第一章移动通信概述

第一章移动通信概述先导案例 1.1 移动通信的特点 1.2 移动通信的工作方式 1.3 移动通信系统的基本组成 1.4 移动通信系统的发展历程 1.5 移动通信的基本技术 1.6 移动通信的产业链

先导案例随着社会的快速发展，人们要求在移动中与别人进行语音、视频、图像、数据等信息的有效、可靠和安全地通信，实现这种方式的通信系统称为移动通信系统，系统的基本构成如图1-1所示，系统内的数据传输和处理流程如图1 -2所示

与有线通信系统相比，移动通信系统有什么特点 ? 采用什么方式 ? 信号处理采用哪些技术 ? 如何组网 ? 掌握这些概念对于了解移动通信有十分重要的意义。

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1.1 移动通信的特点移动通信属于无线通信，通信终端设备是可移动的，传输信号以电磁波的形式在空间进行传输，传输线路不再固定。因为传输线路的开放性，移动通信的通话质量不如有线通信好，但移动通信带给人们生产和生活上的方便足以弥补其缺陷，加之随着移动通信技术的发展，其通信质量也不断提高，手机已成为人们生活的一部分。我国目前拥有全世界最多的移动用户，拥有覆盖范围广、最大的移动通信网，手机产量约占全球的 1/3 ，是名副其实的手机生产大国。与其他通信方式相比，移动通信具有自身的特点。

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1.1 移动通信的特点1. 电波传输条件恶劣，存在严重的多径衰落现象由于移动用户的通信地点可能处在高楼林立的城市中心繁华区、以一般性建筑物为主的近郊小城镇区和以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区三类典型区域，这会导致电磁波的传播由于受到地形、各种地物的影响而产生绕射、发射和散射，使得到达接收端的信号是多路的合成，合成信号的幅度、相位和到达时间随机变化，从而严重影响通信的质量。这就是所谓的多径衰落现象，如图1 -3所示在

移动通信系统中，采用分集接收技术抗多径衰落。

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1.1 移动通信的特点 2. 具有多普勒效应由于移动用户可能在高速车载的运动中进行，当运动速度达到 70 km/h ，接收信号的频率随着速度和入射角而变化，使接收信号的电平起伏变化，即出现多普勒效应。在移动通信系统中，使用锁相环技术可以降低多普勒效应带来的信号不稳定的影响。


1.1 移动通信的特点 3. 存在远近效应由于移动用户和接收设备的距离是随机变化的，当距离近时接收信号强，当距离远时接收信号弱，距离的变化会使接收信号的电平起伏变化 ;另外，由于通信系统是在强干扰下工作的，如果距离近处的信号是干扰信号，则在接收端会发生强干扰信号压制远处弱有用信号的现象。上述的两种情况统称为远近效应。解决远近效应的技术是功率控制技术。 4. 用户经常移动由于移动用户在通信区域内是随机运动的，为了实现实时可靠的通信，要求移动通信系统必须具有位置登记、越区切换及漫游访问等跟踪交换技术。

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1.1 移动通信的特点 5. 组网方式灵活由于通信环境的复杂，信号接收地点可能是繁华的市区，也可能是空旷的郊外或海域，所以移动通信的组网方式根据地形地貌灵活多样，如在用户密度不大的地区采用大区制，在繁华的市区采用小区制，而小区制移动通信网又分为带状服务区和面状服务区。

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1.2 移动通信的工作方式按照通话的状态和频率使用的方法，移动通信可分为三种工作方式 :单工、双工和半双工三种通信方式。 1.单工通信方式所谓单工通信，是指通信双方交替进行收信和发信的通信方式，发送时不接收，接收时不发送。单工通信常用于点到点的通信，如图1-4所示。根据收发频率的异同，单工通信可分

为同频单工和异频单工。

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1.2 移动通信的工作方式 (1)同频单工同频单工是指通信的双方在相同频率 f: 上由收 / 发信机轮流工作。通话的操作采用“按一讲”方式。平时，双方的接收机均处于守听状态，如果 A 方需要发话，可按压“按 -讲”开关，关掉自己的接收机，使其发射机工作，这时由于 B 方接收机处于守听状态，即可实现由 A至 B 的通话 ;同理，也可实现由 B至 A 的通话。在该方式中，同一部电台 ( 如 A 方 ) 的收发信机是交替工作的，故收发信机可使用同一副天线，而不需要使用天线共用器。这种工作方式，设备简单，功耗小，但操作不便。如果配合不好，双方的通话就会出现断断续续的现象。此外，若在同一地区多部电台使用相邻的频率，相距较近的电台间将产生严重的干扰。


1.2 移动通信的工作方式 (2)异频单工异频单工是指通信双方的收 / 发信机轮流工作，且工作在两个不同的频率 f1 和 f2 上，而操作仍采用“按一讲”方式，

如图1 -5所示。在移动通信中，基地站和移动台收、发使用两个频率实现双向通信，这两个频率通常称为一个信道若基地站设置多部发射机和多部接收机且同时工作，则可将接收机设在某一频率上，而将发射机设置在另一频率上，只要这两个频率有足够频差（或者称频距），借助于滤波器等选频器件就能排除发射机对接收机的干扰。


1.2 移动通信的工作方式 2.半双工通信方式半双工通信方式是指通信的双方有一方 ( 如 A 方 ) 使用双工方式，即收 / 发信机同时工作，且使用两个不同的频率 f1和 f2; 而另一方 ( 如 B 方 )则采用双频单工方式，即收 / 发信

机交替工作，如图1-6所示。平时， B 方是处于守听状态，仅在发话时才按压“按一讲”开关，切断收信机使发信机工作。其优点是 : 设备简单、功耗小、克服了通话断断续续的现象，但操作仍不太方便。所以半双工通信方式主要用于专业移动通信系统中，如汽车调度等。


1.2 移动通信的工作方式 3.双工通信方式双工通信方式指通信的双方、收 / 发信机均同时工作，即任一方在发话的同时，也能收听到对方的话音，无需“按一讲”开关，与普通市内电话的使用情况类似，操作方便，如图1 -7所示。但是采用这种方式，在使用过程中，不管是否

发话，发射机总是工作的，故电能消耗大。这一点对以电池为能源的移动台是很不利的。为此，在某些系统中，移动台的发射机仅在发话时才工作，而移动台接收机总是工作的，通常称这种系统为准双工系统，它可以和双工系统相兼容，目前，这种工作方式在移动通信系统中获得了广泛的应用。

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1.3 移动通信系统的基本组成 1. 移动通信系统的基本组成移动通信网络一般由移动台 (MS) 、基站 (BS) 、移动业务交换中心 (MSC) 及与市话网 (PSTN) 相连的中继线等组成，如图1-1所示。 (1) 移动台移动台 (MS) 是公用移动通信网中移动用户使用的设备，也是用户能够接触的整个系统中的唯一设备，它可以为车载型、便携型和手持型。移动台提供两个接口，一个是接入系统的无线接口，另一个是使用者之间的接口，对于手机用户来讲用户接口指的是按键和显示屏。

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1.3 移动通信系统的基本组成 (2) 基站基站 (BS) 通过无线接口直接与移动台相连，在移动台和网络之间提供一个双向的无线链路 ( 信道 ) ，负责无线信号的收发与无线资源管理，实现移动用户间或移动用户与固定网用户间的通信连接。基站本身只起转发作用，如何移动用户 ( 移动台 ) 要通信，需将信息发给基站，再由基站转发给另一移动台。每个基站都有一个服务区，即无线电波的覆盖范围，服务区的大小是由基站的天线高度和发射功率决定。下面我们来对移动通信中常用的无线信道进行定义。信道是通信网络传递信息的通道。移动通信网的无线信道是移动台与基站间的一条双向传输通道。如果信号是移动台发，基站收，移动台到基站的无线链路称为上行链路 ( 上行通道 ); 如果信号是基站发，移动台收，基站到移动台的无线链路称为下行链路 (下行信道 ) 。


