03第三讲 蜂窝移动通信系统
现代移动通信GSM数字蜂窝移动通信系统
现代移动通信GSM数字蜂窝移动通信系统在当今快节奏的社会中，移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而 GSM 数字蜂窝移动通信系统作为现代移动通信领域的重要基石，为人们的沟通和信息传递带来了极大的便利。
GSM 数字蜂窝移动通信系统，顾名思义，是一种采用数字技术的蜂窝式移动通信系统。
它的出现彻底改变了人们的通信方式，让随时随地的交流成为可能。
要理解 GSM 系统，首先得明白“蜂窝”这个概念。
想象一下，我们把整个通信覆盖区域划分成一个个像蜂窝一样的小区域，每个小区域都有一个基站负责与该区域内的移动终端进行通信。
当用户在移动过程中从一个区域进入另一个区域时，系统会自动切换基站，保证通信的连续性。
这种蜂窝式的结构，有效地提高了频谱利用率，使得在有限的频谱资源下能够容纳更多的用户同时进行通信。
GSM 系统采用了时分多址（TDMA）技术。
简单来说，就是将一个频道的时间分成若干个时隙，每个用户在特定的时隙内进行通信。
这样一来，多个用户就可以共享同一个频道，大大提高了频道的利用率。
而且，GSM 系统还使用了数字信号处理技术，相比传统的模拟通信，数字信号具有更强的抗干扰能力和更高的语音质量。
在 GSM 系统中，用户的身份识别和认证是非常重要的环节。
每个用户都有一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），就像我们每个人都有一个独一无二的身份证号码一样。
当用户开机或者进行位置更新时，系统会对用户的身份进行验证，以确保通信的安全性和合法性。
GSM 系统的语音编码也是其关键技术之一。
它采用了一种高效的语音编码算法，能够在保证一定语音质量的前提下，大大降低传输的数据量。
这样不仅节省了频谱资源，还提高了系统的容量。
除了语音通信，GSM 系统还支持短信服务（SMS）。
短信的出现让人们可以用简短的文字快速传递信息，即使对方不方便接听电话，也能及时收到重要的消息。
而且，随着技术的不断发展，GSM 系统还逐渐具备了数据传输功能，让用户能够通过手机上网、收发电子邮件等。
第三代数字蜂窝移动通信系统
CDMA2000前向信道结构
扩充的信道
CDMA2000反向信道结构
扩充的信道
MSC
R
AAA 服务器
IWF
智能外设IP
HLR
业务控制点 SCP
SCE/ SMS
BTS64
BTS1
BSC12
GAN
BTS1
R
Internet
PSTN
PLMN
IS-2000 空中接口
cdma one至 cdma 2000性能的改善
反向链路的非相平解调(cdma one系统)改善为相干解调（cdma2000系统） 信道编码性能的改善: 特别针对不同速率的数据采用了不同交织长度的turbo码，大大提高了数据传输的抗干扰性能；
分集性能的改善： ．采用发端分集技术； ．采用空时编码技术； ．采用智能天线技术； 功率控制性能的改善: 与cdmaone不同的是cdma2000中的 快速功率控制不仅用在反向链路， 也用在前向链路中。
TD-SCDMA @ UMTS MS
TD-SCDMA @ GSM MS
TD-SCDMA @ IP MS
Radio Access Network
NodeB
Iub
RNC
Radio Commander and LMT
Iu
WCDMA MS
NodeB
Iub
Um WCDMA
Um TD-SCDMA
TD-SCDMA @ IP-Based Core Network
TD-SCDMA——Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access （时分同步的码分多址技术）
蜂窝移动通信系统组成
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图2－1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2-2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um 接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
图2－2 GSM系统框图在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。
