第三章移动通俗批论 无线电收发信机组成，以使进行双工通信。它通过电话线或微波线路，以并 行的方式将移动电话与MSC相连接，起一个桥梁的作用。MSC协调所有基 站的工作，并将整个蜂窝系统连接到PSTN。典型的MSC可以管理100,000 个蜂窝用户，处理5000个同时进行的通话，还可以承担所有的计费及系统 维护功能。在大城市中，一个蜂窝移动通信系统通常包括有几个MSC。 公共空中接口(CAI)标准规定了基站与移动电话间的通信接口标准，它确 定了四种不同的信道。从基站到移动电话的语音传输信道称为前向（下行） 语音信道(V℃)，从移动台到基站的语音传输信道称为反向（上行）语音信 道(RVC).负责建立、控制通话过程的两个信道是前向（下行）控制信道(FCC) 和反向（上行）控制信道(RCC),控制信道只负责建立一个通话并将其转 移到一个未使用的语音信道上，控制信道本身不用于语音通信方面，只发送 和接收通话的建立和拆除以及服务请求方面的有关数据消息。 基于频率再用(Frequency Reuse)的概念，蜂窝系统要求相邻蜂窝区域内的 前向（下行）频率控制信道(FCC)各不相同。通过将为数不多的FCC规定为 公共空中接口中的一部分，则可由多家公司生产蜂窝移动台。这样，蜂窝移 动台在任何时候都能迅速搜索所有可能的前向（下行）控制信道，并最后确 定信号最强的信道，从而确定所处的小区。一旦发现最强信号，移动台会锁 定这一特定的FCC。MSC在所有的FCC上广播相应的系统数据，就能把信 号发送给蜂窝系统的所有用户。当MSC从PSTN上接收到一个对移动用户 的呼叫时，它可以使得被叫移动用户将会接收到信号。 当打开移动台（如手机）时并不能马上进入呼叫或被叫，手机首先搜素前向 (下行)控制信道组（群）以确定出信号最强的信道，然后对该控制信道进 行监控。一旦信号电平过低，则又重新搜索控制信道以找出最强的基站信号。 对每一种蜂窝系统，其控制信道一般均在覆盖的整个几何区域内来定义并标 准化，典型的做法是将系统可利用的信道总数的5%左右用作控制信道（其 它约95%的信道用于语音和数据传输)。控制信道标准化使得在一个国家或 地区内不同的覆盖区域里有相同的控制信道组（群），因此每一部移动电话 都搜索相同的控制信道组（群）。当有对移动用户的呼叫时，MSC就向蜂窝 系统相关区域内的所有基站发出命令，然后把移动用户识别号(MN)和移 动用户的电话号码作为一个寻呼信息在相关基站内的所有前向（下行）控制 信道上广播。移动台接收到它所监测的基站发出的信息后，再通过反向（上 行)控制信道回送确认信息。基站转发移动台发送的确认信息，通知MSC
第三章 移动通信概论 :;?kIy·FHst]W{?@;zsR;F tYZé?@ jtg)uvX, w7/² ³WXéx)CD-.j y' FDE )CD,E )st@z F{|/}÷ß-. ~¢i _%g)CD-.89/) É.$%j13 ¥²³?@ jä ¥f<d²³?@«<µ (\1©t3 <1 3dÞ²³«<µ v\1"t3 <1 3jkP ¯°@{^)<(\1©t3¯°<1 3 #v\1"t3¯°<13¯°<hjkPg)@éA g)+,<"¯°<î,òYhIn #jk@P#FßÎÏY/Gu ²òè,1 !"#$% "&3CD-.¨CDÅ (\1©t3¯°<' {é G; É.$%j%g¶ Ô ®;ÉCDÞQCD Þ [iLM / i(\1©t3¯°<Kbä lK¡<d&äôg¢I,K¡lÞe£ QgB / "O¤N-.Gi¥ lIn£CD-./, d "jkg)q, = F+úÐÂ,éejkl }Þ1 ûy3i¦"sh=ÂzÐÂûyàá (\ 1©t3¯°<·1B3Fä¤lK¡<çbqǯ°<s t§¯g¢l?{øÔ7Tl ¯°<F¨¤K¡²³l q(gfCD-.A¯°<g = STx)Å© ªy'«ðé-. U,<¬G ®¯,X¯°<1A ()<,ò#G«3¯°<ª+ú g)4z ÅSTR/¯°<·1B3Ö(g¶?@ [ ¯°<·1B3/q,= \CD -.Å/²³I¤°±çb¥,²al13# ,?@l¿X g)<=u ²³Å/(\1©t3¯° <"O¤Þjk§³²³I¤ubè{v\1" t3¯°<Ónäåu²³IÞInäåu´
