9所示。頂點激勵方式中，三個扇面（天線的半功率點夾角為）的正六邊形無線小區(qū)可構成一個“三葉草形”的基站小區(qū)，而“扇面”則由三個菱形無線小區(qū)構成一個正六邊形的基站小區(qū)。另外，采用六個扇面的三角形小區(qū)也可以構成一個正六邊形的基站小區(qū)。圖2-8無線小區(qū)的激勵方式圖2-9頂點激勵方式

2.5移動通信的組網(wǎng)23

由于“頂點激勵”方式采用了定向天線，對于來自主瓣之外的同頻干擾信號而言，天線方向性能提供了一定的隔離度，降低了干擾。上面的分析是假定整個服務區(qū)的用戶密度（容量密度）是均勻的，所以無線區(qū)的大小相同，每個無線區(qū)分配的信道數(shù)也相同。但是，在實際的通信網(wǎng)中，各地區(qū)的用戶密度通常市不同的，一般來說市區(qū)密度高，市郊密度低。為了適應這樣的情況，對于用戶密度高的地區(qū)，可以將無線區(qū)適當劃小一點，或者分配更多的信道數(shù)給每個無線區(qū)，如圖2-10所示，圖中數(shù)值表示無線區(qū)中的信道數(shù)?？紤]到用戶數(shù)隨時間的增長而不斷增多，當原有無線區(qū)的容量高到一定程度時，就可以將原有無線區(qū)再細分成更小的無線區(qū)，以此來增大系統(tǒng)的容量和容量密度，即“小區(qū)分裂”。其劃分方法是：將原來的無線區(qū)一分為四或一分為三，如圖2-11所示。圖2-10容量密度不等時區(qū)域劃分圖2-11無線小區(qū)分解示意圖

2.5移動通信的組網(wǎng)242.5.3移動通信網(wǎng)絡結構

移動通信的基本網(wǎng)絡結構如圖2-12所示?；就ㄟ^傳輸鏈路和移動交換機相連，交換機再與固定的電信網(wǎng)或其他通信網(wǎng)相連，這樣就可以形成以下兩種通信鏈路：基站與交換機間、交換機與網(wǎng)絡間可采用有線鏈路（如光纖、同軸電纜等），也可以采用無線鏈路（如微波鏈路、毫米波鏈路等）。這些鏈路上傳輸?shù)臄?shù)字信號形式一般為PCM數(shù)字多路復用信號，它們有兩類標準：一類式北美和日本的標準系列：T1/T1C/T2/T3/T4；另一類式歐洲及其它大部分地區(qū)的標準系列：E1/E1C/E2/E3/E4。我們國家采用歐洲標準。①移動用戶基站交換機其他網(wǎng)絡其他用戶；②移動用戶基站交換機基站移動用戶。

通常每個基站要同時支持50路話音呼叫，每個交換機可以支持近100個基站，交換機到其他網(wǎng)絡間需要有5000個話路的傳輸容量。交換機通常由交換網(wǎng)絡、接口和控制系統(tǒng)組成。交換網(wǎng)絡的作用是在控制系統(tǒng)的控制下，將任一輸入線與輸出線接通，實現(xiàn)信息交換；接口單元式將來自用戶線或中繼線的各種不同的輸入信令和消息轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的機內(nèi)信令；控制系統(tǒng)主要負責話路的接續(xù)控制，同時還負責通信網(wǎng)絡的運行、管理和維護功能。圖2-12基本網(wǎng)絡結構

2.5移動通信的組網(wǎng)25

移動通信網(wǎng)絡中的交換機一般稱為移動交換中心（MSC）。它與常規(guī)交換機的不同之處是：MSC除了要完成常規(guī)交換機的所有功能外，它還負責移動性管理和無線資源管理（包括越區(qū)切換、用戶位置登記管理等）。在模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)中，移動性管理和用戶鑒權及認證都包括在MSC中。在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，將移動性管理、用戶鑒權及認證從MSC中分離出來，設置了原籍位置寄存器HLR和訪問位置寄存器VLR來進行移動性管理。網(wǎng)絡中設置認證中心AUC進行用戶鑒權和認證。每個移動用戶必須在HLR中注冊，訪問位置寄存器VLR是存儲用戶位置信息的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，認證中心是認證移動用戶的身份以及產(chǎn)生相應認證參數(shù)的功能實體。

