移動(dòng)通信技術(shù)

1、第19章 移動(dòng)通信技術(shù) 19.1 移動(dòng)通信的概念及其特點(diǎn) 19.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 19.3 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展概況 19.4 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 19.5 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng) 19.6 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng) 19.7 集群系統(tǒng)19.8 無線尋呼系統(tǒng) 19.1 移動(dòng)通信的概念及其特點(diǎn) 所謂移動(dòng)通信，是指通信雙方或至少一方是在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)倪^程或方式。例如移動(dòng)體（車輛、船舶、飛機(jī)、人）與固定點(diǎn)之間、或移動(dòng)體之間的通信等等。從上述移動(dòng)通信的概念中我們可以看到，移動(dòng)通信其實(shí)很早就有，比如，飛機(jī)與機(jī)場(chǎng)之間、飛機(jī)與飛機(jī)之間的通信；船舶與碼頭之間、船舶與船舶之間的通信；野戰(zhàn)部隊(duì)與指揮部之間、野戰(zhàn)

2、部隊(duì)與野戰(zhàn)部隊(duì)之間的通信等等都屬于移動(dòng)通信的范疇。 由于那時(shí)的移動(dòng)通信領(lǐng)域比較專業(yè)，與人們的生活聯(lián)系不夠緊密，因此，沒有引起人們的高度重視和廣泛關(guān)注。隨著移動(dòng) 的出現(xiàn)和普及，移動(dòng)通信才逐漸被普通百姓所了解、接受。進(jìn)而引發(fā)了移動(dòng)通信的大發(fā)展和大普及，以至于在人們的概念中把移動(dòng)通信和 畫上了等號(hào)。本節(jié)我們所涉及的內(nèi)容也主要是移動(dòng) 。 移動(dòng)通信可以應(yīng)用在任何條件之下，特別是在有線通信不可及的情況下（如無法架線、埋電纜等）更能顯示出其優(yōu)越性。由于是無線方式，而且是在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行通信，因此形成了它的許多特點(diǎn)。 (1)移動(dòng)通信的傳輸信道必然是無線信道。由于在通信中至少有一方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，只能通過無線電波進(jìn)行

3、聯(lián)絡(luò)，因此移動(dòng)通信也稱為移動(dòng)無線電通信方式。 (2)具有復(fù)雜的電波傳播環(huán)境。由于電波受到城市高大建筑物的阻擋等原因，移動(dòng)臺(tái)接收到的是多徑信號(hào)，即同一信號(hào)通過各種途徑到達(dá)接收天線。這種信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生快速和劇烈的變化，稱為快衰落。因此，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的衰落現(xiàn)象，而移動(dòng)臺(tái)又處于高速運(yùn)動(dòng)中的時(shí)候，就會(huì)加快衰落現(xiàn)象，其衰落深度可達(dá)30dB左右。此時(shí)，就要求移動(dòng)臺(tái)具有良好的抗衰落的技術(shù)指標(biāo)。 另外，移動(dòng)通信是在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行的，移動(dòng)臺(tái)之間會(huì)出現(xiàn)近處移動(dòng)臺(tái)干擾遠(yuǎn)處移動(dòng)臺(tái)的現(xiàn)象，稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。因此，一般要求移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率具有自動(dòng)調(diào)整的能力，同時(shí)移動(dòng)臺(tái)的接收機(jī)需要具有自動(dòng)增益控制的能力，當(dāng)通信距離迅速改變時(shí)能自

4、動(dòng)進(jìn)行信號(hào)調(diào)整。 (3)干擾大，需采用抗干擾措施。移動(dòng)臺(tái)通信環(huán)境變化是很大的，經(jīng)常處于強(qiáng)干擾區(qū)。例如，移動(dòng)臺(tái)附近的發(fā)射機(jī)可能對(duì)正在通信的移動(dòng)臺(tái)形成強(qiáng)干擾。又如，汽車在公路上行駛，本車和其它車輛的噪聲所形成的干擾也相當(dāng)嚴(yán)重。因此，要求移動(dòng)通信具備很強(qiáng)的抗干擾能力。 (4)多普勒效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)中的移動(dòng)臺(tái)所接收的信號(hào)頻率將隨運(yùn)動(dòng)速度而變化，產(chǎn)生不同的頻移（稱為“多普勒效應(yīng)”），從而造成接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)不斷變化，其變化范圍可達(dá)2030dB。 (5)環(huán)境條件差，對(duì)設(shè)備要求高。移動(dòng)臺(tái)長期處于運(yùn)動(dòng)中，塵土、振動(dòng)、日曬雨淋的情況時(shí)常遇到，這就要求它必須有防振、防塵、防潮、抗沖擊等能力，還要求性能穩(wěn)定可靠、攜帶方便

5、、低功耗等。同時(shí)，為了方便用戶使用，要求操作方便、堅(jiān)固耐用，這就給移動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)和制造帶來很多困難。 (6)用戶量大，但頻率有限。有限的頻率資源決定了有限的信道數(shù)目，這和日益增長的用戶量形成了一對(duì)矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，除了開辟新的頻段，縮小頻道間隔之外，研究各種有效利用頻率的技術(shù)和新的體制是移動(dòng)通信面臨的重要課題。19.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 隨著移動(dòng)通信應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，移動(dòng)通信系統(tǒng)的類型越來越多，其分類方法也多種多樣。 按這種方式分類主要有陸地移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信和航空移動(dòng)通信三種類型。作為特殊使用環(huán)境，還有地下隧道礦井、水下潛艇和太空航天等移動(dòng)通信。 2. 按服務(wù)對(duì)象分類 按這種方式

6、分類可分為公用移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信兩種類型。在公用移動(dòng)通信中，目前我國有中國移動(dòng)、中國聯(lián)通經(jīng)營的移動(dòng) 業(yè)務(wù)。由于它是面向社會(huì)各階層人士的，因此稱為公用網(wǎng)。專用移動(dòng)通信是為保證某些特殊部門的通信所建立的通信系統(tǒng)，由于各個(gè)部門的性質(zhì)和環(huán)境有很大區(qū)別，因而各個(gè)部門使用的移動(dòng)通信網(wǎng)的技術(shù)要求有很大差異，例如公安、消防、急救、防汛、交通管理、機(jī)場(chǎng)調(diào)度等。 （1）蜂窩狀移動(dòng) 系統(tǒng)。蜂窩狀移動(dòng) 是移動(dòng)通信的主體，它是具有全球性的用戶容量的最大移動(dòng) 網(wǎng)。 （2）集群調(diào)度移動(dòng) 。它可將各個(gè)部門所需的調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，集中管理，每個(gè)部門都可建立自己的調(diào)度中心臺(tái)。它的特點(diǎn)是共享頻率資源，共享通信設(shè)施，共享