无线通信技术 建立了链路。然后，MSC再指导基站将通话转移到该蜂窝内的一个未使用的 空闲语音信道上。这样，基站通知移动台将频率改变至一对未使用的前、反 向（下行、上行）语音信道，同时在前向语音信道上还发送另外一些信息， 使移动电话产生振铃音，以提醒用户接电话。所有这些步骤均在几秒内完成， 用户根本不会注意到。 当移动台主叫时，移动台在反向（上行）控制信道上发送其移动用户识别号 (MSN)、自己的电话号码和被叫电话号码。基站接收到这些数据并传送至 MSC,后者确认这一请求，通过PSTN连接被叫方，再指导基站和移动用户 转移到一对未使用的空闲前、反向（下行、上行）语音信道上开始进行通话。 当移动用户在通话过程中逐渐进入或离开某一基站的覆盖区时，为了保证通 话质量，MSC自动调整移动台的发射功率。如果这样仍不能满足通话质量的 要求，MSC会通过一定的程序，让另一个离移动台较近的基站接替原基站继 续和移动台通信，并相应地改变移动台和基站之间的信道。这就是所谓的“越 区切换”。通过在语音信道中插入特别的控制信今，基站和MSC可以在通话 过程中对移动台进行控制。 所有蜂窝系统都能提供一种称为“漫游(Roaming)”的服务。这种业务可以 使用户在交费服务区之外的其它服务区内继续得到同样的通信服务。当移动 用户离开其注册区域而进入另一个城市或地理区域时，它作为漫游者在新的 服务区进行注册。如果某一漫游者己交费且拥有漫游权，则MSC将其登记 为合法漫游者。一旦登记注册，漫游移动用户即可在该地区进行双向通信。 就如同在其原注册区域内一样。 3.2.5卫星移动通信系统 1.利用静止卫星的移动通信系统 目前利用静止卫星作为中继站而实现移动通信的系统只有INMARSAT(国际 海事卫星系统)。该系统利用分别位于大西洋、太平洋和印度洋赤道上空的 四颗静止卫星（大西洋两颗，太平洋和印度洋各一颗）、网络协调站、岸站 和用户终端站可实现除两极以外的全球绝大部地区的移动通信。用户终端站 是一系列的VSAT(Very Small Aperture Temminal),即一系列的小型或微型站。 这些VSAT装在飞机、轮船、车辆上或个人携带（最小的便携站只有笔记本 18
无线通信技术 P¥µçb è ¶²³é@ÇCDÅg)+, $·<"Q²³´Þ鸹gq+,( v \1©t "t3< (\<"zInm gºu +?@»¼F̽,j?@/Qº¾¿= ÀÅ ,Áîe*¦ ÞÁÂÞ v\1"t3¯°<"InA,²al ' >J?@l¿#ÐÂ?@l¿²³jkQºG«n bcäåQg{ jÐÂYè ¶²³#, gq+,$·( v\1©t "t3<"st@ , @{%ÂÃshzÄÅg²³ST ¥ÆÇ @Zõ >7xÞIì¢ ÈQÉiÊË@Zõ ¨ e{gÌÍmg)ÄÞβ³jϲ³m n#ÞN ¸¹Þ#²³ <Q|^ _Ê~{ <%ÐhBa¯°±²³# F @ {%qÞst¯° /CD-.[iÌÍgfµ |ÑÒ1*+,#-3~ÎÏQfÓÏ F +, ÷ÎÏ AÎÏÅmnúÎÏ ,ÄA*+&shmg)z EX ÑÒc l ÎÏst*+ ÈÅgÑÒcÔ÷Õ/ÑÒãÔ éAÖ× ïðÑÒcg¢Ö×*+ÑÒ,\ Ç st]\ AÏ*+Åg 3.2.5 1 '(U,Øý56X %m³&),-.h/ 14* !Ù56-.3Ç-.U, aGò_ÚÛ ÜÛ#Ý8ÛÞ<"$ ßØý561_ÚÛ^ßÜÛ#Ý8Ûgß3 Ëàw7³ á³ #,âã³ ),^äF åæ_¶ ,âã³ g-ç 1 % + . /" ,#+3\g-çô'zs'³ Qº 1 èy éê pë"z)ìq 1KôHq³h/í×î