蜂窩移動網(wǎng)中，為了便于網(wǎng)絡組織，將一個移動通信網(wǎng)分為若干個服務區(qū)，每個服務區(qū)又分為若干個MSC區(qū)，每個MSC區(qū)又分為若干位置區(qū)，每個位置區(qū)由若干個基站小區(qū)組成。一個移動通信網(wǎng)由多少個服務區(qū)組成，它取決于移動通信網(wǎng)所覆蓋區(qū)域的用戶密度和地形地貌等。多個服務區(qū)的網(wǎng)絡結構如圖2-13所示。每個MSC要與本地的市話匯接局、本地長途電話交換中心相連。MSC之間需要互連互通才能夠構成一個功能完善的網(wǎng)絡。圖2-13多服務區(qū)的網(wǎng)絡結構

移動通信的基本特點2.6

2.6移動通信的基本特點27

移動通信把無線通信技術、有線傳輸技術、計算機通信技術等結合在一起，為用戶提供一個較為理想的現(xiàn)代通信網(wǎng)。移動通信可應用于各類條件下，與其他通信方式相比較，移動通信有如下特點：1.電波傳播環(huán)境惡劣，存在嚴重的多徑衰弱移動體往來于各種各樣的障礙物之中，其接收信號的強度主要由障礙物的反射、繞射和散射疊加而成，不同的地形、地物對信號會有不同影響。移動體相對于發(fā)射臺移動的方向和速度，甚至收發(fā)雙方附近的移動物體對接收信號也會產(chǎn)生很大的影響。這些原因造成了移動臺在行進途中接收信號的電平起伏不定，最大的可相差30dB以上。為保證一定等級的通信質(zhì)量，要求對移動通信系統(tǒng)進行合理的設計。2.在強干擾情況下工作移動通信系統(tǒng)運行在復雜的干擾環(huán)境中，主要來自于城市噪聲、各種車輛發(fā)動機點火噪聲、微波爐干擾噪聲等。除去這些常見的外部干擾，移動通信系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間，還會產(chǎn)生很多干擾，主要的干擾有互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾，以及近地無用強信號壓制遠地有用弱信號的現(xiàn)象（遠近效應）等。如何減少這些干擾的影響，對移動通信系統(tǒng)來說也是至關重要的。

2.6移動通信的基本特點28

3.多普勒頻移產(chǎn)生附加調(diào)制當運動的物體達到一定速度時，固定點接收到的載波頻率將隨相對運動速度的不同產(chǎn)生不同的頻率偏移，即產(chǎn)生多普勒效應，使接收點的信號場強振幅、相位隨時間、地點而變化，多普勒頻移與移動物體的運動速度、接收信號載波的波長、電波到達的入射角有關：。運動方向面向地面接收站，為正值；反之為負值。運動速度越高，工作頻率越高，則頻移越大，必須考慮多普勒頻移的影響。在高速移動電話系統(tǒng)中，多普勒頻移影響300Hz左右的話音，出現(xiàn)令人不適的失真；多普勒頻移對低速數(shù)字信號傳輸不利，對高速數(shù)字信號傳輸則影響不大。4.頻譜資源有限隨著社會的發(fā)展，用戶數(shù)不斷增加，通信系統(tǒng)的容量和頻譜資源之間的矛盾越來越嚴重，因此，除了開發(fā)新頻段外，還需要采取各種新措施，提高頻譜的利用率，合理分配和管理頻率資源。5.網(wǎng)絡結構多樣化，要求有效的管理和控制系統(tǒng)中用戶終端可以在整個移動通信服務區(qū)域內(nèi)自由運動，為確保與用戶的通信，移動通信系統(tǒng)必須具備很強的管理和控制功能，如用戶的位置登記和定位，通信鏈路的建立和拆除，頻道的控制和分配，通信的計費、鑒權和保密措施以及過境切換和漫游控制等。