另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。
2.2 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
蜂窝移动通信的基本概念
蜂窝移动通信的基本概念蜂窝移动通信是一种无线通信技术，旨在满足移动用户的通信需求。
它采用蜂窝结构，将服务区域划分为许多小区，每个小区由一个基站负责覆盖。
蜂窝移动通信系统由多个基本组成部分构成，包括用户设备、基站和核心网。
用户设备是指移动电话等终端设备，它们与基站之间进行通信。
基站是无线通信网络中的基础设施，负责接收和发送无线信号。
核心网是网络的中枢，用于处理用户的通信请求和数据传输。
蜂窝移动通信系统的基本原理是将服务区域划分为一系列小区，每个小区由一个基站覆盖。
每个基站有一个特定的频率或频率组合用于通信。
当用户设备进入某个小区时，它会与该小区的基站建立通信连接，然后用户设备就可以通过该基站与其他用户设备或固定网络进行通信。
为了实现有效的通信，蜂窝移动通信系统使用了多址技术。
具体来说，它使用了时分多址（TDMA）或代码分多址（CDMA）等技术来实现多个用户之间的同时通信。
这样，即使在同一频率上，不同用户也可以通过不同的时间槽或码片进行通信，以避免干扰。
在蜂窝移动通信系统中，还有一种重要的技术叫做手over。
当用户从一个小区移动到另一个小区时，它需要切换到新的小区的基站。
这个过程需要确保通信的连续性，以避免通话的中断。
手over技术允许用户设备无缝地从一个基站切换到另一个基站，从而实现移动的连续通信。
蜂窝移动通信是一种基于蜂窝结构的无线通信技术，它通过划分服务区域为多个小区，并使用多址技术和手over技术来实现移动用户的有效通信。
这种技术在现代的移动通信网络中得到广泛使用，为用户提供了便利和高效的通信服务。
蜂窝移动通信系统课件
03 蜂窝移动通信系统网络
网络架构与组成
网络架构
蜂窝移动通信系统通常由多个基站组成，每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区之 间通过交换机和传输网络连接，形成一个完整的网络架构。
组成元素
蜂窝移动通信系统主要由移动终端、基站、交换机、传输网络等组成，各部分 协同工作，实现无线通信。
网络规划与优化
网络规划
工作原理
蜂窝移动通信系统通过将覆盖范围划分为多个小区，每个小 区由一个基站负责信号覆盖，实现用户之间的通信。
工作流程
蜂窝移动通信系统的工作流程包括用户注册、位置更新、呼 叫建立和释放等过程，涉及多个网元之间的交互和协同工作 。
02 蜂窝移动通信系统技术
多址接入技术
A
频分多址（FDMA）
将频带分成若干个小的频带，每个用户占用一 个小的频带，通过频带进行通信。
详细描述
随着技术的发展，蜂窝移动通信系统还提供 了多媒体业务，包括音频和视频内容的传输。 用户可以通过移动终端设备欣赏音乐、观看 视频、进行视频通话等，享受更加丰富的多 媒体体验。
物联网应用
要点一
总结词
支持物联网设备的接入和数据传输，实现智能化管理和控 制。
要点二
详细描述
蜂窝移动通信系统还广泛应用于物联网领域，支持各种物 联网设备的接入和数据传输。通过蜂窝网络，物联网设备 可以实现远程监控、数据采集、智能控制等功能，为智能 家居、智慧城市等领域提供强大的技术支持。
05 蜂窝移动通信系统发展与趋势
5G技术发展与趋势
5G技术发展
5G技术是蜂窝移动通信系统的最新一代，具有高速率、低时延、大连接等优势，能够 满足未来各种应用场景的需求。
5G发展趋势
随着5G技术的不断演进和应用，未来将会有更多的智能化、自动化和高效化的应用出 现，推动社会的数字化转型。
数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用
数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用随着移动通信技术的飞速发展，数字蜂窝移动通信系统已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
这一系统以其高效率、便捷性和广泛的覆盖范围，为人们提供了无线通信和数据传输的便利。
但是，对于普通用户来说，对数字蜂窝移动通信系统的基本组成以及各部分的作用，往往显得有些陌生。
本文将通过深度和广度兼具的方式，全面评估数字蜂窝移动通信系统的基本组成及各部分的作用，帮助读者更好地了解这一重要的通信系统。