1.3 移动通信系统的基本组成 (3) 移动业务交换中心移动业务交换中心 (MSC) 是整个系统的核心，提供交换功能及面向系统其他功能实体和固定网的接口功能，它对移动用户与移动用户之间通信、移动用户与固定网络用户之间通信起着交换、连接与集中控制管理的作用。

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1.4 移动通信系统的发展历程现代通信技术的发展始于 20 世纪 20年代，是 20 世纪的重大成就之一。在不到 100年的时间中，随着计算机和通信技术的发展，移动通信也得到了巨大的发展，其发展速度令人惊叹。移动通信已成为人们生活的一部分，移动用户的数量与日俱增。移动通信系统的发展主要是围绕如何解决有限的频率资源与不断增长的通信容量和业务范围之间的矛盾而发展的，其发展历程如图1-8所示。


1.4 移动通信系统的发展历程

1. 第一代模拟蜂窝移动通信系统 (1G) 1978年贝尔实验室研制成功采用频分多址技术的模拟蜂窝移动通信系统，从此以后至 20 世纪 80年代中期，逐渐形成了以北欧的 NMT 、北美的 AMPS 、英国的 TAGS 等几种典型的模拟蜂窝移动通信系统，统称为第一代 (1G) 移动通信系统。 1

G 系统的主要缺点是 ; 频谱利用率低，容量有限，系统扩容困难 ;制式太多，互不兼容，不利于用户实现国际漫游，限制了用户覆盖面 ; 不能与 ISDN兼容，提供的业务种类受限制，不能传输数据信息 ;保密性差，以及移动终端要进一步实现小型化、低功耗、低价格的难度都较大。


1.4 移动通信系统的发展历程我国在 1986年投资建设模拟蜂窝式公用移动通信网，引进了美国 MOTOROLA公司的 900 MHz TAGS标准的模拟蜂窝移动通信系统 (A 网 ) 和瑞典 ERICSSON 的公司 900 MHz TAG

S标准的模拟蜂窝移动通信系统 (B 网 ) 。 1987年 11月，广东正式开通了移动电话业务，移动电话用户实现了“零”的突破。1996年实现了 A 网、 B 网的互联自动漫游。 2001年，我国模拟网关闭。


1.4 移动通信系统的发展历程 2. 第二代 (2G) 移动通信系统 20 世纪 80年代中期至 20 世纪末，是第二代 (2G) 移动通信系统—数字式蜂窝移动通信系统发展和成熟阶段，推出了以欧洲的时分多址 GSM 系统和北美的码分多址 IS-95CDMA 系统为代表的数字式蜂窝移动通信系统， GSM 系统的主要使用频段为 900 MHz 和 1 8

00 MHz ，分别称作 GSM900 和 DCS1800 ，一般在 900 MHz 频段无法满足用户容量需求时，会启用 1 800 MHz 频段。 IS-95 系统的使用频段主要为 800 MHz 数字式蜂窝移动通信不但能克服模拟通信的一些弱点，还能提供数字语音业务和最高速率为 9. 6 kbit/s 的电路交换数据业务，并与综合业务数字网 (ISDN) 相兼容。 GPRS 可以提供最高速率为 171.2kbit/s 的分组交换数据业务。


1.4 移动通信系统的发展历程 20 世纪末欧洲电信标准协会 (ETSI)推出了 GPRS 通用分组无线业务。 GPRS 是在现有第二代移动通信 GSM 系统上发展出来的分组交换系统，是 GSM 系统的升级版， GPRS系统与 GSM 系统工作频率是一样的，允分利用了 GSM 系统中的设备，只是在 GSM 系统的基础之上增加了一些硬件设备和软件升级，为 GSM 系统向第三代 (3G) 移动通信系统提供了过渡性的网络平台，所以 GPRS 系统被称作 2.5G 移动通信系统。 GPRS 可以提供最高速率为 171.2kbit/s 的分组交换数据业务。


1.4 移动通信系统的发展历程我国的数字蜂窝移动通信网的大力发展是从 20 世纪末开始的。 1994年，中国联通率先开始建设数字蜂窝移动通信网。

1994年底，广东首先开通 GSM 数字移动电话网 (俗称 G 网 ) 。G 网工作频率是 900 MHz ，为了满足不断增长的通信容量，后来又建设了 DCS1800 移动通信系统的网 (即 D 网 ) 。 D 网采用的是 GSM900标准，不同的是工作频率为 1 800 MHz,使用双频手机就可以在 G 网和 D 网中漫游通话。在 2000年中国联通启动了 CDMA 移动电话网 (即 C 网 ) 建设。 2004年出现了 GSM/CDMA双模手机，双模手机用户可以自由选择使用 G 网和 C 网进行通信。


1.4 移动通信系统的发展历程目前我国应用的移动通信网主要是 G 网 ( 主要运营商是中国移动与中国联通 ) 和 C 网 ( 主要由中国联通运营 ) 。 200

1年，中国移动开通 GPRS业务，标志着中国无线通信进入 2. 5 G 时代。经过短短 20年的发展，我国已成为全球移动通信用户最多的国家，中国移动不仅是中国规模最大的移动通信运营商，也是拥有全球最大网络规模和用户规模的移动通信运营商。


1.4 移动通信系统的发展历程 3. 第三代 (3G) 移动通信系统由于第二代 (2G) 移动通信系统难以提供高速数据业务，无法实现全球覆盖和国际漫游，所以第三代 (3G) 移动通信系统从 20 世纪 80年代开始研发时就成为通信技术的一大亮点。第三代 (3G) 移动通信系统可同时提供高质量的语音业务，最高传输速率为 2Mbit

/s 数据、图像业务，同时支持多媒体业务 ; 能够全球无线漫游。 21 世纪，第三代 (3G) 移动通信系统进入快速发展时期，其中最具有代表性的是基于 GSM 技术的欧洲与日本提出的 WCDNIA 、北美提出的基于 IS-95 CDMA 技术的 CDMA2000 和我国提出的 T

D-SCDMA 。 2001年我国启动了 3G 技术的试验，在 2006年我国将 CDMA2000 , WCDMA 及 TD-SCDMA颁布为中国通信行业标准，并进行了大规模的 3G 网络试验。

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1.4 移动通信系统的发展历程在 3G 技术之后，人们又开始研发 4G, 5G 技术。固定网、移动网、计算机网络、广播电视网的融合成为发展的大趋势，以 IP 为基础的移动互联网业务将是未来的主流业务。

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1.5 移动通信的基本技术在移动通信中，由于传输信道和通信用户是动态的，不固定的，所以，各种移动通信技术是围绕着如何适应信道和用户的动态特性而发展的，主要的移动通信技术包括信号处理技术和组网技术。 1. 5. 1 移动通信的信号处理技术移动通信系统信号传输和处理的流程图如图 1 -2 所示，由信源 ( 话音 )编解码、信道编码与解码、数字调制与解调和无线信道 5个单元组成。

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1.5 移动通信的基本技术 1. 话音编码技术信源编码的主要作用是将信源送出的模拟信号取样、量化、编码，并对编码后的信号去掉信源多余的冗余信息，以达到压缩信源信息率，降低信号的传输速率、缩小信号带宽，从而提高通信的有效性。常用信源编码的方法有波形编码、参量编码和混合编码三种技术。