7、通信業(yè)務(wù)，共同分擔(dān)費(fèi)用，是一種專用調(diào)度系統(tǒng)的高級(jí)發(fā)展階段，具有高效廉價(jià)的自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)，頻率利用率高。 （3）無中心個(gè)人無線 系統(tǒng)。它沒有中心控制設(shè)備，這是與蜂窩網(wǎng)和集群網(wǎng)的主要區(qū)別。它將中心集中控制轉(zhuǎn)化為電臺(tái)分散控制。由于不設(shè)置中心控制，故可以節(jié)約建網(wǎng)投資，并且頻率利用率最高。系統(tǒng)采用數(shù)字選呼方式，采用共用信道傳送信令，接續(xù)速度快。由于系統(tǒng)沒有蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和集群系統(tǒng)那樣復(fù)雜，建網(wǎng)簡(jiǎn)易，投資低，性能價(jià)格比最高，它適用于個(gè)人業(yè)務(wù)和小企業(yè)的單區(qū)組網(wǎng)分散小系統(tǒng)。 （4）公用無繩 系統(tǒng)。公用無繩 是公共場(chǎng)所使用的無繩 系統(tǒng)，例如商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、火車站等。通過無繩 的 可以呼入市話網(wǎng)，也可以實(shí)現(xiàn)雙向呼叫。

8、它的特點(diǎn)是不適用于乘車使用，只適用于步行。 （5）移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。21世紀(jì)通信的最大特點(diǎn)是衛(wèi)星通信終端手持化，個(gè)人通信實(shí)現(xiàn)全球化。所謂個(gè)人通信，是移動(dòng)通信的進(jìn)一步發(fā)展，是面向個(gè)人的通信。其實(shí)質(zhì)是任何人在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，可與任何人實(shí)現(xiàn)任何方式的通信。只有利用衛(wèi)星通信覆蓋全球的特點(diǎn)，通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)名符其實(shí)的全球個(gè)人通信。近年來移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展最快的為低軌道的銥系統(tǒng)和全星系統(tǒng)，中軌道的國際移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)和奧德賽系統(tǒng)。19.3 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展概況 移動(dòng)通信的發(fā)展從總體上講可以分為三個(gè)階段，也稱為三代。 1.第一代（1G：1Generation）模擬移

9、動(dòng)通信系統(tǒng) 從1946年美國使用150MHz單個(gè)汽車無線 開始到20世紀(jì)90年代初，是移動(dòng)通信發(fā)展的第一階段。因?yàn)檎{(diào)制前信號(hào)都是模擬的，也稱模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)。 第一代移動(dòng)通信的主要特征為模擬技術(shù)，可分為蜂窩、無繩、尋呼和集群等多類系統(tǒng)，每類系統(tǒng)又有互不兼容的技術(shù)體制。它的發(fā)展可分為三個(gè)主要階段： (1)初級(jí)階段。1946年到20世紀(jì)60年代中期，這一階段移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)是容量小，用戶少，人工切換，設(shè)備都采用電子管，體積大、耗電多。 (2)中級(jí)階段。20世紀(jì)60年代中期到20世紀(jì)70年代中期，在這一階段模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)有了較大的發(fā)展， 如美國的改進(jìn)型汽車 系統(tǒng)。這一階段的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了用戶全自動(dòng)

10、撥號(hào)，采用了晶體管使得設(shè)備體積變小，功耗降低，頻段由原來的30MHz、80MHz發(fā)展到150MHz和450MHz。公安、消防、列車、新聞等行業(yè)出現(xiàn)了大量的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。 (3)大規(guī)模發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代中期到20世紀(jì)80年代末，出現(xiàn)了“蜂窩”系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)容量和頻率利用率。大規(guī)模集成電路和微機(jī)、微處理器的大量應(yīng)用使系統(tǒng)功能更強(qiáng)，移動(dòng)臺(tái)更加小型化，功耗更低，話音質(zhì)量大幅度提高；頻段從450MHz發(fā)展到900MHz，頻帶間隔減小，提高了信道利用率。 2. 第二代（2G）數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng) 這時(shí)候移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征是采用了數(shù)字技術(shù)。雖然仍是多種系統(tǒng)，但每種系統(tǒng)的技術(shù)體制有所減少。數(shù)字蜂

11、窩移動(dòng)系統(tǒng)有GSM、DAMPS、CDMA三種，數(shù)字無繩 有DECT、PHS等幾種，高速尋呼有FLEX、APCO、ERMES三種。當(dāng)時(shí)，北美、歐洲、日本根據(jù)各自的情況相繼制定了三種不同的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，即北美的IS54、歐洲的GSM、日本的JDC（后改為PDC）， 并都在20世紀(jì)90年代初生產(chǎn)出了實(shí)際的商用系統(tǒng)。1991年7月GSM系統(tǒng)開始投入使用。1992年美國提出了CDMA技術(shù)的蜂窩系統(tǒng)的建議，1993年被蜂窩 工業(yè)協(xié)會(huì)（CTIA）和電信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）批準(zhǔn)為中期標(biāo)準(zhǔn)9598（IE95IE98）。這時(shí)的CDMA系統(tǒng)也稱為窄帶CDMA系統(tǒng)（NCDMA）。 3.第三代（3G）IMT2000移

12、動(dòng)通信系統(tǒng) 隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，國際電聯(lián)在此基礎(chǔ)上制定公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，IMT2000標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本確定，設(shè)備生產(chǎn)商和運(yùn)營商正致力于3G產(chǎn)品和市場(chǎng)的開發(fā)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)以全球通用、系統(tǒng)綜合作為基本出發(fā)點(diǎn)，以圖建立一個(gè)全球范圍的移動(dòng)通信綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，提供與固定 網(wǎng)業(yè)務(wù)兼容、質(zhì)量相當(dāng)?shù)亩喾N話音和非話音業(yè)務(wù)。 由信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院代表中國提出的TDSCDMA標(biāo)準(zhǔn)提案被國際電聯(lián)采納為世界第三代移動(dòng)通信（3G）無線接口技術(shù)規(guī)范建議之一。2000年5月，國際電聯(lián)無線大會(huì)上又正式將TDSCDMA列入世界3G無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)之一。TDSCDMA的成功，結(jié)束了中國在電信標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域零的

13、空白歷史，為扭轉(zhuǎn)中國移動(dòng)通信制造業(yè)長期以來的被動(dòng)局面提供了十分難得的機(jī)遇。 我國的移動(dòng)通信發(fā)展始于20世紀(jì)80年代中期，主要以無線尋呼、蜂窩移動(dòng) 、集群通信系統(tǒng)、無繩 為代表。1984年上海郵電部門開辦了我國第一個(gè)無線尋呼臺(tái)，1987年11月廣州郵電部門開通了我國第一個(gè)900MHz蜂窩模擬移動(dòng) TACS系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)于1994年開始建設(shè)，1995年進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)并逐漸實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，DCS1800頻段也于1997年陸續(xù)開通。基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的CDMA系統(tǒng)于1996年由一家美國公司在天津建立實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，1997年開始先后在北京、廣州、上海、西安四個(gè)城市試點(diǎn)，現(xiàn)已大規(guī)模建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)了全國聯(lián)網(wǎng)。

