移動(dòng)通信簡(jiǎn)明原理

全球應(yīng)用最為廣泛的第二代移動(dòng)通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)通信簡(jiǎn)明原理01GSM自動(dòng)切換移動(dòng)通信原理蜂窩覆蓋移動(dòng)通信系統(tǒng)目錄03050204基本信息不論是GSM還是CDMA，也不論是3G還是4G，盡管移動(dòng)通信的技術(shù)在不斷地進(jìn)步，但因?yàn)橐苿?dòng)通信的基本特點(diǎn)是通信終端的位置經(jīng)常在變動(dòng)，所以移動(dòng)通信的基本原理，除了無線傳輸?shù)逆溌罚簿褪菍I(yè)上常說的空中接口外，也基本上沒有太大的差別。下面我們就以GSM為例，簡(jiǎn)明地說一說移動(dòng)通信的基本原理。GSMGSMGSM是全球應(yīng)用最為廣泛的一種第二代移動(dòng)通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由歐洲多國(guó)設(shè)立的移動(dòng)通信特別小組（GroupSpecialMobile，簡(jiǎn)稱GSM）所制定。國(guó)內(nèi)中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的移動(dòng)通信網(wǎng)，就是遵循GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的。我們都知道，手機(jī)要打**，首先要有信號(hào)，這個(gè)信號(hào)就是指無線信號(hào)。手機(jī)通過無線信號(hào)與移動(dòng)網(wǎng)的基站連接，基站再通過線纜與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的其它網(wǎng)元連接。移動(dòng)通信的主要的無線通信部分，就在手機(jī)和基站之間。我們知道，**要接入**網(wǎng)，需要將**線插入到**接口中。同樣，手機(jī)要接入移動(dòng)通信網(wǎng)，也需要一個(gè)接口，這就是基站與手機(jī)之間的無線傳輸鏈路，也稱為空中接口。一個(gè)基站能提供多少條無線傳輸鏈路，就意味著能同時(shí)接入多少部**。很顯然，一個(gè)基站能提供越多的無線鏈路，當(dāng)然是越好的一件事情，因?yàn)檫@樣可以允許同時(shí)有越多的人打**。但是因?yàn)槊恳粭l無線鏈路，都要占用一定的無線資源，所以越多的無線鏈路，就會(huì)占用越多的無線資源。什么是無線資源呢？所謂無線資源，指的是一段無線頻率范圍。為什么無線頻段會(huì)成為資源呢？原來無線信號(hào)在自由空間的傳播是沒有邊界的，不像有線信號(hào)那樣集中在線纜里面?zhèn)鬏敗Ｈ绻袃蓷l鏈路使用了相同的頻率，就會(huì)造成相互的干擾，使得互相都不能使用。因此為了保證無線鏈路不互相干擾，就要為不同的傳輸鏈路劃出不同的無線頻段。這樣一來，無線頻段就像石油礦產(chǎn)一樣，成為了一種有限的資源。既然是有限的資源，那么就要想辦法提高資源的利用率，才可以使資源發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。這在后來發(fā)展的3G、4G等移動(dòng)技術(shù)上，都是重點(diǎn)考慮的因素。蜂窩覆蓋蜂窩覆蓋移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能接入成千上萬部手機(jī)的關(guān)鍵，也是移動(dòng)性管理的出發(fā)點(diǎn)。我們把這個(gè)辦法形象地稱為蜂窩覆蓋。蜂窩覆蓋的最大好處是頻率可重復(fù)使用，從而非常有效地節(jié)約頻率資源。無線信號(hào)在自由空間的傳播有個(gè)特點(diǎn)，就是隨著傳播距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)迅速減弱，一定距離后，可認(rèn)為減弱為零，那么我們?cè)谶@個(gè)距離以外的地區(qū)，還可以繼續(xù)使用同樣頻率的信號(hào)，而不會(huì)對(duì)之前的信號(hào)造成干擾。這就是蜂窩覆蓋的前提。在GSM中，一個(gè)站點(diǎn)劃分三個(gè)扇區(qū)是比較常見的。我們用1個(gè)蜂窩來表示一個(gè)扇區(qū)，這樣一個(gè)站點(diǎn)就有3個(gè)不同載頻的蜂窩。一般用4個(gè)這樣的站點(diǎn)，共12個(gè)具有不同載頻的蜂窩，再組成一個(gè)蜂窩群。然后用這個(gè)蜂窩群，在遼闊的地面上復(fù)制。這樣理論上只需12個(gè)載頻，就可以在無限的地域上進(jìn)行無限次的復(fù)用。當(dāng)然，實(shí)際上并不止12個(gè)載頻，每個(gè)小區(qū)也不是只有一個(gè)載頻可選的。如圖1所示。圖1蜂窩覆蓋示意自動(dòng)切換自動(dòng)切換有同學(xué)可能擔(dān)心了：通過這樣的頻率復(fù)用倒是可以解決有限的頻率資源在無限的地域上覆蓋的矛盾了?？墒沁@樣一來，小區(qū)的面積就可能不是很大，這會(huì)不會(huì)限制了我打**時(shí)的移動(dòng)范圍？