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1.5 移动通信的基本技术 (1) 波形编码波形编码是利用 A/D 变换技术，通过对模拟的输入信号波形进行采样、量化，然后用二进制码表示出来的编码方式。因为波形编码能够在接收端精确再现信源模拟信号的波形，得到质量较好的信号，因而被经常采用。这种技术包括脉冲编码调制 (PC M ) 、脉码增量调制 (DPCM) 和自适应增量调制 (ADPCM ) PC M 是基本的波形编码方法，具体步骤是对输入的信号抽样、量化和编码，输出的 PC M 信号的数码率为 64 kbit/

s 。图1-9是 PC M抽样、量化和编码的示意图。


1.5 移动通信的基本技术 DPCM 是对相邻抽样值的差值序列进行量化编码的方法，

DPCM 是在 PCM 的基础上发展起来的，但和 PC M 相比，因为是对相对较小的差值序列进行量化编码，所以每秒传输的码元数 (或数码率 ) 可以降低，从而提高了传输效率 ADPCM 是在 DPCM 的基础上，再采用自适应量化功能，把自适应技术和差分脉冲编码调制结合起来的波形编码技术，可在保证通信质量的基础上，进一步压缩数码率。 ADPCM技术使信号的数码率降为 32 kbit/s ，传输效率提高了一倍。


1.5 移动通信的基本技术 (2)参量编码参量编码不是直接对语音波形进行编码，而是在发送端直接提取模拟信号的一些特征参量，并对这些参量进行编码的一种方式。参量编码的数码率比波形编码低，数码率常在

4.8 kbit/s 以下，但接收端重建的信号质量不好，有明显的失真，因为在接收端收到的信号是根据发送的特征参量人工合成得到的，实现参量编量的系统称为声码器。


1.5 移动通信的基本技术 (3)混合编码混合编码是波形编码技术和参量编码技术的混合，在参量编码技术的基础上附有一些波形编码的特征，吸取波形编码的高质量与参量编码的低速率的优点。混合编码是通信系统使用最多的编码技术。目前混合编码的改进方法有很多种， GSM 系统、 IS-95

CDMA, WCDMA 和 CDMr12000 系统就采用改进的混合编码技术，如 GSM 系统采用的是规则脉冲长期预测混合编码(RPE-LTP),IS-95CDMA, WCDMA 和 CDMr12000 系统则采用了受激线性预测混合编码 (QCELP) 。


1.5 移动通信的基本技术 2. 信道编码技术信道编码主要包括纠错编码和交织编码技术，主要目的是提高通信的可靠性。纠错编码的作用是检测和纠正信息在传输过程中的随机差错。基本方法是根据一定的校验关系在发送端的信息码元中加入一些监督码元，在接收端根据信息码元和监督码元之间建立的这种校验关系来检错和纠错，从而提高数字信号传输的可靠性，降低误码率。由于监督码元的加入，增加了信号的冗余度，即可靠性的提高是以带宽为代价的，所以纠错编码技术的目的是如何以最少的监督码元，获得最大的纠错和检错能力。常用纠错编码技术有奇偶效验码、卷积码和 Tu

rbo码。上一页下一页返回

1.5 移动通信的基本技术上面所述的所有纠错编码都是用来纠正随机错误的，但在实际通信系统中常常存在突发性错误。突发错误一般是一个错误序列。纠正突发错误通常采用交织编码。交织编码的基本思路是，将 i个能纠 t个错的分组码 (n , k) 的中的码元比特排列成 i 行 n列的方阵。每个码元比特记作 B(i,n) 。如图1-10所示，交织前如果遇到连续了个比特的突发错误 ( 用阴影方块表示 ) ，且 j>>t ，对其中的连续两个码组而言，错误数已远远大于纠错能力 t ，因而无法正确对出错码组进行纠错。交织后，总的比特数不变，传输次序由原来的 B (1, 1), B(1 ， 2) ， B(1 ， 3)…B(1 ， n) ， B(2 ，1) ， B(2 ， 2) ， B(2 ， 3)…B(2 ， n) ，… B(i, 1) , B (i, 3) , B(i, 3) ... B(i, n)转变为 B(1 , 1), B (2 , 1) , B(3 , 1) ... B(i ， 1) ， B(1 ， 2) ，B(2 ， 2) ， B(3 ， 2)…B(i ， 2)…B1 ， n) ， B(2 ， n) ， B(3 ，n) ， ...B(i , n) 的次序。


1.5 移动通信的基本技术此时因干扰或衰落引起的突发错误图样正好落在分组码的纠错能力范围内。通常把码组数 i 称为交织度，用这种方法构造的码称为交织码。使用交织编码的好处是提高了抗突发错误的能力但不增加新的监督码元，从而不会降低编码效率。理论上交织度 i越大，抗突发错误的能力就越强，但是要求译码器的暂存区就越大，而且译码延时也相应加大因此，实际系统中会根据设计成本和系统的延时要求选取合适的 i 。


1.5 移动通信的基本技术 3. 数字调制技术数字调制，即用数字信号来调制某一较高频率的正弦波，使已调信号能通过带限信道传输。其主要作用是 : 第一，频谱搬移，即将传送信息的基带信号搬移到相应频段的信道上传输，以解决信源信号通过天线转化为电磁波发送到自由空间 ; 第二，为了提高频带的利用率，即单位频带内传送尽可能高的信息率。移动通信系统采用数字调制技术都是在基本数字调制技术的基础上进行改进的。 (1) 基本的数字调制技术根据所控制的高频正弦波载波信号的参数不同，基本的数字调制技术可分为频移键控 ( FSK)调制、相移键控 ( PSK)调制和振幅键控 ( ASK )调制三类


1.5 移动通信的基本技术 ①频移键控 (FSK)调制。频移键控 (FSK)调制是指数字基带信号控制的是载波的频率。若基带信号是二进制信号，“ 1”和“ 0” 分别用两个不同载波频率的正弦载波来传送，而载波振幅不变，则频移键控记为 2FSK ，如图1-11所示。若基带

信号是多进制信号，则频移键控记为 MFSK 。 ②相移键控 (PSK)调制。相移键控 (PSK)调制是指数字基带信号控制的是载波的相位，若基带信号是二进制信号，则相移键控记为 2PSK ，若基带信号是多进制信号，则相移键控记为 MPSk 。 2PSK又分为绝对相移键控 ( 2BPSK) 和相对相移键控 (2 DPSK) 。绝对相移键控 ( 2BPSK)调制方法是 :调制后的正弦载波相位按照基带信号 "1” 和“ 0” 变换而对应变化，当基带信号为“ 1” 时，调制后的正弦波相位为。


1.5 移动通信的基本技术当基带信号为“ 0” 时，调制后的正弦波相位为 π ，其振幅和频率保持不变 ; 相对相移键控 (2 DPSK)调制方法是 :2D

PSK调制后的正弦载波相位，即当基带信号为“ 1” 时，调制后的载波相位和前一个载波信号的相位反相 ( 为 π) ，当基带信号为“ 0” 时，调制后的载波相位和前一个载波信号的相位相反同相 ( 为 0) ，其振幅和频率也保持不变。两种调制方法的波形如图 1-12 所示。 2BPSK 在解调时存在相位模糊问题，2DPSK 不存在 2BPSK 的相位模糊问题。