14、現(xiàn)在，我國移動(dòng) 主要是以GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)兩網(wǎng)為主。GSM網(wǎng)簡(jiǎn)稱G網(wǎng)，工作在900MHz頻段。后來由于用戶量急速增加，原有頻段已經(jīng)不能滿足要求，又開通了1800MHz的頻點(diǎn)即DCS1800網(wǎng)，俗稱D網(wǎng)。由于D網(wǎng)與G網(wǎng)工作原理相同（其差別主要是工作頻率不同），因此在應(yīng)用中經(jīng)常把G網(wǎng)和D網(wǎng)統(tǒng)稱為G網(wǎng)。它們都可在國內(nèi)自動(dòng)漫游，還與澳門、新加坡、芬蘭等地區(qū)和國家G網(wǎng)互聯(lián)推出國際漫游業(yè)務(wù)。 目前普遍使用的GSM900MHz頻段 最大發(fā)射功率為2W（33dBm），1800MHz頻段最大發(fā)射功率為1W（30dBm），規(guī)范要求對(duì)于GSM900和GSM1800頻段，通信過程中 最小發(fā)射功率分別不能低于5dBm

15、和0dBm。C網(wǎng)即CDMA網(wǎng)，由中國聯(lián)通公司建設(shè)運(yùn)營，其特點(diǎn)是容量大、接通率高、背景噪音小、信號(hào)不易中斷。CDMAIS-95A規(guī)范對(duì) 最大發(fā)射功率要求為0.21W（2330dBm），實(shí)際上目前網(wǎng)絡(luò)允許 的最W（23dBm），規(guī)范對(duì)CDMA 最小發(fā)射功率沒有要求。 由于G網(wǎng)、C網(wǎng)工作原理不同，而且 的發(fā)射功率還取決于與基站的通信距離，因此，不能簡(jiǎn)單地比較GS 和CDMA 的發(fā)射功率。一般來說，在與基站距離相同的情況下，CDMA 的發(fā)射功率要比GSM 的發(fā)射功率小。由于發(fā)射功率小，對(duì)人體的影響也相對(duì)減小，因此CDMA 也被稱為“綠色 ”。CDMA網(wǎng)目前也已實(shí)現(xiàn)部分國家的國際漫游業(yè)務(wù)。 無線尋呼在我

16、國已有近20年的歷史。以集群系統(tǒng)為代表的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)很早在我國開通，遍及許多行業(yè)，但發(fā)展緩慢；無繩 系統(tǒng)除了CT2系統(tǒng)（第二代數(shù)字無繩 標(biāo)準(zhǔn)）在一些中小城市開通外，在第14章（接入網(wǎng)）中介紹的小靈通在我國也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，小靈通已開始采用第3代500mWipas基站和基于軟交換架構(gòu)的IP核心網(wǎng)絡(luò)，不但大大提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)穿透能力和通話質(zhì)量，更能有效地支持各種語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶可以通過小靈通無線上網(wǎng)收發(fā)電子郵件、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)。19.4 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 移動(dòng)通信系統(tǒng)一般由移動(dòng)臺(tái)（MS,Mobile Set）、基站（BS,Base Station）、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（M

17、SC,Mobile Switch Center）等組成，如圖191所示。圖191 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)有收、發(fā)信機(jī)和天線等設(shè)備。每個(gè)基站都有一個(gè)可靠通信的服務(wù)范圍，稱為無線小區(qū)（通信服務(wù)區(qū)）。無線小區(qū)的大小，主要由發(fā)射功率和基站天線的高度決定。根據(jù)服務(wù)面積的大小可將移動(dòng)通信網(wǎng)分為大區(qū)制、中區(qū)制和小區(qū)制（Cellular System）三種。大區(qū)制是指一個(gè)通信服務(wù)區(qū)（比如一個(gè)城市）由一個(gè)無線區(qū)覆蓋，此時(shí)基站發(fā)射功率很大（50W或100W以上，對(duì) 的要求一般為5W以下），無線覆蓋半徑可達(dá)25km以上。 其基本特點(diǎn)是，只有一個(gè)基站，覆蓋面積大，信道數(shù)有限，一般只能容納數(shù)百到數(shù)千個(gè)用戶。

18、大區(qū)制的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)容量不大，為了克服這一限制，適合更大范圍（大城市）、更多用戶的服務(wù)，就必須采用小區(qū)制。小區(qū)制一般是指覆蓋半徑為210km的多個(gè)無線區(qū)鏈合而形成整個(gè)服務(wù)區(qū)的制式，此時(shí)的基站發(fā)射功率很?。?20W）。由于通常將小區(qū)繪制成六角形（實(shí)際小區(qū)覆蓋地域并非六角形），多個(gè)小區(qū)結(jié)合后看起來很像蜂窩，因此稱這種組網(wǎng)為蜂窩網(wǎng)。 用這種組網(wǎng)方式可以構(gòu)成大區(qū)域大容量的移動(dòng)通信系統(tǒng)，進(jìn)而形成全省、全國或更大的系統(tǒng)。 小區(qū)制有以下四個(gè)特點(diǎn)： (1)基站只提供信道，其交換、控制都集中在一個(gè)移動(dòng) 交換局（MTSO，Mobile Telephone Switching Office），或稱為移動(dòng)交換中心。

19、其作用相當(dāng)于一個(gè)市話交換局。而大區(qū)制的信道交換、控制等功能都集中在基站完成。 (2)具有“過區(qū)切換功能”（Handoff），簡(jiǎn)稱“過區(qū)”功能。即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，要從原基站的信道切換到新基站的信道上來，而且不能影響正在進(jìn)行的通話。 (3)具有漫游（Roaming）功能。即一個(gè)移動(dòng)臺(tái)從本管理區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)管理區(qū)時(shí)，其 號(hào)碼不能變，仍然像在原管理區(qū)一樣能夠被呼叫到。 (4)具有頻率再用的特點(diǎn)。所謂頻率再用是指一個(gè)頻率可以在不同的小區(qū)重復(fù)使用。由于同頻信道可以重復(fù)使用，再用的信道越多，用戶數(shù)也就越多。因此，小區(qū)制可以提供比大區(qū)制更大的通信容量。幾種頻率的組網(wǎng)方式見圖192。圖19

20、2 幾種小區(qū)組網(wǎng)圖案(頻率再用) 目前發(fā)展方向是將小區(qū)劃小，成為微區(qū)、宏區(qū)和毫區(qū)，其覆蓋半徑降至100m左右。中區(qū)制則是介于大區(qū)制和小區(qū)制之間的一種過渡制式。移動(dòng)交換中心主要用來處理信息和整個(gè)系統(tǒng)的集中控制管理。移動(dòng)交換中心還因系統(tǒng)不同而有幾種名稱，如在美國的AMPS系統(tǒng)中被稱為移動(dòng)交換局MTSO，而在北歐的NMT900系統(tǒng)中被稱為移動(dòng)交換機(jī)MTX。19.5 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng) 19.5.1 GSM系統(tǒng)簡(jiǎn)介 20世紀(jì)80年代初期，當(dāng)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)剛投放市場(chǎng)時(shí)，歐洲的電信運(yùn)營部門就發(fā)覺他們的汽車 遠(yuǎn)不如他們的高速公路那樣暢通。五六種系統(tǒng)將整個(gè)歐洲的蜂窩網(wǎng)割得四分五裂，根本不能形成規(guī)模效益。面對(duì)

