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1、无线通信技术基础,第12章、第一代移动通信系统,内容介绍,蜂窝移动通信系统的出现是移动通信的一次革命，其蜂窝频率复用技术大大提高了频率并增加了系统容量，网络的智能化实现了越区切换和漫游功能，扩大了用户的服务范围。真正大规模投入商用的是采用了无线蜂窝技术以后的第一代模拟蜂窝移动通信系统，其中，最具有代表性的第一代移动通信系统是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。 第一代移动通信系统有很多不足之处，比如容量有限、体制众多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等等，这些问题的根源主要是采用模拟技术的原因。现在，第一代移动通信系统已经被采用数字技术的第二代和第三代移
2、动通信系统完全取代，已经慢慢在人们的脑海里淡忘，但是我们应该知道，如果没有第一代移动通信系统做为基础，移动通信系统不可能发展到今天的程度，因此，我们有必要对第一代移动通信系统进行一个基本的了解。,本章重点,第一代移动通信系统的基本原理。 AMPS移动通信系统。 TACS移动通信系统。,第12.1节、概述,第一代模拟蜂窝移动通信系统（1G）的商用开始于20世纪70年代末和80年代初，典型代表是美国的AMPS系统和后来由欧洲国家开发的改进型系统（TACS、NMT等）。 AMPS（高级移动电话系统）：AMPS是20世纪70年代末由美国开发出的世界上第一个模拟蜂窝移动通信系统，使用800MHz频段，在
3、美洲和部分环太平洋国家得到了广泛的应用。 TACS（全接入通信系统）：TACS是20世纪80年代初由英国等国家在AMPS的基础上开发的改进型的模拟移动通信系统，使用900MHz频段。我国在20世纪80年代末引进的第1G系统主要是TACS系统。 NMT（北欧移动电话）：NMT系统是瑞典、芬兰、挪威和丹麦等北欧国家在二十世纪80年代初开发的模拟移动电话系统。NMT系统在包括俄罗斯在内的一些欧洲国家安装使用。,第12.1节、概述,第一代模拟蜂窝移动通信系统主要由移动台（MS）、基站（BTS）和移动交换中心（MSC）等子系统组成。,第12.1节、概述,第一代蜂窝移动通信系统可以提供移动用户之间的话音和
4、简单的低速率数据通信。话音信号首先通过标准的时分复用技术进行数字化，然后在MS与BTS、BTS与MSC、MSC与PSTN之间传输。MS和BTS之间的无线信道采用的是模拟频率调制（FM）。 MSC是整个系统的运行中心，MSC负责所属服务区的电话交换和系统管理。它拥有每个移动用户终端的相关信息，并且管理它们的越区切换和漫游，同时还要完成所有的网络管理功能，包括呼叫接续、维护、计费以及监控服务区内的非法行为等等。MSC一般通过陆地通信线路和汇接交换机连接到PSTN上，同时还通过专用的信令信道与其它MSC连接，以便于相互交换用户的位置、权限和信令信息。 在第一代蜂窝电话系统中，PSTN负责长途电话业务
5、，SS7信令系统负责传输信令来实现呼叫接续。,第12.2节、AMPS,20世纪70年代末，美国AT&T的贝尔实验室开发出了美国第一个模拟蜂窝电话系统，称为AMPS（高级移动电话系统）。AMPS于1983年在芝加哥正式投入商用，使用800MHz频段上共40MHz频谱（上下行各20MHz），1989年，又分配了10MHz频谱，总共可以提供832个30KHz的双向信道。 第一个AMPS系统采用宏蜂窝覆盖，这样可以大幅度减少最初的设备投资，在芝加哥运行的AMPS系统覆盖了大约2100平方英里的区域。 AMPS的30KHz信道需要18dB的载干比（C/I）才能满足性能要求。当采用120定向天线时，满足这
6、一要求的最小复用因子N = 7，因此AMPS采用了7/21的小区复用模式，并且可以在需要时进一步采用裂向和小区分裂来提高系统容量。 世界各地区的第一代模拟蜂窝系统广泛采用了AMPS系统，特别是北美、南美和澳大利亚等国。,第12.2节、AMPS,1、系统概述 AMPS无线信道采用的调制方式是模拟调频（FM），双工方式是频分双工（FDD），多址方式是频分多址（FDMA）。 AMPS从移动台到基站的反向（上行）信道使用的频段的是824 849MHz，从基站到移动台的前向（下行）信道使用的频段是869 894MHz。每个双向无线信道实际上是一对频分双工的单向信道，系统带宽是25MHz。反向信道和前向信