1.5 移动通信的基本技术 ③振幅键控 ( ASK)调制振幅键控 ( ASK)调制是指基带数字信号控制的是载波的振幅，正弦载波的幅度随着调制信号的变化而变化，而其相位和频率保持不变。若基带信号是二进制信号，则振幅键控记为 2ASK振幅键控 ( ASK )调制原理方框图及其波形如图1-13所示 ;若基带信号是多进制信号，则振幅键控记为 MASK 。

上述三种调制方式中，绝对相移键控 ( BPSK) 的频谱利用率最高，抗干扰性能最好，所以移动通信中的调制方式多数是在 BPSK 的基础上改进的。


1.5 移动通信的基本技术 (2)改进的数字调制技术 ①最小频移键控调制 (MSK ) 。在实际应用中需要调制信号包络波动小，高频分量小，邻道辐射低。如果调制信号在码元转换时刻信号相位是不连续的、突变的，就会使得系统产生较大的带外辐射，如果采用滤波器去抑制，又会使得信号包络波动变大，对信道的线性度要求会变高，工程上不易实现。最小频移键控 (MSK)调制可以有效地解决上述矛盾。最小频移键控 (MSK) 的调制信号相位不存在突变点，在码元转换时刻是保持连续的，且信号包络波动小。


1.5 移动通信的基本技术图 1-14 所示为实现 MSK调制的方框图。其工作过程是 :将输入的基带信号进行差分编码后，经串 /并转换电路，将其分成 I,Q两路信号，并相互交错一个码元宽度 Tb ，再用加权函数 cos(πt/2 Tb) 和 sin cos(πt/2 Tb) 分别对 I, Q两路信号加权，最后将两路信号分别对正交载波 cosWct 和 sinWct 进行调制，将所得到的两路已调信号相加，通过带通滤波器，就得到 MSK 信号 MSK 解调可采用相干、非相干两种方式。


1.5 移动通信的基本技术虽然MSK 信号相位不存在突变点，但相位却呈折线变化，使 MSK 信号的带外邻道辐射相对较大，影响了频谱利用效率，所以在 MSK 基础上产生了 GMSK调制方法 ②高斯滤波最小移频键控调制 (GMSK) 。高斯滤波最小移频键控 GMSK调制的基本原理是在 MSK调制器之前加入一个高斯低通滤波器，进一步抑制高频分量，使基带信号变成高斯脉冲信号后再进行 MSK调制。所以， GMSK 的抗干扰性能与最优的 BPSK差不多，对高功率放大器的线性度要求低，因而得到了广泛的应用， GSM 系统采用的是 GMSK调制。


1.5 移动通信的基本技术 ③正交相移键控调制 (QPSK) 。在 1986年后，由于实用线性高功率放大器取得了突飞猛进的发展，使得线性调制技术在移动通信中得到实际应用。这类调制技术频谱利用率较高，但对调制器和功率放大器的线性要求非常高。目前移动通信系统采用的线性调制技术都是在 BPSK 和 QPSK 的基础上发展起来的。正交相移键控 ( QPSK )调制，也称作四相相移键控。


1.5 移动通信的基本技术 QPSK调制的基本信号是四进制信号，即 00, 01, 10, 11 ，对应于载波的 4 种不同相位。 QPSK 信号常用的产生方法有相位选择和直接调相两种。相位选择法原理框图如图1-15所示。图中，四相载波

发生器产生 QPSK 信号所需的 4 种不同相位的载波，输入的二进制数码经串 /并变换器输出双比特码元。


1.5 移动通信的基本技术 QPSK调制也可看成是两路信号同时进行 BPSK调制，只是两路的载波 cosWct 和 sinWct 相互正交，其原理框图如图 1-

16 所示，波形见图 1-17, 输入的基带信号经串 /并转换电路，将其分成 I,Q两路信号，将两路信号分别用正交载波 cosWct和 sinWct 进行 BPSK调制，将所得到的两路已调信号相加，通过带通滤波器，就得到 QPSK 信号。由于 QPS K 的 I,Q两路数据流在时间上是一致的 (即码元的沿是对齐的 ) ，当两路数据同时改变极性时 (I,Q两路码元同时转换 ) ， QPSK信号的相位将发生 180 。跳变。这种相位跳变会导致信号的包络在瞬间通过零点，引起包络起伏。


1.5 移动通信的基本技术 ④交错正交 (或四相 ) 相移键控 ( OQPSK) 。为了进一步减小 QP

SK 已调波的相位突变值，降低已调信号的包络波动，在 QPSK基础上提出了改进的交错正交 (或四相 ) 相移键控 (OQPSK )调制。 OQPSK调制框图如图1-18所示，波形见图1-19。 OQPSI}调制

是将输入的基带信号经串 /并转换电路，将其分成 I,Q两路信号，并使其在时间上相互错开一个码元间隔，然后再对两路信号进行正交 BPSK调制，叠加成为 0QPSK 信号。由于 0QPSK调制将两路信号在时间上错开一个码元的时间 (Tb) 进行调制，不会发生像 QPSK两路数据同时改变极性的现象，每次只有一路码元可能发生极性翻转，因此， OQPSK 信号相位最大突变 ±90° ，不会出现 180° 的相位跳变。 OQPSK 频谱特性比 QPSK 好，其信号包络起伏比 QPSK 信号小，故OQPSK 性能优于 QPSK 。


1.5 移动通信的基本技术 ⑤π/4差分四相移相键控 (π/4-DQPSK)调制。 QPSK调制是在移动通信上获得较多应用的一种调制，也是一种正交相移键控调制技术， π/4-DQPSK 信号最大相位突变介于 OQPSK和 QPSK 之间为 ± 135° ，所以其包络起伏比 QPSK 小但比 O

QPSK 大，但 π/4 -DQPSK 最大的优势在于它能够非相干解调，而 OQPSK 和 QPSK 最大的缺点是只能采用相干解调，这使得 π/4-DQPSK 接收设备大大简化。 π/4-DQPSK调制过程和 QPSK 相比多了一个差分相位编码电路， π/4-DQPSK调制方框图如图1-20所示。


1.5 移动通信的基本技术 1.5.2 移动通信的组网技术由若干个移动通信系统互联就构成移动通信网络，移动通信组网的基本技术主要包括多址技术、服务区规划技术和多信道共用技术。 1. 多址技术在一个无线小区中，如何使一个基站能容纳更多的用户同时和其他用户进行通信 ?又如何使基站能从众多用户台的信号中区分出是哪一个用户台发出来的信号，而各用户台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号 ? 解决这个问题的办法称为多址技术。


1.5 移动通信的基本技术常用的多址方式有频分多址 (FDMA) 、时分多址 (TDM

A) 和码分多址 (QDMA) 。对于移动通信系统而言，由于用户数和通信业务量激增，一个突出的问题是在频率资源有限的条件下，如何提高通信系统的容量。由于多址方式直接影响到通信系统的容量，所以一个移动通信系统选用什么类型的多址技术直接关系到移动通信系统容量的大小。


1.5 移动通信的基本技术 (1) 频分多址 (FDMA) 。在移动通信系统中，频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的互不重叠的频道，分配给不同的用户使用。这些频道互不重叠，其宽度能传输一路话音信息，而在相邻频道之间无明显的干扰。频分多址系统的工作示意图如图1-21所示。由图可见，系统的

基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号。任意两个移动用户之间进行通信时都必须经过基站中转 : 因而要占用一对频道，一个用作上行 (反向 ) 信道，一个用作下行 ( 前向 ) 信道，才能实现双工通信不过，移动台在通信时所占用的信道并不是固定的，通常是在通信建立阶段由系统控制中心临时分配的，通信结束后移动台将退回占用的信道，这些信道又可以重新分配给其他用户使用。