當(dāng)然是不會(huì)的。當(dāng)你離開一個(gè)小區(qū)時(shí)，**會(huì)自動(dòng)切換到新的小區(qū)的。怎么的切換呢？原來，當(dāng)手機(jī)離一個(gè)小區(qū)的無線信號(hào)收發(fā)機(jī)，也就是基站，離基站越來越遠(yuǎn)時(shí)，它收到該小區(qū)的信號(hào)會(huì)越來越弱。手機(jī)會(huì)定時(shí)地把測(cè)量到的信號(hào)變化告知移動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)信號(hào)弱到一定程度時(shí)，系統(tǒng)就判斷手機(jī)可能該越區(qū)了，就另選一個(gè)信號(hào)最好的小區(qū)，給手機(jī)分配一條新的無線鏈路，然后通知手機(jī)切換到新的小區(qū)的無線鏈路上。手機(jī)切換完成后，通過新的小區(qū)鏈路通知系統(tǒng)，系統(tǒng)收到通知后，釋放舊的鏈路給別的手機(jī)使用。這就是跨不同小區(qū)移動(dòng)而沒有中斷通話的原因。如圖2所示。圖2自動(dòng)切換示意我們看到，切換是將一條鏈路切換到另一條鏈路，要占用寶貴的鏈路資源的，所以不打**時(shí)就不用切換了?？墒侨绻挥们袚Q，那我人都從一個(gè)小區(qū)跑到另一個(gè)小區(qū)了，**還打到原來的小區(qū)，那不是接不到了嗎？接得到的。為了管理移動(dòng)用戶的位置變化，移動(dòng)公司會(huì)在他的那些小區(qū)群中劃出不同的區(qū)域，叫位置區(qū)域，LocationArea，簡(jiǎn)稱LA。LA在系統(tǒng)中通過位置區(qū)域識(shí)別碼LAI來區(qū)分。當(dāng)手機(jī)離開一個(gè)舊的LA，到達(dá)一個(gè)新的LA時(shí)，手機(jī)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它新收到的LAI與現(xiàn)存的LAI不同了。于是就向系統(tǒng)發(fā)起位置更新請(qǐng)求。這個(gè)請(qǐng)求將會(huì)發(fā)給一個(gè)叫訪問位置寄存器VLR的網(wǎng)元來處理。這個(gè)VLR是臨時(shí)記錄所轄區(qū)域內(nèi)移動(dòng)用戶的一些數(shù)據(jù)的設(shè)備。移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)綜上所述，我們基本可以得到一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)了，如圖3所示：圖3移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)基站BTS，即無線收發(fā)信設(shè)備，向手機(jī)發(fā)送無線信號(hào)，或者接收手機(jī)發(fā)來的無線信號(hào)?；究刂破鰾SC，對(duì)一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制和管理，主要完成無線信道的分配、BTS和手機(jī)發(fā)射功率的控制以及越區(qū)信道切換等功能。BSC也是一個(gè)小交換機(jī)，它把局部網(wǎng)絡(luò)匯集后通過A接口與MSC相連。移動(dòng)交換機(jī)MSC，完成最基本的交換功能，即完成移動(dòng)用戶和其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通訊連接。訪問位置寄存器VLR，存儲(chǔ)了進(jìn)入其覆蓋區(qū)內(nèi)的所有移動(dòng)用戶的信息，為已經(jīng)登記的移動(dòng)用戶提供建立呼叫接續(xù)的條件。VLR是一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，需要與有關(guān)的歸屬位置寄存器HLR進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換以保證數(shù)據(jù)的有效性。當(dāng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，重新在另一個(gè)VLR登記時(shí)，原VLR將刪除該移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)。在設(shè)備實(shí)現(xiàn)上，MSC和VLR通常合為一體。HLR是系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，存放與用戶有關(guān)的所有信息，包括用戶的漫游權(quán)限、基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)及當(dāng)前位置信息等，從而為MSC提供建立呼叫所需的路由信息。一個(gè)HLR可以覆蓋幾個(gè)MSC服務(wù)區(qū)甚至整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。AuC是鑒權(quán)中心，為系統(tǒng)提供