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1、移动通信概述移动通信概述 ESTSG03 V1.0目录第一章 移动通信的发展简史 1第二章 几种移动通信制式概述 11一、 频分多址 14二、 时分多址 16三、 码分多址 18第三章 数字网络结构 25一、 数字蜂窝移动网络组成及各部分功能 26二、 网络结构 38三、 信令网结构 44第四章 无线传播特性的分析 49第五章 天线系统概述 73一、 天线的基本性能和参数 74二、 移动通信中使用的各种类型天线 80三、 移动天线产品技术走向 82第六章 移动通信发展趋势 85附录一 几种常用的天线 105II第一章 移动通信的发展简 ESTSG03 V1.0第一章移动通信的发展简史1897年
2、，M.G.马克尼所完成的无线通信实验，虽然今天看来仅仅是一个简单的固定点与一艘拖船之间的通信，但却宣告了移动通信的诞生。人类通信技术从此步入了一个崭新的阶段。在接下来的100年里，移动通信以一种加速度不断的发展着，各种技术不断被应用到移动通信中，并日臻完善。大规模集成芯片技术，光纤通信技术，软件技术，交换技术，等等，陈出不穷，丰富多彩。移动通信的能力不断得到改善，容量提升，频率利用率高，系统性能越来越好，通信产品越来越精巧，品种越来越丰富，将来会以更短的，更快的速度推出。回顾移动通信发展的历史，对此会更有体会，它大致经历了五个阶段。 1897年，M.G.马克尼所完成的无线通信实验， 宣告了移动
3、通信的诞生。第一阶段从本世纪初到40年代，为早期发展阶段。在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz。可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。第二阶段从40年代中期到60年代初期。在次期间内，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会（FCC）的计划，贝尔系统在圣路易城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。当时使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工，随后，西德（1950）、法国（1956）、英国（1959
4、）等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。第三阶段从60年代中期到70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统(IMTS)，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制，中小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同技术水平的B网。可以说，这一阶段是移动通信改进与完善的阶段，其特点是采用大区制，中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。第一阶段从本世纪初到40年代，为早期发展阶段。第二阶段从40年代中期到60年代初期。第三阶
5、段从60年代中期到70年代中期。第四阶段从70年代中期到80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1983年，首次在芝加哥投入商用。同年12月，在华盛顿也开始使用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。到1985年3月已扩展到47个地区，约10万移动用户。其他工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本与1979年推出800MHz汽车电话系统（HAMTS），在东京、大阪、神户等地投入商用。西德于1984年完成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统（TACS）,首先在伦
6、敦投入使用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。加拿大推出450MHz移动电话系统（MTS）。瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT450移动通信网，并投入了使用。 这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展。移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外，还有几方面技术进展所提供的条件。首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出。其次，提出并形成了移动通信新体制。随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须探索新体制。在着方面最重要的突破是贝尔实验室在70年代提出的蜂窝网的概念。
7、蜂窝网，即所谓小区制，由于实现了频率再用，大大的提高了系统容量。可以说，蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理技术日趋成熟，以及计算机的技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。第四阶段从70年代中期到80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时期。 第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。 以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题。例如，频谱利用率低，移动设备复杂，费用较贵，业务种类受限制以及通话易被窃听等，最主
8、要的问题是其容量已不能满足日益增长的用户需求。解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处在开发阶段时，一些发达国家就着手数字移动通信系统的研究。到80年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信的体制。 与其他现代技术的发展一样，移动通信技术的发展也呈现加快趋势，目前，当数字蜂窝网正方兴未艾时，关于未来移动通信的讨论已如火如荼地展开。各种方案纷纷出台，其中最热门的是所谓个人移动
9、通信。关于这种系统的概念和结构，各家解释并未一致。但有一点是肯定的，即未来移动通信系统将提供全球性优质服务，真正实现任何时候、任何地点、向任何人提供通信服务这一移动通信的最高目标。第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。第 78 页第二章 几种移动通信制式概述 ESTSG03 V1.0第二章几种移动通信制式概述 一个无线电信号可以用若干个参量来表征，其中最基本的是信号的射频频率、信号出现的时间、信号出现的空间、信号的码型、信号的波型等。按照这些参量的分割，可以实现的多址连接有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址(CDMA)等，目前，在移动通信系统中所采用
10、的多址方式主要也是这三种。 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址(CDMA)一、 频分多址频分多址是把通信系统的总频段划分若干个等间隔的互不重叠的频道分配给不同的用户使用。每个频道只能传一路话音信号，而在相邻频道之间无明显干扰。为了实现双工通信，收发使用不同的频率，收发频率之间间隔为45MHz，我国模拟移动通信的频段是890-905MHz（移动台发，基站收）和935-950MHz（基站发，移动台收），有15MHz的带宽，每信道带宽为25KHz，从而共有600个信道。频分多址系统不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，移动台设备相对简单，共同设备的成本高，所有的FDMA系统中
11、，都有一个严重的缺点，那就是为了满足给定数量的用户的通信要求，基站需要相当多的设备。这是由于每载波单路的设计造成的。例如在给定的小区中有1000用户，需要在小区基站设50路左右的频道以满足用户的需求，FDMA系统在小区基站上就需要50个频道的设备，即50台收发信机。如果采用时分多址TDMA系统，如采用五个时隙的复用设备，只需要10个频道的收发信机设备。频分多址移动通信的优点是技术比较成熟、容易实现、覆盖范围较大等。缺点是频率利用率低、保密性差、设备复杂、维护量大等。二、 时分多址时分多址是把无线信道分割成周期性帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使移动台在每帧中按指定的时
12、隙向基站发送信号，基站可以在各时隙中接受到移动台的信号而不混扰。同时基站发向多个移动台的信号都按规定在预定的时隙中发射，各移动台在指定的时隙中接受。时分多址只能传送数字信息，话音必须先进行模数变换（数字语音编码），再送到调制器对载波进行调制，然后以突发信号的形式发射出去。时分多址方式可以有效地提高频谱利用率、减少基站工作载波数，从而降低基站的造价，同时还可以方便地接受非话业务的传输。移动台在利用空闲时隙监测基站的信号电平，判别移动台是否需要切换，并为移动台的切换提供依据。时分多址移动通信系统是数字移动通信系统，它比模拟移动通信系统有抗干扰能力强、频率利用率高等优点，缺点是时分多址移动通信系统话
13、音失真大、手机发射功率大等。三、 码分多址在码分多址系统中，不同的移动用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各自不同的编码序列来区分，或者靠信号的不同波型来区分。从频域或时域上来看，多个CDMA信号是重叠的。接受机用相关器从多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接受机本地产生的码型不同而不能被解调。在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑信道。这些逻辑信道无论从频域或时域来看都是互相重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。左图给出的是CDMA通信系统的逻辑信道示意图。