1.5 移动通信的基本技术 FDMA 的频道分割如图1 - 22所示。上行信道占有较低的频带，下行信道占有较高的频带，中间为保护频带。为了在有限的频谱中增加信道数量，希望频道间隔越窄越好， FDMA 信道的相对带宽较窄 (25 kHz或 30 kHz ) ，但在频道之间必须留有足够的保护间隙Fg，同时，在接收设备中使用带通滤波器，限制邻近频道间的干扰。

FDMA 技术的缺点是 : 基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备复杂 ; 系统中存在多个频率的信号，容易产生信道间的互调干扰，因此通信质量较差，保密性较差 ; 因为频道数量是有限的，所以系统容量小，不能容纳较多的用户 FDMA 主要用于模拟蜂窝移动系统中，在数字蜂窝移动系统中，更多采用的是 TDMA 和 CDMA 。


1.5 移动通信的基本技术 (2) 时分多址 (TDMA) 。时分多址 (TDMA) 技术是在一个载波频率上把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙 ( 无论帧或时隙都是互不重叠的 ) ，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户，在时隙内传送的信号叫做突发 (bust) ，不同通信系统的帧结构好帧长度是不一样的， GSM 系统采用的是 TDM

A 技术 . 其帧长为 4. 6 ms 如图 1-23 所示。


1.5 移动通信的基本技术图1 - 24所示为 TDMA 通信系统的工作示意图。每次通信时，每个用户在每帧内在指定的时隙按顺序向基站发射信号，基站在相应的时隙中接受给它的信号 ;同样，基站在指定的时隙按顺序向不同用户发射信号，用户只要按照顺序在相应的时隙中接收发给它的信号，就能从众多的信号中把发给它的信号区分出来，为了正确识别并接收信号，同时保证各用户发射的信号不会在基站发生重叠或混淆， TDMA 通信系统设备必须有精确的定时和同步。 TD-MA 和 FDMA 通信系统相比， TDMA 通信系统在同样的频道数下，能容纳更多的用户，频率利用率高 ;每个用户占用不同的时隙进行通信，用户间不会串扰，基站只需一部收发信机，互调干扰小，并且对时隙的管理和分配通常要比对频率的管理与分配更容易经济，便于动态分配信道。


1.5 移动通信的基本技术 (3)码分多址 (CDMA) 。码分多址 (CDMA) 是指不同的移动台的识别不是靠频率不同或时隙不同，而是用各自不同的独特的随机的地址码序列来区分，地址码序列彼此正交互不相关，或相关性很小。在这样一个信道中，可容纳比 TDMA还要多的用户数。图1-25是码分多址 (CDMA) 通信系统示意图，其基本工作

原理如下 : 在码分多址通信系统中，利用自相关性很强而互相关值为。或很小的周期性码序列作为地址码，与用户信息数据相乘 (或模 2 加 )后进行合成，经过相应的信道传输后，在接收端以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对接收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码一致的信号选出，把不一致的信号除掉 ( 这个过程称之为相关检测 ) 。上一页下一页返回

1.5 移动通信的基本技术例如，图 1 - 25 中 d1~ dN 、分别是 N个用户的信息数据，其对应的地址码分别 W1~WN ，为了简明起见，假定系统有 4个用户 (即 N=4) ，各自的地址码为 :


1.5 移动通信的基本技术假设在某一时刻用户信息数据分别为 :

与式 (1-1) 和式 (1-2) 相应的波形如图 1-26 。


1.5 移动通信的基本技术与各自对应的地址码相乘后的波形 S1~ S4 如图 1 - 26 所示。在接收端，当系统处于同步状态和忽略噪声时，在接收机中解调输出 R 端的波形是 S1~ S4 的叠加，如果欲接收某一用户 ( 例如用户 2) 的信息数据，本地产生的地址码应与该用户的地址码相同 (Wk=W2) 。并且用此地址码与解调输出 R 端的波形相乘，再送入积分电路，然后经过采样判决电路得到相应的信息数据。如果本地产生的地址码与用户 2 的地址码相同 (即Wk=W2) ，经过相乘、积分电路后，产生的波形 J1~

J4 如图 1 - 26 所示，即 :


1.5 移动通信的基本技术也就是在采样、判决电路前的信号是 :0 、 -1 、 0 、 0 。此时，虽然解调输出 R 端的波形是 S1~S4叠加，但是，因为要接收的用户 2 的信息数据，本地产生地址码与用户 2 的地址码相同，经过相关检测后，用户 1, 3, 4 所发射的信号加到采样、判决电路前的信号是 0 ，对信号的采样、判决没有影响。采样、判决电路的输出信号是 J2={-1} ，也就是用户 2 所发送的信息数据。如果要接收用户 3 的信息数据，本地产生的地址码应与用户 3 的地址码相同 (Wk=W3) ，经过相乘、积分电路后，产生的数据 J1~J4 为 : J1={0} ， J2={0} ， J3={1} ， J4={0}


1.5 移动通信的基本技术也就是在采样、判决电路前的信号是 0 、 0, 1, 0 。此时，虽然解调输出 R 端的波形是 S1~S4叠加，但是要接收的用户 3的信息数据，本地产生的地址码与用户 3 的地址码相同，经过相关检测后，用户 1, 2, 4 所发射的信号加到采样、判决电路前的信号是。，对信号的采样没有影响。采样、判决电路的输出信号是 J3={1} ，也就是用户 3 所发送的信息数据。如果要接收用户 1, 4 的信息数据，其工作原理与上述相同。


1.5 移动通信的基本技术以上是通过一个简单例子，简要叙述了码分多址通信系统的工作原理。实际上，码分多址移动通信系统并不是这样简单的，而是复杂得多 : 一是要有足够多的自相关性和互相关性良好的地址码，这是“码分”的基础 ;二是在码分多址通信系统中的各接收端，必然产生与发送端码型和相位均一致的本地地址码 (简称本地码 ) ，这是“码分”最主要的环节 ; 三是由于码分多址通信系统中的特点，即网内所有用户使用同一载波，各个用户可以同时发送或接收信号，这样在接收机的输入信号干扰比将远小于 1

(负若干 dB) ，这是传统的调制解调方式无能为力的。为了把各用户之间的相互干扰降到最低程度，并且使各个用户的信号占用相同的带宽，码分系统必须与打一展频谱技术相结合，使在信道上传输的信号所占频带极大展宽 ( 一般达百倍以上 ) ，为接收端分离信号完成实质性的准备。上一页下一页返回

1.5 移动通信的基本技术比较上述的三种多址方式，如图1-27所示。 CDMA码分

多址技术的频谱利用率最高，所能提供的容量最大，它代表了多址技术的发展方 ;TDMA 时分多址技术，目前技术比较成熟，应用较为广泛 ;FDMA 频分多址技术，由于频谱利用率低，逐渐被 TDMA 和 CDMA 所取代，实际中最常用到的是这三种多址方式的混合多址方式，如 WCDMA 系统采用 FD-MA/CDMA 的混合应用 ; 而 TD-SCDMA 系统采用的是 TDMA/CDMA的混合应用。

2. 移动通信系统的服务区规划 (1)服务区的制式根据移动通信系统的服务区覆盖方式的不同可将移动通信系统的服务区划分为 : 大区制和小区制。


1.5 移动通信的基本技术 ①大区制。大区制是指在一个服务区域 ( 一个城市或一个地区 ) 内只设置一个基站，由它负责这个地区移动通信的联络和控制通常基站天线架设较高，发射机输出功率也比较大 (25~200W) , 覆盖区域半径一般为 25~50km ，用户容量一般为几十至几百个，如图1 - 28所示。这种方式的优点是组网简单、投资少，一般在用户密度不大或业务量较少的区域使用，因为服务区域内的频率不能重复使用，无法满足大容量通信的要求。