21、這一現(xiàn)狀，歐洲電信運(yùn)營部門于1982年成立了一個(gè)移動(dòng)特別小組（GSM，Group Special Mobile）， 開始指定一種泛歐數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。經(jīng)過6年的研究、實(shí)驗(yàn)和比較，于1988年確定了包括采用TDMA技術(shù)在內(nèi)的主要技術(shù)規(guī)范并且制定出實(shí)施計(jì)劃。從1991年開始，這一系統(tǒng)在德國、英國和北歐許多國家投入試運(yùn)行，吸引了全世界的廣泛注意，使GSM向著全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的宏偉目標(biāo)邁出了一大步。需要說明的是，目前對(duì)“GSM”還有另外一種解釋，即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication）。 我國參照GSM標(biāo)準(zhǔn)制定了自己的技術(shù)要求，主要內(nèi)

22、容有：使用900MHz頻段，即890915MHz（移動(dòng)臺(tái)-基站）和935960MHz（基站、移動(dòng)臺(tái)），收發(fā)間隔45MHz；載頻間隔200kHz，每載波信道數(shù)8個(gè)，基站最大功率300W，小區(qū)半徑0.535km，調(diào)制類型GMSK，傳輸速率270kb/s，W。 19.5.2 GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)由若干個(gè)功能實(shí)體構(gòu)成，每個(gè)實(shí)體完成特定的功能。其結(jié)構(gòu)見圖193。這些實(shí)體有移動(dòng)臺(tái)、基站收發(fā)信機(jī)、基站控制器、移動(dòng)交換中心、外來用戶位置寄存器、本地用戶位置寄存器、鑒別中心、設(shè)備識(shí)別寄存器和操作維護(hù)中心等。圖193 GSM通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）移動(dòng)臺(tái)（MS）。移動(dòng)臺(tái)由用戶設(shè)備構(gòu)成，用戶使用這些設(shè)備

23、可接人蜂窩網(wǎng)中，得到所需要的通信服務(wù)。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都包括一個(gè)移動(dòng)終端。根據(jù)通信業(yè)務(wù)的需要，移動(dòng)臺(tái)還可包括各種終端設(shè)備及終端適配器等。移動(dòng)臺(tái)分為車載臺(tái)、便攜臺(tái)和手持機(jī)三種形式。移動(dòng)臺(tái)有若干識(shí)別號(hào)碼。作為一個(gè)完整的設(shè)備，移動(dòng)臺(tái)的正常工作由國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼（IMEI）提供保障。用戶使用時(shí)，被分配一個(gè)國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMS），并通過用戶識(shí)別卡（SIM卡）實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的識(shí)別。 （2）基站子系統(tǒng)（BSS）。在一定的無線覆蓋區(qū)中，由移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）控制，與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備。一個(gè)基站的無線設(shè)備可含一個(gè)或多個(gè)小區(qū)的無線設(shè)備。BSS可分為基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信機(jī)設(shè)備（BTS）。BTS包

24、括無線傳輸所需的各種硬件和軟件，如發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，天線，接口電路及檢測(cè)和控制裝置；BSC是BTS與MSC之間的連接點(diǎn)，為BTS與MSC之間交換信息提供接口，BSC主要功能是進(jìn)行無線信道管理，實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立及拆除，并為本控制區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺(tái)的過區(qū)切換進(jìn)行控制。 （3）移動(dòng)交換中心（MSC）。它是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心。在它所覆蓋的區(qū)域中對(duì)MS進(jìn)行控制，是交換的功能實(shí)體，也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口。它除了完成固定網(wǎng)中交換中心所要完成的呼叫控制等功能外，為了建立移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，每個(gè)MSC還應(yīng)完成入口MSC（GMSC）的功能，即查詢位置信息的功能。 （4）外來用戶位置寄存器（VLR）

25、。它是MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS的來話會(huì)話呼叫，所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫，VLR存儲(chǔ)與呼叫處理有關(guān)的一些數(shù)據(jù)，例如用戶的號(hào)碼，處理過程中的識(shí)別，向用戶提供本地用戶的服務(wù)等參數(shù)。 （5）本地用戶位置寄存器（HLR）。它是管理部門用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(yīng)在某個(gè)位置寄存器注冊(cè)登記。HLR主要存儲(chǔ)兩類信息，一是有關(guān)用戶的參數(shù)，二是有關(guān)用戶當(dāng)前位置的信息，以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，例如移動(dòng)臺(tái)的漫游號(hào)碼，VLR地址等。 （6）設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）。EIR是存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視與閉鎖等功能。只有登記過設(shè)備識(shí)別號(hào)（即有權(quán)用戶），才能得到通話服務(wù)。

26、（7）鑒別中心（AUC）。AUC負(fù)責(zé)認(rèn)證移動(dòng)用戶的身份和密碼，產(chǎn)生相應(yīng)認(rèn)證參數(shù)，有隨機(jī)號(hào)碼（RAND）、簽字響應(yīng)（SREC）、密鑰（KC）等。AUC對(duì)任何試圖入網(wǎng)的移動(dòng)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，只有合法用戶才能接人網(wǎng)中并得到服務(wù)。 （8）操作維護(hù)中心（OMC）。OMC是網(wǎng)絡(luò)操作者對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作的功能實(shí)體。例如系統(tǒng)的自檢、報(bào)警與備用設(shè)備的激活，系統(tǒng)的故障診斷與處理，話務(wù)量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞，以及各種資料的收集、分析與顯示等。 通常，HLR、EIR和AUC合置于一個(gè)物理實(shí)體中。VLR、MSC合置于一個(gè)物理實(shí)體中。MSC、VLR、HLR、AUC、EIR也可都設(shè)置在一個(gè)物理實(shí)體中。 19.5.

27、3 GSM系統(tǒng)的傳輸方式 GSM系統(tǒng)主要采用了時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)，由此引出許多不同的特點(diǎn)，并為移動(dòng)用戶提供更為廣泛的業(yè)務(wù)功能。 1.TDMA基本概念 TDMA的基本思想是系統(tǒng)中各移動(dòng)臺(tái)占用同一頻帶，但占用不同的時(shí)隙，即在一個(gè)通信網(wǎng)內(nèi)各臺(tái)占用不同的時(shí)隙建立通信的方式。 通常，各移動(dòng)臺(tái)只在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)以突發(fā)的形式發(fā)射它的信號(hào)，這些信號(hào)通過基站的控制在時(shí)間上依次排列、互不重疊；同樣，各移動(dòng)臺(tái)只要在指定時(shí)隙內(nèi)接收信號(hào)，就能從各路信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來。實(shí)際上，在GSM系統(tǒng)中既采用了TDMA技術(shù)，也采用了FDMA技術(shù)。具體來說就是，在GSM的25MHz帶寬內(nèi)，總共分為125個(gè)頻道，一個(gè)頻道（