第三幸移动通俗批论 大小)可进行移动通信。这是目前业己实用化的卫星移动通信系统。大量的 VSAT与一个大的岸站协调工作构成一个卫星移动通信网，可支持双向话音 数据、图象等移动通信业务。 2.利用低轨道(LE0)卫星的移动通信系统 利用低轨道(LE0)卫星系统是实现卫星终端微型化的方案之一。由于低轨 道(LE0)卫星及其发射成本较低，其可把山岳地区和人口密度稀少的地区 覆盖起来，构成范围广泛的服务区域。据测算，低轨道(LEO)移动卫星通 信系统的收费与陆地蜂窝移动通信系统差不多。 目前，典型的低轨道(LE0)卫星移动通信系统是美国莫托罗拉 (MOTOROLA)公司的“铱”系统。依系统是一种全球性的数字化的卫星 移动通信系统。其最初设计采用77颗在低轨道上运行的小型智能卫星构成 该系统的空间部分，由于卫星的数目正好与铱原子的外层电子数相同，故称 之为“铱”系统。这些卫星沿者7条环形轨道运行，每条轨道上均匀地分在 若11颗卫星。后改进设计，改用66颗卫星，沿着6条环形轨道运行，每条 轨道上仍为11颗卫星。卫星轨道高度为765km。卫星的直径为1m,高为2m, 重约340kg。卫星寿命为5~6年（予计可延长至8年）。 铱系统采用“倒置”的蜂窝结构，系统的基础功能以及基站中的信号处理均 安排在星上进行。蜂窝(C)区随卫星运行而扫过地球表面。相对于卫星 的运行速度，地面上的移动用户（包括飞机上的用户）的运动速度较低，可 看作相对“静止”的。这就形成蜂窝区跨越用户，而不是像陆地移动通信系 统中那样，用户跨越蜂窝区。根据铱系统的星座设计，每颗卫星能投射37 个波束到地球表面，形成37个蜂窝区。每个蜂窝区的直径为667km,全球 共有1600个蜂窝区。铱系统采用7个小区组成一个区群，复用可达200多 次。每个用户对每颗卫星的最大可视时间可达9分钟。铱系统与公共电话交 换网(PSTN)相接，可与PSTN中的任何类型的终端（电话、传真和数据终 瑞)进行通信。 卫星移动通信系统的示意图如图3-9所示
第三章 移动通信概论 _ô3 stQ'(ÓÔ),ª56-._õ g)_á³w7WX6g)56Ë îï]\@ G ðEÓÏ 2 LEO U,øñ<101 356-.),56âãs'ªYò g®òøñ <101 356ßAIìîøA ¥óô #ìõ8ö÷ STt6OPÎϳøøñ<101 356 -.k÷ CD-.ù; '( y ' ø ñ < 1 01 356-. ú 4 ûüýþ 1 03É|~-.-.gfåGHª56 -.AK}x, ß øñ<"tô'i566 Ç-.$ ¶ ®ò56G'Ï ?Gµ |~-.Qº56S %ñ<t(ñ<"= X S ß56b¸s}¸, ß56S %ñ<t( ñ<"É ß5656ñ<28 256r 2 T 2-56 ° 3 1ñ} Ù 3 -.x,|I~CD56-.²¢iFß²³%lE= 0 6"stCD1356t&{ åÀqò56 tM8 ",189èy",3M8ø Xq|Øý~Q%CD^,& - .%,^CDÁ-.6}(ß56iì )R åÀ% )CD()CDr 2å ./ )CD-.x, )ô·g)B`, ; (),q(ß56K_ × ( -.É.?@ ÊË1 3j %`'âã1?@ « #Gâ ã3st 56-.¦ (