1.5 移动通信的基本技术 ②小区制。小区制是指将整个服务区划分成若干个单位区群，每个区群由若干个无线小区组成，如图 1-29 所示。每个无线小区分别设置一个基站，由它负责本区移动通信的联络和控制。其基本思想是用许多的小功率发射机 ( 小覆盖区域 )来代替单个大功率发射机 ( 大覆盖区域 ) 。每个无线小区设置一个发射功率为 5~10 W 的小功率基站，覆盖半径一般为 5~20 km 。每个单位无线区群分配一组频率，在每个单位区群中，每个无线小区使用一组频道，邻近无线小区使用不同的频道。而在不同的无线区群中，频率可以重复使用，即同频复用。


1.5 移动通信的基本技术这样在整个服务区内，同一组频道可以多次重复使用，因而大大地提高了频率利用率。另外，在区域内可根据用户的多少确定小区的大小随着用户数目的增加，小区还可以继续划小，即实现“小区分裂”，以适应用户数的增加。因此，小区制解决了大区制中存在的频道数有限而用户数不断增加的矛盾，可使用户容量大大增加。由于基站服务区域缩小，移动台和基站的发射功率减小，同时也减少了电台之间的相互干扰，普遍应用于用户量较大的公共移动通信网。但是，在这种结构中，移动用户在通信过程中，从一个小区转入另一个小区的概率增加，移动台需要经常更换频道。而且，由于增加了基站的数目，所以带来了控制交换复杂等问题，建网的成本也高了。


1.5 移动通信的基本技术 (2)单位无线区群的形成 ①无线小区形状的选择。根据天线理论，对采用全向天线的无线小区，其覆盖面是以天线为中心的圆形，叠区必定会产生干扰为了在整个服务区实现无缝覆盖，各圆形的无线小区会相互重叠，在重，所以，在理论上常用圆内接正多边形代替圆表示无线小区形状那么，采用什么形状的正多边形是最合适的呢 ?下面来讨论这个问题。代替圆表示无线小区形状的圆内接正多边形可取的形状一般分为正三角形、正方形、正六边形 3 种，如图1-30所示。那么这三种形状哪一种最好呢 ?假设无线小区半径都是 r ，计算出三种形状小区的单位相邻小区的中心距离、小区面积、交叠部分面积如表1-1所示。


1.5 移动通信的基本技术将这 3 种圆内接正多边形的相邻小区的中心距离、单位小区面积、重叠区面积三种参数如表1-2表示，比较后发现 :正六边形小区的邻区中心间距最大、小区面积也最大

从表 1-1 中可以发现 :正六边形小区的小区面积最大、也最接近理想的圆形、重叠区面积却最小。这意味着对于同样面积的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，基站数最少，也最经济，所需信道数最少，频率利用率较高。所以服务区的无线小区采用正六边形结构是最佳选择。


1.5 移动通信的基本技术 ②单位无线区群的组成条件。为了防止同频干扰，同属于一个单位无线区群彼此相邻的正六边形无线小区不能使用相同的频率，共用一个信道。若同频无线小区之间的中心距离大于同频复用距离，则各个单位无线区群可以使用相同的频道组 (同频复用 ) 。同频复用的目的是节省频率资源，提高频率利用率。使用相同频率的无线小区之间必须相隔一定的距离，以使同频干扰足够小。


1.5 移动通信的基本技术一个单位无线区群由多少个无线小区组成比较合适 ? 在何种条件下无线区群才可以同频复用 ? 单位无线区群组成的基本条件 : 一是若干单位无线区群能彼此邻接，且无缝隙、无重叠地覆盖整个服务区 ;二是相邻单位无线区群中使用相同频率的无线小区的中心间距一定相等满足以上条件的单位无线区群内的无线小区个数 N满足下列公式 :

式中 ,i,j均为正整数。由此可算出 N 的可能取值如表 1-2 所示相应的区群形状如图1 -31所示。


1.5 移动通信的基本技术按图 1-31 所示的单位无线区群彼此邻接排布都可扩大服务区，但如何选择单位无线区群呢 ? 这要根据系统所要求的同频道复用距离而定。在进行蜂窝状网络的频率分配时，每个无线小区分给一个频道组，每个单位无线区群分给一组频道组，如图1-32所示。图中的编号分别表示互不相同的频道组。当服务区扩大后，为了实现同频复用，不同单位无线区群可使用相同的频道组，其条件是，相同号编的无线小区中心之间的距离 dg 大于或等于同频道复用距离 D 。 dg取决于单位无线区群中无线小区数 N 和无线小区半径 r ，三者之间的关系为 :

由此可计算出 N 与 dg/r 的关系如图1-32所示显然，在满足所要求的同频复用距离的前提下， N应取最小值，这是因为，N越小，频率利用率越高。


1.5 移动通信的基本技术 ③无线小区的基站设置。无线小区中的基站如果设在小区的中心位置，采用圆形辐射的全向天线覆盖无线小区，这就是所谓的“中心激励”方式，如图1-33所示。如果基站设在每个正六边形小区的 3个顶点上，并且每个基站采用 3 副辐射角是 120° 的扇形定向天线，分别覆盖 3个相邻无线小区的各三分之一区域，每个三分之一区域称作扇区，即一个无线小区分为 3个扇区，这就是“顶点激励”方式，由于采用了定向天线，天线发射功率小，对同频干扰有一定的抑制作用，且同频复用距离小，频率复用率较高，但是由于每个基站覆盖面积减小，使频率切换次数增加。顶点激励方式也可以用 6 副辐射角是 60° 的扇形定向天线。


1.5 移动通信的基本技术 (3) 不同情况下无线小区的划分 ①用户密度不同时。如果整个服务区的地理环境一致，用户密度分布均匀，则所采用的无线小区大小相同。而实际上，在整个服务区，建筑物分布复杂，用户密度也是不均匀的，如在城市中心，用户密度高，话务量大，而城市郊区的用户密度相对较低，所以小区的划分应随外界环境而灵活变化，如在用户密度高的市中心，可使无线小区的面积小一些，在用户密度低的城市郊区可使无线小区的面积大一些。图1-34所示为用户分布密度不等时的区域划分。另外，一个地区的用户数和话务量是变化的，如用户密度低的城市郊区随着城市建设的发展，变成了用户密度高的区域，这时为了适应增大的话务量，需要缩小原来的无线小区的面积，将小区分成更小的小区。解决以上问题可用小区分裂的方法


1.5 移动通信的基本技术以 3辐射的顶点激励方式为例，如图1-35所示，在原小

区内分设三个发射功率更小一些的新基站，就可以形成几个面积更小一些的正六边形小区，如图 1-35 中虚线所示。 ②带状服务区。前面介绍的正六边形无线区群适合服务区的地形是宽广的平面，也称为面状服务区，如果服务区是狭长的区域，如公路、铁路、海岸等，则无线小区需采用定向天线，按狭长的区域形成带状网络，相邻小区可进行频率复用，如图1-36所示。


1.5 移动通信的基本技术 ③直放站。服务区的地形起伏变化复杂，这会使得服务区存在信号很弱或基站范围达不到的地方，这些地方称为盲区，为了使信号有效到达盲区，最大限度满足用户通话服务的要求，通常在适当的地方建立直放站，用来对移动通信基站起延伸距离范围和覆盖重要盲区的作用。直放站是具有小型功能的设备，它的成本低，架设简单，所以广泛用于隧道、偏远的矿区、建筑物内部，如图 1-37 所示。