28、即一個(gè)載波）可同時(shí)傳送8個(gè)話路，而一個(gè)頻道占用200kHz帶寬，即頻道間隔為200kHz。這樣，總共可容納1000個(gè)用戶。 (1)小區(qū)。一個(gè)基站或基站的一部分（扇形天線）所覆蓋的區(qū)域。 (2)基站區(qū)域。由一個(gè)基站的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域。 (3)位置區(qū)。移動(dòng)臺(tái)可以任意移動(dòng)，不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域；位置區(qū)可由一個(gè)或若干個(gè)小區(qū)組成。 (4)MSC區(qū)。一個(gè)MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域。一個(gè)MSC區(qū)可由一個(gè)或若干個(gè)位置區(qū)組成。 (5)服務(wù)區(qū)。移動(dòng)臺(tái)可以獲得服務(wù)的區(qū)域，無需知道移動(dòng)臺(tái)實(shí)際位置而可馬上通信的區(qū)域。服務(wù)區(qū)由若干個(gè)公用移動(dòng) 網(wǎng)組成。各用戶在通信時(shí)所占用的頻道和時(shí)隙是在呼叫建立階段由網(wǎng)絡(luò)

29、動(dòng)態(tài)分配的。各小區(qū)需要在其分配的頻道當(dāng)中，指配一個(gè)專門的頻道作為所有移動(dòng)用戶的公用信道，用于基站廣播通用（控制）信息和移動(dòng)臺(tái)發(fā)送入網(wǎng)申請(qǐng)，其余頻道用于各類業(yè)務(wù)信息的傳播。 移動(dòng)臺(tái)除了在指配的頻道和時(shí)隙中發(fā)送和接收與自己有關(guān)的信息外，還可以在其它時(shí)隙檢測(cè)或接收周圍基站發(fā)送的廣播信息，因而移動(dòng)臺(tái)可隨時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)和周圍基站的信號(hào)強(qiáng)度，以判斷何時(shí)需要進(jìn)行過境切換和應(yīng)該向哪一個(gè)基站進(jìn)行過境切換。19.6 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng) 19.6.1 CDMA系統(tǒng)簡(jiǎn)介 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代中期，采用模擬調(diào)制和頻分多址方式，網(wǎng)絡(luò)采用模擬信令，提供的全是話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)產(chǎn)生于20

30、世紀(jì)80年代中期，使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)、時(shí)分多址或碼分多址方式，網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字信令，除提供語音業(yè)務(wù)外，還含有少量短消息（數(shù)據(jù)）服務(wù)。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的發(fā)展，全球性的聯(lián)絡(luò)更加密切，相應(yīng)地要求提供綜合化的信息業(yè)務(wù)，如話音、圖像、數(shù)據(jù)等，即具有多媒體特征的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。為滿足這種需求，第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，其網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字信令，并結(jié)合移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)，以不同的小區(qū)結(jié)構(gòu)，形成覆蓋全球的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，提供全球話音及不同速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。 1995年香港和記電訊公司開通全球第一個(gè)CDMA數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在經(jīng)過19961997兩年的商用化之后，CDMA技術(shù)在全球范圍得到普遍的發(fā)展。目前全球6大洲的39個(gè)國家

31、和地區(qū)采用并開通的CDMA蜂窩或PCS網(wǎng)絡(luò)已達(dá)100多個(gè)，且用戶增長的速度驚人。我國十分重視CDMA技術(shù)的發(fā)展，在“八五”和“九五”期間先后投人大量的人力和物力去研制CDMA數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的技術(shù)。對(duì)于窄帶CDMA（NCDMA）系統(tǒng)的應(yīng)用， 在1997年底基本完成商用試驗(yàn)，同時(shí)中國電信長城網(wǎng)的800MHz CDMA數(shù)宇蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的各項(xiàng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也逐漸制定和完善。 中國聯(lián)通在2000年底建成容量為1000萬戶左右的CDMA網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全國250個(gè)以上城市，到2003年將累計(jì)建設(shè)容量達(dá)4000萬戶，基本覆蓋全國大部分縣級(jí)以上的城市。采用智能技術(shù)提供多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)極大的系統(tǒng)容量，真正實(shí)現(xiàn)在任何

32、地方、任何時(shí)間獲得任何信息的個(gè)人通信的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，正是建立在WCDMA、TDSCDMA和CDMA2000技術(shù)之上的移動(dòng)通信系統(tǒng)。 19.6.2 CDMA系統(tǒng)工作原理 CDMA是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。擴(kuò)頻通信技術(shù)在信號(hào)發(fā)端用一高速偽隨機(jī)碼與數(shù)字信號(hào)相乘，由于偽隨機(jī)碼的速率比數(shù)字信號(hào)的速率大得多，因而擴(kuò)展了信息傳輸帶寬。在收信端，用相同的偽隨機(jī)序列與接收信號(hào)相乘，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)。擴(kuò)頻通信具有隱蔽性、保密性、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。CDMA蜂窩通信系統(tǒng)的原理如圖194所示。 擴(kuò)頻通信中用的偽隨機(jī)碼常常采用m序列，這是因?yàn)樗哂腥菀桩a(chǎn)生和自相關(guān)特性優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。其歸一化自

33、相關(guān)函數(shù)只有1和-1K兩個(gè)值，K是m序列長度。所以，只有在收發(fā)端偽隨機(jī)序列相位相同時(shí)才能恢復(fù)發(fā)送信號(hào)。碼分多址技術(shù)就是利用了這一特點(diǎn)，采用不同相位的相同m序列作為多址通信的地址碼。由于m序列的自相關(guān)特性與長度有關(guān)，作為地址碼，其長度應(yīng)盡可能長，以供更多用戶使用。同時(shí)，可以獲得更高的處理增益和保密性，但是又不能太長，否則不僅使電路復(fù)雜，也不利于快速捕獲與跟蹤。圖194 CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)原理 (1）地址碼的選擇。在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，綜合采用了三種碼。一種是長度為215的PN碼，它通過在長度為215-1的m序列14個(gè)連“0”輸出后再加人一個(gè)“0”獲得。它用于區(qū)分不同的基站信號(hào)，不與基站保持同步

34、，但使用的PN碼序列相位偏移不同。規(guī)定每個(gè)站的PN碼相位偏移只能是64的整數(shù)倍，因而有512個(gè)值可被不同基站使用。使用相同序列、不同相位作為地址碼，便于搜索與同步。 另一種是長度為242-1的PN序列，它在前向信道用于信號(hào)的保密，在反向信道用于區(qū)分不同的移動(dòng)臺(tái)。這樣長的碼有利于信號(hào)的保密，同時(shí)基站知道特定移動(dòng)臺(tái)的長碼及其相位，因而不需要對(duì)它進(jìn)行搜索與捕獲。 CDMA蜂窩系統(tǒng)將前向物理信道劃分為多個(gè)邏輯信道，即一個(gè)導(dǎo)頻信道（導(dǎo)頻信道上的信號(hào)必須不停地發(fā)射，用于基站覆蓋區(qū)中的移動(dòng)臺(tái)的同步與切換）、一個(gè)同步信道（必要時(shí)可以改作業(yè)務(wù)信道，因?yàn)橐苿?dòng)臺(tái)在獲得同步后不需再監(jiān)聽同步信道）、7個(gè)尋呼信道（必要時(shí)