7、道之间的双工频率间隔是45MHz，这是为了用户移动台可以采用选择性好而且价格低廉的频分双工器。 25MHz的系统带宽通过FDMA多址方式划分成832个30KHz的无线信道。 AMPS系统一般需要建立较高的铁塔，用来安装若干个发射和接收天线，由于采用的是宏蜂窝覆盖的大区制，基站发射机的有效发射功率需要几百瓦。商用的AMPS基站可以支持多达57个话音信道。,第12.2节、AMPS,每个基站在前向控制信道（FCC）上连续发送广播数据，处于空闲状态的移动台可以锁定在所在区域信号最强的FCC上，移动台必须锁定一个FCC才可以发起或者接收呼叫。基站的反向控制信道（RCC）接收机持续监听锁定在相应FCC上的
8、移动台发送的消息。在AMPS系统中共有42个控制信道，这些控制信道所对应的无线信道是标准化的，系统中的任何一个移动台只需要扫描这些标准的控制信道就可以找到最好的服务基站。 前向话音信道（FVC）承载来自PSTN或其它移动用户的电话信息，将其送至蜂窝系统用户；反向话音信道（RVC）承载来自蜂窝系统用户的电话信息，将其送至PSTN或其它移动用户。 根据话务量的大小和其它基站的位置，在一个特定基站中使用的控制和话音信道的数量会有很大的不同。基站数量和分布也有很大不同，一个大城市的市区可能有几百个基站，而农村地区的基站数量很少。,第12.2节、AMPS,2、AMPS的呼叫处理 当一个PSTN电话发起对
9、一个AMPS移动用户的呼叫并到达MSC时，MSC将在系统中每个基站的所有FCC上同时发送一个寻呼消息及用户的移动标识号（MIN）。被叫的用户移动台在它锁定的FCC上成功接收到对它的寻呼后，就在RCC上回应一个确认消息。MSC接收到用户的确认后，指令该基站分配一对前向话音信道（FVC）和反向话音信道（RVC）给被叫的用户移动台，这样新的呼叫就可以在指定的话音信道上进行。 当一个移动用户发起呼叫时，移动台首先在RCC上向基站发送消息，发送它的移动标识号（MIN）、电子序列号（ESN）和目的电话号码。基站收到该消息后将其发送到MSC，MSC检查用户是否合法登记，验证通过后将用户连接到PSTN，同时通
10、过FCC分配给移动台一对FVC和RVC，这一系列的过程完成后，用户就可以开始通话了。,第12.2节、AMPS,在AMPS系统中，当正在为某个移动台提供服务的基站所接收到的RVC信号低于一个预定门限值，就会由MSC做出切换决定。门限值由系统运营商在MSC中进行设置，它必须不断进行测量和改变，以适应用户数量的增长、系统扩容以及业务流量模式的变化。MSC在相邻的基站中利用定位接收机来确定需要切换的特定用户的信号电平，这样MSC就能够找出可以接受切换的最佳邻近基站。 当一个来自PSTN或其它移动用户的新呼叫请求到达，而被叫用户所在小区的基站的所有话音信道都已经被占用时，MSC将保持该PSTN线路或无线
11、信道的连接，同时指示当前基站在FCC上发送一个“定向重试”给被叫用户。定向重试控制被叫用户移动台切换到另一个不同基站的控制信道上请求话音信道分配。该定向重试命令能否使呼叫成功建立取决于无线信号的传播情况、用户的特定位置以及用户所定向基站的当前业务量。,第12.2节、AMPS,很多种因素都有可能导致业务质量的下降、掉话或者阻塞。影响系统性能的主要因素包括：MSC的性能、特定地理区域内的当前业务流量、特定的信道复用方式、相对于用户密度的基站数量、系统中用户之间特定的传播条件、切换信号门限值的设定等等。在一个用户密集的区域里，由于系统的复杂性以及缺乏对无线信号覆盖和用户使用模式的控制，保持优良的业务
12、和呼叫处理质量是非常困难的。尽管AMPS的系统运营商一直在努力预测用户的增长，尽力提供良好的覆盖和足够的容量，避免系统中的同频干扰，但掉话和阻塞仍然不可能完全避免。在一个大城市的AMPS系统中，在业务繁忙的情况下，通常会有3 5的掉话率和超过10的阻塞率。,第12.2节、AMPS,3、AMPS的空中接口,第12.2节、AMPS,4、话音的调制和解调 在进行FM调制之前，话音信号首先要经过压扩器、预加重滤波器、偏差限幅器和后偏差限幅滤波器处理。在接收机中，解调的处理过程相反。,第12.3节、TACS,TACS是欧洲在20世纪80年代中期开发的第一代模拟蜂窝系统，除了工作频段和信道带宽不同以外，与
13、AMPS的技术标准基本一致。,总结,在20世纪80年代初，第一代模拟蜂窝移动通信系统（1G）的商用带来了一场通信变革，人类首次摆脱了电话线的束缚，享受到了无处不在的通信服务，开创了移动通信的新纪元。也正是从这个时候开始，人类开始真正认识到了移动通信的无限前景，开始在移动通信行业投入巨大的人力和资源。 由于受到当时的技术条件限制，1G系统存在很多缺点，这些缺陷是由于当时电子信息技术的发展阶段而造成的必然结果，随着现代数字通信技术的发展，1G系统已经退出了历史舞台。但是，第一代移动通信系统已经基本建立起来了现代移动通信系统的基本架构，现在的数字移动通信系统仍然大量采用了这个基本的网络架构。 这些缺点严重制约了第一代模拟移动通信系统的进一步大规模商用。尤其是在欧洲，随着欧洲经济一体化进程的发展，欧洲最早开始致力于开发统一的泛欧数字移动通信系统，这就是2G的典型代表GSM系统。,