1.5 移动通信的基本技术 3. 多信道共用技术随着移动通信的发展，频道数目有限和移动用户数急剧增加的矛盾越来越大。要解决移动通信的频率拥挤问题，一是开发新频段，二是采用各种有效利用频率的措施移动通信发展的过程，就是有效利用频率的过程，而且仍是今后移动通信发展中的关键问题之一。提高频率利用率的有效措施主要有两种 :同频复用和多信道共用，前面对同频复用已经做了阐述，这部分介绍多信道共用技术。多信道共用是指在网内的大量用户共同享有若干无线信道，这与市话用户共同享有中继线相类似。这种占用信道的方式相对于独立信道方式来说，可以显著提高信道利用率。


1.5 移动通信的基本技术例如，一个无线小区有 IL个信道，把用户也分成 IL 组，每组用户分别被指定一个信道，不同的信道内的用户不能互换信道，如图1-38 ( a) 所示，这就是独立信道方式。当某一信道被某一用户占

用时，在它通话结束前，属于该信道的其他用户都处于阻塞状态，无法通话。但是，与此同时一些其他的信道可能正处于空闲状态，而又得不到利用。显然，信道利用率很低。如果将一个无线区内的 n个信道，为该区内所有 m个用户共用，则当 k (k<n)个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩余的 n-k 中的任意一个空闲信道通信。这种方式称为多信道共用，如图1 -38 (b) 所示。对多信道共用方式，因为任何一个移动用户选取

空闲信道和占用空闲信道的时间都是随机的，所以，所有 n个信道同时被占用的概率远小于一个信道被占用的概率。因此，多信道共用可明显提高信道利用率。上一页下一页返回

1.5 移动通信的基本技术多信道共用的结构，在同样多的用户数和信道数的情况下，用户通信的阻塞率明显下降。显而易见，在同样多的信道和同样阻塞率情况下，多信道共用能为更多的用户提供服务，当然也不是无限制的增加，否则将使阻塞率增加而影响通信质量。那么 m 和 n 的值取多少才比较合适，即每无线信道究竟分配多少个用户才算合理 ? 这就要看用户使用电话的频繁程度为了定量分析计算，先讨论话务量和呼损率。


1.5 移动通信的基本技术 ①话务量 (A): 话务量是度量通信系统通话业务量或繁忙程度的指标。所谓呼叫话务量是指每小时内平均呼叫次数 (C)与每次呼叫平均占用信道的时间 (t) 的乘积，即计算公式 : A = C * t (1 - 3) 式中， t 的单位是 h ，话务量 A 的单位是厄朗 (Erlang) 如果一个用户 1 小时内连续地占用一个信道，话务量就是 1 Erlang 。例如 :假设在一个信道上，平均每小时有 300次呼叫，平均每次呼叫的时间为 6 min ,那么这个信道上的总呼叫话务量为 :A = (300 x 6) ÷ 60 =30(Erlang) 。


1.5 移动通信的基本技术 ②忙时话务量 : 是指每个用户最忙的那个小时的平均话务量 (A 用户 ) ，一个服务区的忙时话务量可以采用统计的方法取得。计算公式 :A 用户 = CTK/3600(1 - 4) T 为每次呼叫平均占用信道的时间 (单位为 s); K 为忙时集中率。【例 1-1】某用户每天平均呼叫 3次，每次呼叫平均占用 2分钟 (T=120 s/次 ) ，忙时集中率为 10% (K=0.1) ，则用户忙时话务量 A 用户为多少 ? 解 :A 用户 = CTK / 3600 = 3 x 120 x 0. 1 /3 600 = 0. 01 Erl/ 用户


1.5 移动通信的基本技术 ③呼损率 (B):当用户请求通话，但信道却被其他用户占用时，该用户因无空闲信道而不能通话，呼叫失败，通信系统中，呼叫失败的概率称为呼损率 (B) 。呼损率 (B) 的物理意思是损失话务量与呼叫话务量之比的百分数，也可用呼叫次数表示，即 B=(AL/A)x 100％ =(CL/C)x 100％ (1-5) 式中， AL 为损失话务量 AL =A - A0, A0 是呼叫成功而接通电话的话务量 ;CL 为呼叫失败次数， C 为总呼叫次数。


1.5 移动通信的基本技术显然，呼损率 (B)越小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。因此，呼损率也称为系统的服务等级。例如，某系统的呼损率为 10% ,即该通信系统内的用户每呼叫 100次，其中有 10次因无空闲信道而打不通电话，其余 90次则能找到空闲信道而实现通话。但是，对于一个通信网来说，要使呼损减小，只有让呼叫 ( 流入 ) 的话务量小一些，即容纳的用户数少些，这是每个运营商都不希望的。由此可知，呼损率与话务量是一对矛盾，服务等级与信道利用率也是矛盾的，必须选择一个合适的值。


1.5 移动通信的基本技术如果呼叫满足如下条件 : a.每次呼叫相互独立，互不相关，即呼叫具有随机性，也就是说，一个用户要求通话的概率与正在通话的用户数无关 b.每次呼叫在时间上都有相同的概率。假定移动通信系统的信道数为 n ，则呼损率可按下式计算 :


1.5 移动通信的基本技术这就是爱尔兰公式。如已知呼损率 (B) ，则可根据式 (1-

6)计算出 A 和 n 对应的数量关系将用爱尔兰公式计算出的呼损率数据列表，即得到爱尔兰呼损表 (见附录 ) 。一般工程上计算话务量时用查表方法进行。例如，某小区中共有 10个信道，若要求呼损率为 10% ，则查表得呼叫话务量 A=6. 776 Erl 。


1.5 移动通信的基本技术 ④每频道容纳的用户数的估算。每个无线信道所能容纳的用户数与在一定呼损率条件下系统所能负载的话务量成正比，而与每个用户的话务量成反比，即每个信道所能容纳的用户数 m 可表示为 :


1.5 移动通信的基本技术【例 1 -2】某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫 10次，每次平均占用信道时间为 80s ，呼损率要求为 10% ，忙时集中率 K = 0. 125 ，问给定 8个信道能容纳多少用户 ? 解根据呼损率要求及信道数，查表得总话务量 A=5.579 Erl 每个用户忙时话务量 A 用户 =CTK/3600=0.027(Erl/ 用户 ) 每个信道容纳的用户数 m=(A/n)/A 用户 =25.7( 用户 / 信道 ) 系统所容纳的用户数 m*n=25.7x8≈205( 用户 )


1.5 移动通信的基本技术由上可知，当无线区共用信道数一定时，呼损率 B越大，话务量越大，信道利用率刀越高，服务质量越低。因此呼损率应选择一个适当值，一般为 10%-20% 多信道共用时，随着信道数增加，信道利用率提高，但信道数增加，接续速率下降，设备复杂，互调产物增多，因此信道数不能太多。另外，用户数不仅与话务量有关，而且与通话占用信道时间有关。在系统设计时，既要保持一定的服务质量，又要尽量提高信道的利用率，而且要求在经济技术上合理。为此，就必须选择合理的呼损率，正确地确定每个用户忙时的话务量，采用多信道共用方式工作，然后，根据用户数计算信道数，或者给定信道数计算能容纳多少用户数。