无线通信技术 PSTN 手机 地面网关站 图3-9卫星移动通信系统示意图 3.3移动通信的电波传播 3.3.1引言 移动通信按其服务区域可分为陆地、海上和空中等类型，它们的传播条件不 同，其传播特性也不同。就目前常用的VH和UH亚须段来说，电波传播方 式主要是空间波，即直射波、反射波、绕射波及其它们的合成波。这里我们 主要讨论陆地移动通信的电波传播特性。 陆地移动通信的电波传播问题很复杂，这是由于通信对象（至少是一方）是 移动的，使电波传播路径随时变化：另外，在电波传播路径上，可能要经过 许多不同的地形和遇到各种复杂的地物，加之移动台天线离地面仅1~4m, 使传播路径上的各种地形地物都严重影响电波传播。移动通信中，接收信号 强度或传播损耗是随机变化的，因而要用中值和瞬时值二个参量来联合表 征，并需要用统计分析方法才能获得这些参量及其变化特性。所谓中值，是 指在给定的统计时间内，有50%时间的场强（或传播损耗）超过某个数值， 这一数值就称为场强中值（或损耗中值）。一般来说，瞬时值变化快，而中 值变化慢。 20
无线通信技术 >?@ AB 4 >?@ CD?E AB89 3.3 3.3.1 !" AÎÏ !"#$%E`' «¤ A«¤B'(, 4 # 54 ¸?R«¤Y ZÁ¨$ R\rìR vìR !ìRßA ïRQR" Á¨#$ ?R«¤B ?R«¤%&]`aQ®òqð1÷gY3 +?R«¤ ¹ª-m ?R«¤ " i¨'{ (; %#)f`a * Þ2;Ä È + +«¤ "f % *[,T-.?R«¤%jkl ¡8z«¤/0y¹ª&¨,%1#21 )3õ4ïÀ 5Õ¨,.} 6Yð7i8úQº3õßA¹ªB%1 £.} Å/ /¡1z«¤/039{Å)G1 QgG1µ /¡%11z/0%13g ¸21¹ª:&% 1¹ª;
第三章移动通俗批论 3.3.2移动通信电波传播的基本特点 移动环境下，电波在传播路径上遇到各种障碍物都可能产生反射、散射和吸 收，因此，接收点的电波实际上是直射波、反射波和散射波的合成，形成所 谓的多径传播，如图3-10所示。由于每条传播路径各不相同，各路径信号的 时延也各不相同，接收点信号（场强）矢量合成的结果就形成接收点场强瞬 时值的迅速、大幅度的变化，这种变化称为由多径引起的快衰落，由于这些 衰落服从瑞利分布，所以又称为瑞利衰落(Reyleigh fading)。 77777 图3-10多径传播示意图 当电波在传播路径上遇到建筑物、森林等障碍物的阻挡时，则会形成电磁场 的阴影。当移动台通过不同障碍物的阴影时，就造成接收场强中值的变化。 这种由于阴影效应导致接收场强中值随者地理位置改变而出现的缓慢变化称 为慢衰落，又称为阴影衰落(shadow fading)。另外，由于气象条件的政变， 导致大气折射系数随时间而变化，也会造成同一地点场强中值随时间而缓慢 变化。 我们都知道，在自由空间中，电波传播的损耗与距离的平方成正比。而在移 动通信中，电波传播环境特别复杂且多变，电波传播的损耗近似与距离的4 次方成正比
第三章 移动通信概论 3.3.2 #$%&' <©?R «¤ ")f=>*[ ivì ?ì#@ kÖjk4?R)*"rìR vìR#?ìRï% ; «¤ ®ò(«¤ l Ùjk4l1/¡3Aõï5È%jk4/¡2 1LM _B8¹ªQf¹ªµ ®; Ct:DE®òQº DEÎdFU XF7µ FUDE1%,-6 7+8,#-3 FGHI ?R «¤ ")G* HIE=>*JKÔe%?L/ M-Þ{=>*M-Njk/¡%1¹ª Qf®òM-N¶Ojk/¡%1S EGI¸¹&¤,P;¹ªµ ;DE7µ M-DE1&6+8*9 7+8,#-3m ®òQ𠸹 ¶O_QRì-G &¹ªeNg 4/¡%1 &P; ¹ª " [´< >®$ %?R«¤/0SÄYY& %?R«¤ <Ba`a;¹?R«¤/0ΧSÄ YY