移動通信的噪音與干擾2.7

2.7移動通信的噪音與干擾30

在通信系統(tǒng)中普遍存在噪聲和干擾，它們對信道中信號的傳輸有著很嚴重的限制。噪聲又分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，其中外部噪聲和干擾是影響通信性能的重要因素。外部噪聲包括自然噪聲和人為噪聲。干擾指無線電臺間的相互干擾，如同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾等。1.噪聲的分類（1）內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲是系統(tǒng)設備本身產(chǎn)生的各種噪聲，主要來源是電阻的熱噪聲和電子器件的散彈噪聲。熱噪聲是由粒子的熱運動產(chǎn)生，溫度越高，粒子運動越劇烈，形成的噪聲也越大，熱噪聲的瞬時值符合高斯分布，因此又稱為高斯噪聲，熱噪聲的頻道很寬，幾乎是所有無線電頻譜的疊加，因此又稱之為白噪聲。散彈噪聲是由于載流子隨機通過PN結，即單位時間內(nèi)通過PN結的載流子數(shù)目不同，表現(xiàn)為通過PN結的正向電流在平均值上下做不規(guī)則的起伏變化。熱噪聲和散彈噪聲一般無法避免，而且它們的準確波形無法預測，這種無法預測的噪聲也統(tǒng)稱為隨機噪聲。2.7.1移動通信中的噪音

2.7移動通信的噪音與干擾31（2）外部噪聲外部噪聲有自然噪聲和人為噪聲。自然噪聲主要指銀河噪聲、太陽噪聲、大氣噪聲等，自然噪聲遠低于接收機的固有噪聲，可忽略。因此我們主要研究人為噪聲。人為噪聲是由各種電氣設備中電流或電壓的劇變而形成的電磁波輻射造成的。人為噪聲由人為噪聲源引起，如：馬達、高頻電氣裝置、電氣開關等所產(chǎn)生的火花放電等。城市人為噪聲比較大，主要是汽車點火噪聲。對于BS與MS來說，由于接收天線的高度及天線離道路的距離不一樣，因此受噪聲的影響也不同。根據(jù)右圖我們可以估算平均人為噪聲功率：噪聲功率，為基準噪聲功率，為高出基準噪聲功率的分貝數(shù)?；鶞试肼暪β?，其中玻爾茲曼常數(shù)J/K；參考絕對溫度K0；為接收機帶寬；=-204dBW/HZ。如=10lg200KHz=53dBHz，則=-151dBW=-121dBm。如果移動臺的工作頻率為900MHz，則城市的人為噪聲電平為-151dBW+18dB=-133dBW=-103dBm。為抑制人為噪聲，應采取必要的屏蔽和濾波措施，也可在接收機上采取相應的措施。圖2-14各種噪聲功率與頻率的關系

2.7移動通信的噪音與干擾32

2.噪聲系數(shù)每一個信號均混雜著噪聲，從噪聲對信號影響的情況看，不在于噪聲電平絕對值的大小，而在于信號與噪聲的相對大小，因此常用信號與噪聲的功率之比（信噪比）來衡量噪聲對信號的影響程度，用表示，顯然，信噪比越大，信號越純，恢復原始信號就越容易，傳輸?shù)恼Z音越清晰，圖像文字等分辨率越高。當信號在信道中傳輸時，由于信道產(chǎn)生噪聲要疊加到信號上去，所以信噪比不斷惡化，使輸出信號的質(zhì)量變壞。由此可見，通過輸出端信噪比相對于輸入端信噪比的變化，可以明確地反映線性網(wǎng)絡的噪聲性能，從而引入噪聲系數(shù)這一概念。它定義為輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值，用表示，因此有，用分貝表示為。