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1.6 移动通信的产业链了解移动通信的产业链，对于我们学习这门课程的目的是很有好处的。这样可以让大家知道为什么要学它，学了以后有什么用 ? 可以到哪些岗位 ? 从而提高学习的兴趣。移动通信的产业链如图1-39所示。 1. 移动通信运营商运营商是产业链的核心，一言以蔽之 :甲方。电信运营商在国内只有六家 : 中国移动、中国电信、中国网通、中国联通、中国铁通、中国卫通。其中，目前拥有移动通信网络运营的只有四家运营商 : 中国移动 (GSM 网络 ) 、中国联通 (GSM 和 CDMA 网络 ) 、中国电信

( 小灵通网络 ) 和中国网通 ( 小灵通网络 ) 。在国际移动通信运营商中，规模较大、影响力较强的包括沃达丰

(Vodafone ) , T-Mobile , Verizon 、日本的 NIT DoCoMo 、韩国的 SKT 。

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1.6 移动通信的产业链我国移动通信网络投入商业服务以来，经历了十多年的发展，形成了拥有四亿多用户的巨大市场。但是，近年来，随着大量低端用户的涌入，运营商的利润不断下降，收入增长趋缓。为此，运营商一方面加大力度开发新业务，另一方面进一步细分用户需要，提供更贴近用户需求的产品。 2. 网络设备提供商网络设备提供商是指为移动运营商提供通信网络设备的生产商，在这个领域的公司包括诺基亚 -西门子、朗讯 -阿尔卡特、爱立信、北电、摩托罗拉、华为、中兴、大唐、鼎桥、普大等。这些公司每年都是吸纳入才的主力。主要生产基站、核心网这些主设备。


1.6 移动通信的产业链 3. 终端提供商终端提供商包括生产手机和数据卡的厂商，他们可以直接面向用户。这个领域的巨头主要有 :诺基亚、摩托罗拉、索爱、三星等，国内一些企业在这个领域的势头相当强劲。 4. 通信专业设备和软件提供商这个领域的企业主要是服务于网络设备商、运营商、工程和优化服务商的，主要生产专业的测试设备、测试软件、网络规划软件、优化软件等。生产测试设备的佼佼者包括安捷伦、思博伦、泰克、安立等 ; 网络规划软件有 Aircom 等公司，其他主要的网络设备商一般也推出自己的网络规划软件，目前比较知名的有 Actix 等公司。


1.6 移动通信的产业链 5.芯片生产商芯片生产商为各网络设备商和专业设备商生产芯片，这个领域比较著名的厂商有高通公司。 6. OSS 系统开发商 OSS 全称是业务运营支撑系统 (Operational Support System

) 。各大电信运营商都建设有自己的 OSS 系统，例如中国移动的BOSS 系统、中国联通的综合营账系统等。

OSS 系统是做什么的呢 ? 以中国移动为例，正如大家都知道的，中国移动提出的 BOSS 系统规范将系统的建设划分为匕个子系统，即联机采集、计费、网间结算、业务、综合账务、客服、系统管理等。上一页下一页返回

1.6 移动通信的产业链 OSS 系统开发商的角色就是电信运营商开发这些软件系统，他们实际上从事的工作与系统集成商和软件开发商有些接近。这些厂家对员工的素质要求更接近软件企业，但同时也要求员工能够对移动通信有所了解。业内比较知名的公司包括亚信 (Asianinfo ) 、神州数码、亿阳信通、创智、联创等，

IBM 、微软、 CA 、惠普等著名软件公司也从事 OSS 系统的开发。


1.6 移动通信的产业链 7.工程和优化服务提供商这个领域可以分成工程服务和优化服务，但是部分公司往往同时从事这两者的工程工作。工程服务包括基站和机房的建设、室内分布系统的建设等，一般的工程公司都和运营商保持密切的合作关系。网络优化服务是一块很大的市场，在国外，运营商的网络维护、优化和管理往往是外包的 ; 但国内运营商因为重视网络质量，所以经常更愿意自己来负责。网络优化服务的另外一个市场是直放站、塔顶放大器、干线放大器等无线辅助设备的生产、销售和工程。


1.6 移动通信的产业链

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8.分销商分销商卖的是手机、 SIM卡等最终面向用户的东西。 9.增值业务提供商 (SP)和内容提供商 (CP) SP和 CP随着移动通信运营商的转型，最近才兴起的新型厂家，目前这个市场有待加强管理。电信业务分为基础业务和增值业务 :基础业务指的是基本的通话业务，最早的电信运营商提供的也就是通话业务 ;随着移动通信业务的发展，各种增值业务逐步走上舞台。在这个产业链上， SP扮演的角色是面向运营商和用户，建设业务平台，为用户提供内容 ;而 CP扮演角色是为 SP提供内容。在国外， SP的生存空间比较小，运营商一般都和 CP直接合作。在我国，四大移动运营商也都推出了各自的 SP运营模式，主要有移动梦网和互联星空等。

图 1-1 移动通信系统的基本构成

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图 1-2 移动通信系统的数据传输和处理流程

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图 1-3 多径衰落现象

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图 1-4 单工通信方式

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图 1-5 双频单工通信方式

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图 1-6 半双工通信方式

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图 1-7 双工通信方式

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图 1-8 移动通信系统的发展历程

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图 1-9 PCM抽样、量化和编码示意图

返回(a)模拟信号；（ b）抽样；（ c）量化；（ d）编码；（ e）数字信号

图 1-10 交织编码原理示意图

返回（ a）交织前的比特输出及突发错误；（ b）抽样交织后比特输出突发错误

图 1-11 2FSK调制原理框图与波形

返回（ a）调制原理框图；（ b）波形

图 1-12 2BPSK 与 2DPSK 波形

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图 1-13 2ASK 调制原理方框图及其波形

返回（ a）调制原理框图；（ b）波形

图 1-14 MSK调制原理方框图

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图 1-15 相位选择法产生 QPSK 信号原理图

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图 1-16 直接调相法产生 QPSK 信号原理图

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图 1-17 QPSK 波形

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图 1-18 OQPSK调制方框图

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图 1-19 OQPSK 波形

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图 1-20 差分相位编码电路 π/4-DQPSK调制方框图

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图 1-21 频分多址（ FDMA）技术

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图 1-22 FDMA 的频道分割图

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图 1-23 时分多址（ TDMA）技术

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图 1-24 TDMA 通信系统的工作示意图

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图 1-25 CDMA 通信系统的工作示意图

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图 1-26 CDMA 原理波形示意图

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图 1-27 FDMA 、 TDMA 、 CDMA三种频分多址方式比较

返回（ a）频分多址；（ b）时分多址；（ c）码分多址

图 1-28 大区制示意图

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图 1-29 小区制示意图

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图 1-30 不同圆内接正多边形表示的无线小区形状

返回（ a）正三角形；（ b）正方形；（ c）正六边形

图 1-31 不同 N值的无线区群形状

返回（ a） N=3,a=1,b=1；（ b） N=4,a=21,b=0 ；（ c） N=9,a=3,b=0

图 1-32 N 与 dg/r 的关系

返回（ a） 3 频制方式， dg=3r；（ b） 4 频制方式， dg=3.46r；（ c） 7 频制方式， dg=4.58r

图 1-33 基站的放置方法

返回（ a）放在小区中心；（ b）放在小区顶点

图 1-34 用户密度不等时的小区结构

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图 1-35 小区分裂

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图 1-36 带状服务区

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图 1-37 直放站

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图 1-38 信道使用方式

返回（ a）独立信道方式；（ b）多信道公用方式

图 1-39 移动通信产业链

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表 1-1 三种形状小区的参数计算

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表 1-2 单位区群小区数 N 的取值

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第一章 移动通信概述

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第一章移动通信概述