蜂窝移动通信概论

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1、第1章蜂窝移动通信概论1.1蜂窝移动通信概述1.2蜂窝移动通信1.3其它移动通信系统1.4移动通信的基本技术与发展方向1.1蜂窝移动通信概述1.1.1移动通信的概念移动通信是指通信的双方或至少有一方是在移动中进行信息交换的。例如运动中的人、汽车、轮船、飞机等移动体间的通信，分别构成陆地移动通信、海上移动通信和空中移动通信。现代通信技术的进步和发展基于微电子学的发展。微型电子计算机（微处理器）、大规模和超大规模集成电路、数字信号处理器和专用集成芯片等技术的发展为通信设备的数字化和小型化、通信服务的

2、综合化奠定了基础。1.1.2蜂窝移动通信概念20世纪60年代末，美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论，所依据的就是电波传播损耗与传播距离的四次方成比例这一客观事实。无线电频谱资源十分有限，能用作移动通信的频段也就更有限。蜂窝移动通信系统主要为社会公众开放业务。国际无线电咨询委员会（CCIR）给它的名称为“公用陆地移动通信系统”，英文缩写为PLMTS。1.1.3蜂窝移动通信特点1.移动通信的主要特点(1)移动通信是用无线电波传输信息的。(2)移动通信是在复杂的干扰环境中运行的。(3)移动通信的

3、市场需求巨大，但可被利用的频谱资源又非常有限。（4）对移动通信设备要求苛刻。2.蜂窝移动通信系统的特点蜂窝移动通信系统除前面所述特点之外，还有覆盖区可无限扩展，服务区域不受限制等特点。可采用多种蜂窝组网技术，提高系统的通信容量。以区群为蜂窝结构进行频率复用，可实现频率资源的有效利用。蜂窝结构和频率复用带来了如下的新问题。①蜂窝结构、蜂窝小区的分裂、微小区及微微小区的问题。②频率复用使相邻同频小区之间引起同道干扰的问题。③为避免区群内各小区间的干扰，通常的做法是各小区采用不同的频道，这样，将带来越

4、区切换(Hand-off)的问题。④当移动台从一个交换服务区进入相邻的交换服务区时，所发生的信道切换叫做漫游(Roaming)切换。1.1.4移动通信的工作方式按照通话状态和频率使用的方法，移动通信可分为单工制、半双工制和双工制三种工作方式和频分双工(FDD)和时分双工(TDD)制式两种双工制式。1.单工制(1)单频(同频)单工。单频是指通信的双方使用相同工作频率(f1)；单工是指通信双方的操作采用“按—讲”方式，如图1-1所示。(2)双频单工。双频单工是指通信的双方使用两个频率(f1和f2)，

5、而操作仍采用“按—讲”方式。图1-1单工通信方式2.半双工制半双工制是指通信的双方中，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，即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1-2所示。图1-2半双工通信方式3.双工制双工制指通信双方的收发信机均同时工作，任一方在发话的同时，也能听到对方的语音，如图1-3所示。图1-3双工通信方式1.2蜂窝移动通信1.2.1大区制移动通信系统及其局限性大区制移动通信系统是早期采用的，它由一个基站覆盖一个

6、较大的服务区，半径R约在30~50km范围，如图1-4所示。图1-4大区制移动通信系统大区制系统有一定的局限性，主要表现在以下三个方面：(1)覆盖范围有限。(2)系统的容量受限。(3)系统设备受限。1.2.2小区制蜂窝移动通信系统1.小区制蜂窝移动通信系统为了提高覆盖区域内的系统容量以及有效利用频率资源，提出了小区制覆盖蜂窝结构的概念。将一个大区制覆盖的区域划分成若干小区，每个小区(Cell)中设立基站(BS)，与用户移动台(MS)间建立通信。图1-5是蜂窝电话系统的示意图。每个小区设有一个(或

7、多个)基站，它与若干个移动台建立无线通信链路。若干个小区组成一个区群(蜂窝)，区群内的各个小区的基站通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。移动交换中心通过PCM电路与市话交换局相连接，从而形成一个完整的蜂窝移动通信的网络结构。图1-5蜂窝电话系统的示意图图1-6为小区的链状覆盖和面状覆盖以及频率复用的示意图。图1-6(a)为链状覆盖小区及其频率复用的示意图。为避免相邻小区间的干扰，图中采用3组频率(f1、f2、f3)进行频率复用。图1-6(b)为面状覆盖小区及其频率复用的示意图，

8、图中分别示出N=4，7，12和19的频率复用。图1-6小区覆盖以及频率复用的示意图(a)链状覆盖；(b)面状覆盖图1-6小区覆盖以及频率复用的示意图(a)链状覆盖；(b)面状覆盖图1-6小区覆盖以及频率复用的示意图(a)链状覆盖；(b)面状覆盖2.频率复用在频分制的蜂窝系统中，每个小区占有一定的频道，而且各个小区占用的频道是不同的。假设每个小区分配一组载波频率，为避免相邻小区之间产生干扰，各个小区的载波频率应不相同。因为频率资源是有限的，所以当小区覆盖不断扩大，小区数目不断增加时，将出现频率资源