一、数字蜂窝移动通信系统的基本组成数字蜂窝移动通信系统是由多个基本部分组成的复杂系统，其中包括基站系统、核心网和移动终端三个部分。
1. 基站系统基站系统是数字蜂窝移动通信系统中最为重要的组成部分之一，其主要包括基站、无线传输子系统和控制器等多个子系统。
基站是通信系统中的一个核心设备，用于对移动终端进行信号的发送和接收。
无线传输子系统则负责信号的传输和解调工作，保障了通信的稳定性和可靠性。
控制器则起到了对基站和移动终端的控制和管理作用，确保通信系统的正常运行。
2. 核心网核心网是数字蜂窝移动通信系统的另一个重要组成部分，其主要功能是对移动通信数据进行传输和交换。
它由移动交换中心、业务支撑系统和数据传输网等多个子系统构成。
移动交换中心是数字蜂窝移动通信系统中的核心设备，用于对移动通信数据进行交换和路由。
业务支撑系统则用于提供各种业务支持和管理服务，保障了通信系统的正常运行。
数据传输网则负责对移动通信数据进行传输和交换，确保了通信数据的安全性和稳定性。
3. 移动终端移动终端是数字蜂窝移动通信系统中的另一重要组成部分，其主要包括手机、数据卡和调频器等设备。
手机是人们日常生活中最为常见的移动终端设备，用于进行语音通话、发送和数据传输等多种通信功能。
数据卡则是用于将移动通信数据传输到移动终端设备中的重要设备，它能够确保移动终端设备能够正常、稳定地进行通信。
GSM蜂窝移动通信系统 3
GSM 蜂窝移动通信系统_35.1编号打算GSM 网路是复杂的,它包括交换系统和基站系统。
交换子系统包括H LR、MSC、VLR、AUC和EIR，和与基站系统、其它网路如PSTN、ISDN，数据网、其它PLMN 等间接口。
为了将一个呼叫接至某个移动客户,需要调用相应的实体。
因此要正确寻址, 编号打算就专门重要。
本章就GSM 移动通信网中用来识不身份的各种号码的编号打算进行介绍。
1．移动台ISDN 号码(MSISDN)MSISDN 号码是指主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。
号码的结构为：CC NDCSN国际移动客户ISDN 号码 ---------------- ||-- 国内有效移动客户ISDN 号码--|CC=国家码。
我国为86。
NDC =国内目的地码，即网路接入号，中国移动GSM网为139, “中国联通公司” GSM 网为130。
SN =客户号码，采纳等长8位编号打算。
邮电部SN 号码结构是H1H2H3H4ABCD ,其中HlH2H3H4 为每个移动业务本地网的HLR 号码, ABCD 为移动客户码。
“中国联通公司” SN 号码结构是H1H2H3ABCDE , HlH2H3 是移动业务本地网的HLR 号码, ABCD E 是移动客户码。
当客户号码容量受限时,可扩充国内目的地码。
中国移动可启用138, 137…，“中国联通公司”可启用131, 132…等。
2.国际移动客户识不码(IMSI)为了在无线路径和整个GSM 移动通信网上正确地识不某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识不码。
那个识不码称为国际移动客户识不码(IMSI) ，用于GSM 移动通信网所有信令中，储备在客户识不模块(SIM)、HLR、VLR 中。
IMSI 号码结构为：MCC MNCMSIN--- 国际移动客户识不----------- ||--国内移动客户识不--|MCC =移动国家号码，由3位数字组成，唯独地识不移动客户所属的国家。
蜂窝移动通信系统的组成
蜂窝移动通信系统的组成蜂窝移动通信系统的组成概述蜂窝移动通信系统是一种基于无线电技术的通信系统，它由多个小区组成，每个小区都有一个基站来提供无线电信号覆盖。
在这种系统中，用户可以通过移动设备进行通信，包括语音、短信、数据传输等。
蜂窝移动通信系统的组成主要包括以下几个方面：1. 基站子系统基站子系统是整个蜂窝移动通信系统最核心的部分。
它由基站控制器（BSC）、基站传输子系统（BTS）和天线子系统（AS）三部分组成。
BSC是整个基站子系统的核心控制单元，它负责对所有的BTS进行管理和控制。
通过BSC，可以实现对小区内所有终端设备的呼叫控制、资源分配、话务管理等功能。
BTS是指基站传输子系统，它是连接用户终端设备和网络之间的桥梁。
每个BTS都包含多个射频单元（TRX），每个TRX都可以支持多个频道。
通过BTS，可以实现对用户终端设备的接入、呼叫处理等功能。
AS是指天线子系统，它主要用于向用户终端设备提供无线电信号覆盖。