35、可以改作業(yè)務(wù)信道）和55個(gè)前向業(yè)務(wù)信道（最多63個(gè)），劃分的方法是采用完全正交碼Walsh序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 由于Walsh序列的正交性，不同信道的信號(hào)是正交的，同時(shí)區(qū)分不同移動(dòng)臺(tái)用戶。相鄰基站可以使用相同的Walsh序列，雖然可能不滿足正交性，但可以由PN短碼提供區(qū)分。在反向鏈路，Walsh序列用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行正交碼多進(jìn)制調(diào)制，以提高通信鏈路的質(zhì)量。反向信道由PN碼來區(qū)分，不同用戶的接入信道長碼產(chǎn)生使用公用掩碼，反向業(yè)務(wù)信道的長碼掩碼與移動(dòng)臺(tái)有關(guān)。 （2）擴(kuò)頻碼速率的選擇。CDMA蜂窩系統(tǒng)擴(kuò)頻碼（在前向鏈路是Walsh序列，在反向鏈路是PNMHz。這個(gè)規(guī)定考慮了頻譜資源的限制、系統(tǒng)容量、多徑

36、分離的需要和基帶數(shù)據(jù)速率等多個(gè)因素。在美國，F(xiàn)CC（美國通信委員會(huì)）規(guī)定劃分給蜂窩通信的頻譜帶寬為單向25MHz，MHz，MHz。MHz。MHzMHzMHz寬頻帶內(nèi)可以劃分出10條信道。 決定CDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)容量的主要因素是：系統(tǒng)的處理增益、信號(hào)比特能量與噪聲功率譜密度比、話音占空比、頻率重用效率、每小區(qū)的扇區(qū)數(shù)目。為了取得高的系統(tǒng)處理增益，獲得高的系統(tǒng)容量，擴(kuò)頻碼速率應(yīng)當(dāng)盡可能高。通常，陸地移動(dòng)通信環(huán)境的多徑延遲為1100s。為了充分發(fā)揮擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多徑分離的作用，要求擴(kuò)頻碼序列的持續(xù)時(shí)間小于1s，也就是擴(kuò)頻碼速率應(yīng)大于1MHz。MHzkb/s整除，且除數(shù)為2的冪指數(shù)（128=

37、27）。 19.6.3 CDMA系統(tǒng)的傳輸方式 在FDMA（頻分多址）中，不同地址的用戶占用信道不同的頻帶進(jìn)行通信。在TDMA（時(shí)分多址）中，不同地址的用戶占用信道的不同時(shí)隙進(jìn)行通話。在CDMA（碼分多址）中，所有用戶使用相同的頻率和相同的時(shí)間在同一地區(qū)通信，不同用戶依靠不同的地址碼區(qū)分。這樣，和其它幾種多址方式比較，CDMA多址方式就顯得線路分配靈活，往返呼叫時(shí)間不會(huì)太長。碼分多址方式區(qū)分不同地址信號(hào)的方法是： 利用自相關(guān)性非常強(qiáng)而互相關(guān)性比較低的周期性碼序列作為地址信息（稱地址碼），對(duì)被用戶信息調(diào)制過的已調(diào)波進(jìn)行再次調(diào)制，使得頻譜更為展寬，這就是擴(kuò)頻調(diào)制。在接收端以本地產(chǎn)生的已知的地址碼為

38、參考，根據(jù)相關(guān)性的差異對(duì)收到的所有信號(hào)進(jìn)行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼完全一致的寬帶信號(hào)還原為窄帶而選出，其它與本地地址碼無關(guān)的信號(hào)則仍保持或擴(kuò)展為寬帶信號(hào)而濾去，稱為相關(guān)檢測(cè)或擴(kuò)頻解調(diào)，這就是碼分多址的基本原理。 要實(shí)現(xiàn)碼分多址，必須具備下列三個(gè)條件。 (1)有足夠多的強(qiáng)相關(guān)性的地址碼，使系統(tǒng)中每個(gè)站都能分配到所需的地址碼。 (2)必須用地址碼對(duì)待發(fā)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，使傳輸信號(hào)所占頻帶極大地?cái)U(kuò)展（一般應(yīng)達(dá)到幾百倍以上）。把地址碼與信號(hào)傳輸帶寬的擴(kuò)展聯(lián)系起來，是為接收端區(qū)分信號(hào)完成實(shí)質(zhì)性的準(zhǔn)備。 (3)在碼分多址通信系統(tǒng)中的各接收端，必須有本地地址碼。該地址碼應(yīng)與對(duì)端發(fā)來的地址碼完全一致，用

39、來對(duì)收到的全部信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，將地址碼之間不同的相關(guān)性轉(zhuǎn)化為頻譜寬窄的差異，然后用窄帶濾波器從中選出所需的信號(hào)，這是完成碼分多址最主要的環(huán)節(jié)。 與其它多址方式相比，碼分多址方式的主要特點(diǎn)在于，所傳送的已調(diào)波的頻譜很寬，功率譜密度很低，且各載波可共用同一時(shí)域、頻域和空域，只是不能共用同一地址碼，因此，碼分多址具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1) 抗干擾能力強(qiáng)。在地址碼相關(guān)特性較理想和頻譜擴(kuò)展程度較高的條件下，碼分多址具有很強(qiáng)的抑制干擾能力，直接表現(xiàn)在擴(kuò)頻解調(diào)器的輸出信噪比相對(duì)于輸入信噪比要高得多。 (2) 較好的保密通信能力。由于采用了擴(kuò)頻調(diào)制，在信道中傳輸所需的載波與噪聲的功率比很低（約為-20dB）

40、，信號(hào)完全隱蔽在噪聲、干擾之中，不易被發(fā)現(xiàn)；用獨(dú)特的地址碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制相當(dāng)于一次加密，增加了破譯的難度。 (3)實(shí)現(xiàn)多址連接較靈活方便，所以碼分多址方式也以很快的增長速度在地面的移動(dòng)通信系統(tǒng)和無線接入網(wǎng)中應(yīng)用，即將投入商用的第三代移動(dòng)通信就是采用了碼分多址方式。 19.6.4 CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) CDMA系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)及擴(kuò)頻通信的原理，可在系統(tǒng)中使用多種先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，為系統(tǒng)帶來許多優(yōu)點(diǎn)。 （1）大容量。根據(jù)上述理論計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，CDMA系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的1020倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是由于它的頻率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它制式的蜂

41、窩系統(tǒng)，另外一個(gè)主要因素是它使用了話音激活和扇區(qū)化等技術(shù)。 （2）軟容量。在FDMA、TDMA系統(tǒng)中，當(dāng)小區(qū)服務(wù)的用戶數(shù)達(dá)到最大信道數(shù)時(shí)，滿載的系統(tǒng)絕對(duì)無法再增添一個(gè)信號(hào)；此時(shí)若有新的呼叫，該用戶只能聽到忙音。而在CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)目和服務(wù)質(zhì)量之間可以相互折中，靈活確定。例如系統(tǒng)經(jīng)營者可在話務(wù)量高峰期將誤幀率稍微提高，從而增加可用信道數(shù)。同時(shí)，當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷較輕時(shí)，本小區(qū)受到的干擾減少，容量就可適當(dāng)增加。 體現(xiàn)軟容量的另一種形式是小區(qū)呼吸功能。所謂小區(qū)呼吸功能就是指各個(gè)小區(qū)的覆蓋大小是動(dòng)態(tài)的，當(dāng)相鄰兩個(gè)小區(qū)負(fù)荷一輕一重時(shí)，負(fù)荷重的小區(qū)通過減小導(dǎo)頻發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度不