噪聲系數(shù)說明信號從線性網(wǎng)絡的輸入端傳到輸出端時，信噪比下降的程度，所以實際線路中的總是大于1的，只有理想網(wǎng)絡中噪聲系數(shù)才有可能為1（0dB）。3.降低噪聲的方法選擇低噪聲器件是降低噪聲的基本方法，場效應管具有比晶體管小的多的最佳噪聲系數(shù)。電阻是無緣網(wǎng)絡中主要的噪聲源，一般薄膜電阻比實心電阻噪聲小，薄膜電阻中，金屬膜電阻噪聲最小，如果體積允許，盡量不采用超小型電阻，因為小電阻不易散熱，容易產(chǎn)生噪聲。

2.7移動通信的噪音與干擾33

一般，高增益放大器的輸入級通稱為低噪聲級，因為輸入的信號電平很低，輸入級的噪聲將起作用。在多級的級聯(lián)放大器中，雖然每一級放大器都會產(chǎn)生內(nèi)部噪聲，但噪聲源在第一級時影響最大，所以對高增益放大器的設計，必須著重對第一級放大器的設計。對于基站，改善上行信號接收時的噪聲影響可以在塔頂天線與饋線連接處加裝塔頂放大器。塔頂放大器（塔放）就是在基站接收系統(tǒng)的前端即緊靠接收天線的位置增加一個低噪聲放大器，以改善基站的接收性能。塔放位置如圖2-15所示。塔放對改善上行鏈路性能的作用可分為改善噪聲系數(shù)和提高基站系統(tǒng)的接收靈敏度兩個方面。塔放降低了基站接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、有效改善上行信號，提高基站系統(tǒng)的接收靈敏度。圖2-15塔放位置示意圖

2.7移動通信的噪音與干擾34

在通信系統(tǒng)中普遍存在噪聲和干擾，它們對信道中信號的傳輸有著很嚴重的限制。噪聲又分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，其中外部噪聲和干擾是影響通信性能的重要因素。外部噪聲包括自然噪聲和人為噪聲。干擾指無線電臺間的相互干擾，如同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾等。

移動通信系統(tǒng)中的干擾主要來源于廣播、電視、雷達等部門及其他通信系統(tǒng)，如微波中繼通信、散射通信等。在移動通信中考慮的主要干擾有同頻干擾、鄰道干擾和互調(diào)干擾等。1.同頻干擾同頻干擾也稱為同信道干擾（同道干擾），是指相同載頻電臺之間的干擾。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻率利用率，在相隔一定距離可以使用相同的頻率，這稱為同信道復用。當有兩條或多條同頻信道在同時進行通信時，就會存在同頻干擾問題，而復用距離越遠，干擾就越小，但頻率利用率也會隨之降低。因此，在對無線區(qū)群進行頻率分配時，兩者要兼顧考慮。在滿足一定通信質(zhì)量要求的前提下，確定相同頻率重復使用的最小距離，該距離稱為同頻復用最小安全距離。在同頻復用距離不變的情況下，將全向天線改為定向天線，對同頻干擾也有很大的改善。2.7.1移動通信中的干擾

