移动通信原理、技术与系统——概述

1 移动通信及典型系统介绍

移动通信是现代通信技术中不可或缺的部分。顾名思义，移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或者临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输与交换，这包括移动体和移动体之间的通信以及移动体和固定点之间的通信。采用移动通信技术和设备组成的通信系统即移动通信系统。严格来说，移动通信属于无线通信的范畴，无线通信与移动通信虽然都是靠无线电波进行通信，但却是两个概念。无线通信包含移动通信，但无线通信更侧重于无线，移动通信侧重于移动性。
现在移动通信技术是一门复杂的高新科学技术，不仅集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了电子技术、计算机技术和通信技术的许多成果。它不但能传递语音信息，而且能像公用交换机一样具有数据终端功能，使用户能随时随地、快速而可靠地进行多种信息交换，因此是一种理想的通信形式。目前，移动通信早已从模拟移动通信阶段发展到了数字移动通信阶段，并且正朝着个人通信这一更高阶段发展。

1.1 蜂窝移动通信系统

陆地蜂窝移动通信是当今移动同i性能发展的主流和热点。蜂窝组网的理论中几个重要的部分是移动通信发展的基础，具体如下：

1. 频率复用。有限的频率资源可以在一定的范围内被重复。
2. 小取分裂。当容量不够时，可以缩小蜂窝的范围，划分出更多的蜂窝，进一步提高频率的利用效率。
3. 多信道共用和越区切换。多信道共用是为了保证大量用户共同使用仍能满足服务质量的信道利用技术，越区切换则为了保证通信的连续性。

1.1.1 第一代蜂窝移动通信系统

第一代移动蜂窝通信系统都是双工的基于频分多址的模拟制式系统，其传输的无线信号为模拟量，因此人们称此此时的移动同i性能系统为模拟通信系统，也成为第一代蜂窝移动通信系统（1G）。第一代系统利用蜂窝组网技术以提高频率资源利用率，采用蜂窝网络结构，解决了容量密度低、活动范围受限的问题。但是也存在很多缺点：频谱利用率低；通信容量有限；童话质量一般，保密性差；制式太多，标准不统一，互不兼容；不能提供非话数据业务们不能提供自动漫游等。
随着移动通信市场的快速发展，人们对移动通信技术提出了更高的要求。由于模拟系统存在着上述缺陷，导致模拟系统无法满足人们的需求。因此，基于数字通信的移动通信系统，即所谓的数字蜂窝移动通信系统在20世纪90年代初应运而生，这就是第二代蜂窝移动通信技术（2G）。

1.1.2 第二代蜂窝移动通信

第二代系统是蜂窝数字移动通信系统，它具有数字传输的种种有点，并克服了模拟系统的很多缺陷：话音质量、保密性能获得很大提高，而且可以进行省内、省际自动漫游。第一个数字蜂窝标准GSM基于时分多址方式，与1992年由欧洲提出。美国提出两个数字标准，分别是基于TDMA的 IS-54和基于窄带直接序列码分多址（DS-CDMA)。日本的第一个数字蜂窝系统是个人数字蜂窝（PDC）系统。在这些数组移动通信系统中，应用最广泛、影响最大、最具代表性的是GSM和IS-95系统。
GSM系统的空中接口采用的是TDMA的接入方式，到目前位置GSM还是全世界最大的移动网。
IS-95系统采用的是码分多址（CDMA)的接入方式。CDMA技术最先是由美国的高通公司提出。
但随着人们对数据通信业务的需求日益提高，人们已不再满足以话音业务为主的移动通信网所提供的需求了，特别熟Internet的发展大大退工了人们对数据业务的需求。人们首先着手开发的是基于2G的数据系统，在不大量该百年2G系统的条件下，适当增加一些模块和一些适合数据业务的协议，可使系统以较高的效率来完成数据业务的传送，这就是通常所说的2.5G系统。目前的GPRS/EDGE就是这样的系统。
进官2.5G系统可以方便地传输数据业务，但是其系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动的多媒体义务，同时无法从根本上解决无线信道传输速率低的问题，而且由于各国标准不一，第二代系统也无法实现全球漫游。因此，2.5G系统只是个过渡产品。

1.1.3 第三代蜂窝移动通信系统

第三代系统是第二代的演进和发展，而不是重新建设一个移动网。在2G的基础上，3G增加了强大的多媒体功能，不仅能接收和发送话音、数据信息，而且能接收和发送静、动态图像及其他数据业务；同时3G克服了多径、时延扩展、多址干扰、远近效应、体制问题等技术难题，具有较高的频谱利用率，解决了全世界存在的系统容量问题；系统设备价低，业务服务高质、低价，满足个人通信化需求。
3G的目标主要有以下几个方面。

1. 全球漫游：以低成本的多模手机来实现。全球具有共用频段，用户不再局限于一个地区和一个网络，而能在整体系统和全球漫游，但不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一致，而是要求在网络接口、互通及业务能力仿麦呢的统一或协调；在设计上具有高度的通用性，拥有足够的系统容量和强大的多种用户管理能力，能提供全球漫游；是一个覆盖全球的、具有高度职能和个人服务特色的移动通信系统。
2. 能提供高质量的多媒体业务，包括高质量的话音、可变速率的数据、高分辨率的图像等多种业务，实现多种信息一体化。
3. 使用多种环境，采用多层小取结构，即微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性，网络终端具有多样性，并与第二代系统共存和互通，开放结构，易于引入新技术。
4. 具有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。

1.1.4 第四代蜂窝移动通信系统

第四代移动通信（4G）不近几年包含传统移动通信领域的技术，还包括宽带无线接入领域的新技术及广播电视领域的技术。总结起来，有正交频分复用（OFDM）技术、软件无线电技术、智能天线技术、多输入多输出（MIMO）技术、基于IP的核心网等等。