42、夠，切換到相鄰小區(qū)，使負(fù)荷分擔(dān)，即相當(dāng)于增加了容量。這項(xiàng)功能對(duì)切換也特別有用，避免信道緊缺而導(dǎo)致呼叫中斷。在模擬系統(tǒng)和數(shù)字TDMA系統(tǒng)中，如果一條信道不可用，呼叫必須重新分配到另一條信道，或者在切換時(shí)中斷。 但是在CDMA系統(tǒng)中，在一個(gè)呼叫結(jié)束前，可以接納另一個(gè)呼叫。CDMA系統(tǒng)還可提供多級(jí)服務(wù)。如果用戶支付較高費(fèi)用，則可獲得更高檔次的服務(wù)。讓高檔次的用戶得到更多可用功率（容量）。高檔次用戶的切換可排在其他用戶前面。 （3）軟切換。所謂軟切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站連通，再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行，因此，模擬系統(tǒng)

43、、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性，大大減少切換造成的掉話（通話中的非正常中斷），因?yàn)閾?jù)統(tǒng)計(jì)模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)無線信道上的掉話90%發(fā)生在切換中。同時(shí)，軟切換可以提供分集，從而保證通信的質(zhì)量。軟切換也相應(yīng)帶來一些缺點(diǎn)：導(dǎo)致硬件設(shè)備的增加，降低了前向容量等。 （4）高話音質(zhì)量和低發(fā)射功率。從第1章的香農(nóng)公式可知，在信道容量一定的情況下，信道帶寬和信噪比可以互換，若加大信道帶寬，則可適當(dāng)?shù)販p小信號(hào)功率。CDMA所采用的擴(kuò)頻通信原理正是基于這一點(diǎn)，它將信號(hào)帶寬擴(kuò)展（信道帶寬當(dāng)然也要加大）從而降低了對(duì)信號(hào)功率的要求。另外，由于CDMA系統(tǒng)中采用有效的功率控制技術(shù)，強(qiáng)糾錯(cuò)

44、能力的信道編碼，以及多種形式的分集技術(shù)，可使基站和移動(dòng)臺(tái)以非常節(jié)約的功率發(fā)射信號(hào)，延長 電池使用時(shí)間，同時(shí)獲得優(yōu)良的話音質(zhì)量，也使 享有“綠色” 的美譽(yù)。 （5）話音激活。典型的全雙工雙向通話中，每次通話的占空比小于35%。在FDMA和TDMA系統(tǒng)里，由于通話停等使重新分配信道存在一定時(shí)延，因此難以利用話音激活因素。CDMA系統(tǒng)因?yàn)槭褂昧丝勺兯俾事暣a器，在不講話時(shí)傳輸速率降低，減輕了對(duì)其他用戶的干擾，這即是CDMA系統(tǒng)的話音激活技術(shù)。 （6）保密。CDMA系統(tǒng)的信號(hào)擾碼方式提供了高度的保密性，使這種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)在防止串話、盜用等方面具有其它系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。CDMA的數(shù)字話音信道還可以將數(shù)據(jù)

45、加密標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn)的加密技術(shù)直接引入。19.7 集群系統(tǒng) 19.7.1 集群系統(tǒng)的概念 集群系統(tǒng)（Trunking System）是一種新型的無線電調(diào)度系統(tǒng)。所謂集群（Trunking）是指無線電信道不是僅供某一用戶群專用，而是由若干個(gè)用戶群共同使用。所以，集群通信系統(tǒng)其實(shí)就是一種共用信道的無線電調(diào)度系統(tǒng)。 由于它的功能多、頻譜利用率高、成本較低（約為同等規(guī)模的移動(dòng)系統(tǒng)的4/5），因此受到許多用戶的青睞，專門用于移動(dòng)通信調(diào)度與指揮。 為了更清楚地說明集群的概念，我們從早期的調(diào)度系統(tǒng)說起。無線電調(diào)度系統(tǒng)是一種專用的調(diào)度系統(tǒng)，例如出租汽車調(diào)度系統(tǒng)、消防調(diào)度系統(tǒng)等均屬此類。這種調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn)是，上有

46、一個(gè)中央調(diào)度臺(tái)（也稱主臺(tái)），下有若干屬臺(tái)（例如出租汽車的車載臺(tái)）， 呈金字塔形結(jié)構(gòu)，屬臺(tái)數(shù)目一般不太大。通話多數(shù)是在主屬臺(tái)之間進(jìn)行，而屬臺(tái)之間的通話相對(duì)較少。調(diào)度通話時(shí)的語言比較簡(jiǎn)練，例如詢問車輛所在地、行駛目的地、或通知調(diào)度的命令。等等。因此每次通話話務(wù)量很小，只有數(shù)秒至數(shù)十秒。通信為單工方式，只需一個(gè)信道即可。所以早期的調(diào)度通信系統(tǒng)是利用一個(gè)信道，對(duì)數(shù)十至一百個(gè)左右的用戶進(jìn)行調(diào)度通信的專用系統(tǒng)。當(dāng)有多個(gè)調(diào)度系統(tǒng)存在于同一地區(qū)時(shí)，為了不相互干擾， 就必須各自占用一個(gè)信道，從而導(dǎo)致占用多個(gè)頻率。顯然，由于頻率資源有限，為了其它通信業(yè)務(wù)（包括移動(dòng)通信）的發(fā)展，不可能讓每個(gè)調(diào)度系統(tǒng)各自獨(dú)占一個(gè)頻率

47、。另外，從信道容量來看，單個(gè)信道能容納的話務(wù)量是很小的（當(dāng)服務(wù)等級(jí)給定后），而多個(gè)信道共用，它的容量就會(huì)有較大的增長。因此，如果把幾個(gè)調(diào)度系統(tǒng)集中在一起，多信道共用，原來的每個(gè)用戶系統(tǒng)，作為一個(gè)用戶群，仍保持各自的主、屬臺(tái)關(guān)系，這樣，就成為一個(gè)集群系統(tǒng)?；_(tái)（基站）為多信道，多個(gè)單位共用， 共同分擔(dān)費(fèi)用，因而更為節(jié)省。使用時(shí)不但保持了自己的調(diào)度系統(tǒng)，而且還增加了與相鄰系統(tǒng)互通的方便性。同時(shí)，由于技術(shù)的發(fā)展，集群系統(tǒng)都采用了微機(jī)控制，使它具有了許多程控 的功能，例如優(yōu)先等級(jí)、會(huì)議 等等。因此，集群系統(tǒng)是一種現(xiàn)代的、先進(jìn)的、較經(jīng)濟(jì)的多功能無線調(diào)度 系統(tǒng)，自1980年以來，該系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。我