2.7移動通信的噪音與干擾35

2.鄰道干擾鄰道干擾是指相鄰的或鄰近的信道的信號相互干擾。在多信道共用的移動通信系統(tǒng)中，當移動臺靠近基站時，移動臺發(fā)射機的調(diào)制邊帶擴展和邊帶噪聲輻射，將會對正在接受微弱信號的鄰道基站接收機產(chǎn)生干擾。一般來說，移動臺距離基站越近，路徑傳播衰減越小，則鄰道干擾越大。反之，基站發(fā)射機對移動臺接收機的鄰道干擾則不太嚴重。因為遠距離的接收臺接收的有用信號功率遠大于鄰道干擾功率。鄰道干擾是屬于共信道干擾，即干擾分量落在被干擾接收機帶內(nèi)，接收機的選擇性再好也無法濾除此類干擾。對于基站的收發(fā)信來說，因收發(fā)雙工頻距足夠大，所以發(fā)射機的調(diào)制邊帶擴展和邊帶噪聲輻射不會造成對接收機產(chǎn)生嚴重干擾。即使移動臺相互靠近時，由于收發(fā)雙工頻距很大，也還是不會產(chǎn)生嚴重干擾。1）調(diào)制邊帶擴展調(diào)制邊帶擴展干擾是指話音信號經(jīng)調(diào)頻后，它的某些邊帶頻率落入相鄰信道形成的干擾。調(diào)頻波有1，2，3，……，n，……∞個邊頻分量，某些邊頻分量落入鄰道接收機帶內(nèi)，就造成調(diào)制邊帶擴展，干擾鄰道。調(diào)頻波有無窮個邊頻分量，嚴格來說頻帶寬度無限，但一般當n>4后，幅度越來越小，可以忽略。為減少發(fā)射機調(diào)制邊帶擴展干擾，應嚴格限制調(diào)制信號的帶寬。在發(fā)射機的語音加工電路中，加入瞬時頻偏控制（IDC）電路和鄰道干擾濾波器，如圖2-16所示。圖2-16IDC電路

2.7移動通信的噪音與干擾36

2）發(fā)射機邊帶噪聲在發(fā)射機工作頻率的兩側(cè)存在的頻譜很寬的噪聲稱為發(fā)射機邊帶噪聲，它可能在數(shù)MHz范圍內(nèi)對接收機產(chǎn)生干擾。影響發(fā)射機邊帶噪聲大小的因素主要有振蕩器、倍頻器的噪聲，IDC電路和調(diào)制電路的噪聲及電源的脈動、脈沖信號等引起的噪聲。減小發(fā)射機噪聲干擾的措施主要有兩個方面：一是設法減小發(fā)射機本身的邊帶噪聲。如減小倍頻次數(shù)；降低振蕩器的噪聲，電源去耦，盡量少采用低電平工作的電路及高靈敏度的調(diào)制電路等。二是從系統(tǒng)設計上采取減小發(fā)射機邊帶噪聲干擾的措施。如在發(fā)射機輸出端插入高Q帶通濾波器或增大各工作信道頻距，移動臺發(fā)射機采用自動功率控制等。3.互調(diào)干擾互調(diào)干擾是由于多個信號加至非線性器件上，產(chǎn)生與有用信號頻率相近的組合頻率（互調(diào)產(chǎn)物），從而造成對系統(tǒng)的干擾。非線性器件輸入信號多于兩個時，會增生原來信號中所沒有的新的不需要的組合頻率，即互調(diào)產(chǎn)物。如果產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物落入某接收機帶內(nèi)，且具有一定強度，就會造成對該接收機的干擾。在移動通信中，對于發(fā)射機來說，在發(fā)射機末端，由于攻防的非線性，把天線侵入的其它干擾信號與發(fā)射的有用信號產(chǎn)生互調(diào)就造成了發(fā)射機互調(diào)；對于接收機，處于互調(diào)關系的多個信號同時進入一個接收機，由于接收機高放或混頻的非線性而產(chǎn)生互調(diào)干擾，這就造成了接收機互調(diào)；此外，在發(fā)射機附近金屬接頭件生銹或腐蝕及不同金屬接觸處，在強射頻場中產(chǎn)生劍波作用而產(chǎn)生互調(diào)信號輻射，這種互調(diào)為外部互調(diào)，也叫生銹螺栓效應。