48、國也已引進(jìn)了多種制式的集群系統(tǒng)，并在逐步開發(fā)研制自行生產(chǎn)的集群系統(tǒng)。 集群系統(tǒng)可在VHF和UHF波段上工作。由于它不能與蜂窩網(wǎng)的頻率相干擾，因此國際上規(guī)定800MHz的集群系統(tǒng)應(yīng)在806821MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)），851866MHz（基臺(tái)發(fā)）工作，收發(fā)頻率間隔為45MHz，信道間隔為25kHz，因此總共有600個(gè)信道。因現(xiàn)在最大的系統(tǒng)為20個(gè)信道，所以按20個(gè)信道為一組頻率，又再分為4個(gè)小組，每1小組有5信道，這是考慮了最小的系統(tǒng)為5個(gè)信道的緣故。同時(shí)為了減小相互干擾（鄰道干擾、互調(diào)干擾），要使信道有一定的頻距，這也有利于共用天線。 MHz，MHz，對(duì)應(yīng)的是1號(hào)國際信道）。指配頻率時(shí)按組或小組來

49、指配。400MHz及150MHz頻段的集群系統(tǒng)則不分組，由各地?zé)o線電管理委員會(huì)進(jìn)行指配。 一個(gè)集群通信系統(tǒng)通常由基臺(tái)（基站）、中央控制臺(tái)、用戶臺(tái)和指令臺(tái)四大部分組成。見圖195。圖195 集群通信系統(tǒng)框圖 基臺(tái)。它和GSM中的大區(qū)制的基臺(tái)沒有什么兩樣，它的每一信道包括一部接收機(jī)和一部發(fā)射機(jī)，將工作于這個(gè)信道的移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的信號(hào)接收后，再通過本信道的發(fā)射機(jī)發(fā)射出去，供另一用戶在這個(gè)信道上接收，所以它就是一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。因此基臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器是一個(gè)雙工信道（異頻收、發(fā)雙工，但仍稱為一個(gè)信道或一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器信道）。一個(gè)基臺(tái)有多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器信道，一般為45個(gè)，也可多至16個(gè)或更多（對(duì)于采用集中控制的集群系統(tǒng)還包括用于傳輸信

50、令的專用控制信道）。 中央控制臺(tái)。一般均與基臺(tái)同在一處。它包括對(duì)信道的控制和管理、交換、測(cè)試等功能。用戶臺(tái)（即移動(dòng)臺(tái)）。它包括車載臺(tái)和手持臺(tái)，有的也可以是固定臺(tái)，非移動(dòng)用戶。用戶臺(tái)一般按使用單位或車隊(duì)而分為若干群。它和大區(qū)制的用戶臺(tái)基本一樣，除控制及信令不同外，它的基本功能是一樣的。以半雙工（異頻單工）方式工作。 指令臺(tái)。一般是固定臺(tái)，每一用戶群一個(gè)，用來控制本用戶群的工作，也稱調(diào)度臺(tái)。它是基臺(tái)的一個(gè)固定用戶，但它又是對(duì)本用戶群發(fā)布調(diào)度指令的控制臺(tái)，它可有一些控制本用戶群的特殊功能，如重新編組，遙斃（遙控禁發(fā)）等等。 這些設(shè)備除增加了指令臺(tái)而外（這是集群的一個(gè)特點(diǎn)），和大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng)的組成沒

51、有什么不同。 19.7.3 集群系統(tǒng)的特點(diǎn) 集群通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)信道利用率高。系統(tǒng)的空閑信道自動(dòng)分配、利用了講話間歇。這可以增加系統(tǒng)容量、提高服務(wù)等級(jí)。 (2)通話保密性好。用戶一次通話不是在一個(gè)信道上完成，而是隨機(jī)地切換到好幾個(gè)信道上完成的。如有人想偷聽某一用戶的通話是困難的，因他無法跟蹤切換自己的收聽頻道，這在某種程度上有點(diǎn)像跳頻通信一樣，只不過它在一個(gè)頻率（信道）上駐留的時(shí)間較長（數(shù)秒鐘），因而偷聽者只可能聽到一兩句。而無法聽到會(huì)話的全部，所以保密性要較常規(guī)系統(tǒng)好。 (3) 接續(xù)速度較快。在一個(gè)系統(tǒng)中所有信道同時(shí)都占用的概率很小，尤其在信道數(shù)目多的大系統(tǒng)中，信道全忙的概率更

52、小，因此集群系統(tǒng)的服務(wù)等級(jí)要比常規(guī)系統(tǒng)的好（在同樣的信道條件和用戶話務(wù)量情況下）。再加上微機(jī)處理速度快，可使入網(wǎng)接續(xù)的速度快，一般均在300ms以下，只有在遇到所有信道全忙時(shí)才需要排隊(duì)等待。 (4)成本較低。按每用戶計(jì)，由于容量增大，因此成本明顯地低于常規(guī)調(diào)度系統(tǒng)。集群系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：由于在通話中可能碰到信道全忙，需要排隊(duì)等待的情況，因此會(huì)產(chǎn)生遲延，使人有說話不連續(xù)的感覺。其次是在集群系統(tǒng)中，一次通話需要不止一次的選擇空閑信道，而這種選擇需要通過控制信道來傳送信令，因此控制信道比通話信道要忙得多，傳輸信令量一般要大三倍左右，所以控制信道必須有能力承受這么多的信息量。 總之，集群系統(tǒng)屬于專用調(diào)

53、度移動(dòng)通信，它的工作方式為半雙工（異頻單工）、大區(qū)制，可以覆蓋較大范圍，一般半徑為3040km。但由于現(xiàn)在使用單位較多，已不限于只作調(diào)度使用了。一般還要求它能與市話網(wǎng)互連，有的還要求雙工工作，或擴(kuò)大覆蓋范圍，多個(gè)小區(qū)工作等。但應(yīng)指出，集群是針對(duì)調(diào)度（或類似應(yīng)用）的通話簡(jiǎn)潔及上下屬臺(tái)互通機(jī)會(huì)多的特殊情況而設(shè)計(jì)的，如果用作其它較長時(shí)間的通話，就會(huì)減弱甚至失去它的優(yōu)點(diǎn)。19.8 無線尋呼系統(tǒng) 無線尋呼系統(tǒng)（Radio Paging System）是一種單向傳輸指令的選擇呼叫系統(tǒng)，屬于一種費(fèi)用低廉，使用方便，易于普及的個(gè)人移動(dòng)通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)?！皩ず簟钡挠⑽脑氖恰癙aging”，它有多種譯法，國際無線電咨詢委員會(huì)定義為“傳送呼叫信號(hào)的單向個(gè)人選呼系統(tǒng)”；香港特區(qū)稱為“BB機(jī)”，因?yàn)樗恼疋徛暯咏癇iBi”的聲音； 我國則稱為“尋呼”。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1948年開始研制尋呼系統(tǒng)，于1958年研制出新型尋呼系統(tǒng)，并用于開放公用無線尋呼業(yè)務(wù)。日本無線尋呼業(yè)務(wù)投入商用是在1968年7月，NTT公司在東京用150MHz的單音方式進(jìn)行無線尋呼，1978年開發(fā)出25