2.7移動通信的噪音與干擾37

總的來說，互調(diào)產(chǎn)生的原因是由于多個信號相互調(diào)制，產(chǎn)生組合頻率，組合頻率用冪級數(shù)表示為多次項，系數(shù)一般隨階次增高而減小，因此幅度最大、影響最嚴重的是有用信號附近的三階互調(diào)。1）三階互調(diào)一般非線性器件的非線性可用冪級數(shù)表示為：式中，，，，…為非線性器件的特性系數(shù)，通常有>>>…。假設輸入回路的選擇性較差，有兩個信號同時作用于非線性器件，即則輸出回路電流=直流項+基頻項+2次項+3次項+…。在3次項中，會出現(xiàn)、等組合頻率，在這些組合頻率中，對于和兩項而言，當和都接近于有用信號的頻率時，很容易滿足下列條件：上式說明，這兩種組合頻率不僅可以落入接收機的通頻帶之內(nèi)，而且可以在和都靠近的情況下發(fā)生，因為接收機的輸入電路對頻率靠近其工作頻率的干擾信號不會有很大的抑制作用，因此這兩種組合頻率的干擾對接收機的影響比較大，通常這種干擾就稱為三階互調(diào)干擾。當然還存在五階、七階等互調(diào)干擾，但高階互調(diào)的強度一般都小于低階互調(diào)分量的強度，也就是說五階、七階互調(diào)干擾的影響小于三階互調(diào)的影響，因此一般都只考慮三階互調(diào)干擾。

2.7移動通信的噪音與干擾38圖2-17等間隔信道分配圖2）無三階互調(diào)的頻道組移動通信系統(tǒng)是采用多信道工作的，這些信道間隔較窄，各信道載頻相差不大，與信道載頻相比很小，因此，產(chǎn)生三階互調(diào)的頻率源主要是網(wǎng)內(nèi)的多信道頻率，為了避免三階互調(diào)干擾，在分配頻率時，應合理選用頻道組中的頻率，使它們可能產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物不致落入同組頻道中任一工作頻道。如有個等間隔信道，、、、分別為、、、信道的載頻，產(chǎn)生三階互調(diào)干擾的頻率是：；。若C1信道使用頻率，C2使用，Cn使用，則任一信道的頻率為。其中，為所有信道頻率中最低頻率；為信道間隔的頻率數(shù)；Cn為n信道序號。如圖2-17所示用信道序號表示三階互調(diào)：；。用互調(diào)干擾公式計算互調(diào)的各種頻率的組合，計算繁瑣，但設計時又必須計算，因此用圖表、曲線等來方便工程設計。常用的有差值列陣法。包含在中，即有。所以，在多信道系統(tǒng)中，當任一兩個信道序號之差等于任一另兩個信道序號之差，就構成三階互調(diào)。如果為信道序號之差，則用信道序號表示的三階互調(diào)公式為，這就是差值列陣法基本公式，滿足此條件就會產(chǎn)生三階互調(diào)。

2.7移動通信的噪音與干擾39

應用時，用圖表法，1一次排列信道序號；2按規(guī)律依次計算相鄰信道序號差值，寫在兩信道序號間；3計算每隔一個信道的序號差值；4計算每隔二個信道的序號差值；5查看三角陣中是否有相同數(shù)值，若有，則存在三階互調(diào)；沒有則不存在三階互調(diào)。這種方法比較適用于信道數(shù)不多的情況。

（1）差值列陣法。根據(jù)前面討論，只要使任何兩個信道序號的差值不重復出現(xiàn)，那么這一組頻率就是無三階互調(diào)干擾信道組。舉例說明：選，即信道序號為、。不能出現(xiàn)差值1，只能選差值2。選，即信道序號為、、。不能再出現(xiàn)差值1，2，3，只能選差值4。

選，即信道序號為、、、。不能再出現(xiàn)差值1，2，3，4，6，7，只能選差值5，下一信道序號為8+5=13。信道序號為13，則不能出現(xiàn)差值1，2，3，4，5，6，7，9，11，12，只能選差值8，則下一信道序號為21。如圖2-18所示。按上述方法，可得無三階互調(diào)信道頻率配置表。表2-1給出了頻道利用率最高的無三階互調(diào)信道組方案。圖2-18差值列