每个小区都会有一个AS，它可以包含多个天线。
2. 移动交换中心移动交换中心（MSC）是整个蜂窝移动通信系统的核心控制单元，它负责对所有的基站进行管理和控制。
通过MSC，可以实现对整个网络的呼叫控制、资源分配、话务管理等功能。
在蜂窝移动通信系统中，MSC也扮演着一个重要的角色。
它不仅负责对用户终端设备进行管理和控制，还负责与其他网络进行互联互通。
3. 鉴权中心鉴权中心（AUC）是用于保证用户身份安全的关键单元。
在蜂窝移动通信系统中，每个用户终端设备都有一个唯一的标识码（IMSI），这个标识码与用户的身份信息相关联。
当用户终端设备接入网络时，AUC会对其进行身份验证，并将验证结果传递给MSC。
通过这种方式，可以保证只有合法用户才能够接入网络。
4. 认证中心认证中心（HLR）是用于存储和管理用户信息的关键单元。
在蜂窝移动通信系统中，每个用户都会有一个对应的HLR记录其身份信息、服务状态、位置等信息。
蜂窝移动通信
蜂窝移动通信蜂窝移动通信是一种无线通信技术，它从通信的物理角度将地球表面划分为许多六边形或八边形的区域，称为蜂窝，每个蜂窝都设置有一座或多座基站。
当电子设备在蜂窝边缘或不同蜂窝间移动时，设备自动切换到相邻基站的通信通道，使通话过程中保持完整稳定。
蜂窝移动通信与传统的无线电通信相比，具有更高的信道容量和更好的通话质量，广泛应用于移动电话、GPS、数据传输等领域。
蜂窝移动通信的概念源于20世纪40年代，当时美国AT&T 公司的研究人员提出了这一理论。
到了20世纪70年代，首个商业蜂窝移动电话系统Dynatac-8000开始投入使用，次年欧洲的NMT系统也开始使用，其它国家和地区也陆续推出了自己的蜂窝移动通信系统。
在蜂窝移动通信系统中，每个蜂窝都是根据覆盖范围需求和通讯基础设施建设情况，以经济和技术要求为基础划分的。
如现代欧洲、北美和亚太国家的蜂窝规模通常是1-10平方千米，每个蜂窝可以承载数千个用户同时通话，保证同时有几千人在蜂窝内工作纯属正常。
每个蜂窝都会设立足够数量的基站，以保证蜂窝内的通讯信号覆盖完整；同时，相邻蜂窝的基站之间保持一定的距离，以避免频道干扰。
在蜂窝移动通信系统中，语音信号被数字化并压缩，以便于在有限的信道中传输。
通信设备通常都是双向通信的，可以在经过简单处理后支持多种数据传输媒介，如文本、图片、音频和视频。
蜂窝移动通信系统的运作需要多个部分协同工作，包括硬件设备、网络营运商和标准规范组织。
在硬件设备部分，要求基站、天线和终端设备具备较强的功能和稳定性能，可靠地传输和接收数据；在网络营运商方面，需要对蜂窝的建设、监察、维护和营销提出专业的意见和方案；在标准规范方面，需要不断更新和完善手机通信的标准和技术规范，以适应不断变化的市场需求。
对于用户而言，蜂窝移动通信系统的优点主要体现在便捷性、可靠性和实时性。
与传统电话系统相比，手机用户可以无处不在地接听电话或发送短信，且不受地域限制；通话质量更高，通话过程中的噪音和杂音较少；所有用户可以通过互联网实现实时互动和文档传递。
蜂窝移动通信系统组成
蜂窝移动通信系统组成蜂窝移动通信系统是一种广泛应用于现代通信领域的无线通信技术。
它由多个组成部分构成，包括基站子系统、核心网子系统以及移动终端设备。
本文将对蜂窝移动通信系统的组成进行详细介绍。
一、基站子系统基站子系统是蜂窝移动通信系统的核心组成部分，负责无线信号的传输和接收。
它包括以下几个主要组件：⑴基站基站是蜂窝移动通信系统中的无线发射和接收设备，负责与移动终端进行信号的传输和接收。
它通常由天线、射频（Radio Frequency）模块、数字信号处理器等组件构成。
⑵基站控制器（BSC）基站控制器负责控制基站的运行和管理。
它与基站之间通过无线或有线连接进行通信，可以同时控制多个基站。
基站控制器的主要功能包括呼叫控制、信道分配、功率控制等。
⑶传输网（Transit Network）传输网是蜂窝移动通信系统中用于传输数据和信号的网络。
它由多种传输介质组成，如光纤、微波等。
传输网负责将来自基站的信号传输至核心网子系统。
二、核心网子系统核心网子系统是蜂窝移动通信系统中的中心部分，负责处理和管理移动通信的核心功能。
它由以下几个主要组件组成：⑴移动交换中心（MSC）移动交换中心是核心网子系统中的一个重要组成部分，负责呼叫控制、信令传输等功能。
它与基站控制器相互连接，管理呼叫的接入和传输。
⑵主数据管理（Home Location Register，HLR）主数据管理是核心网子系统中的一个数据库，用于存储和管理移动用户的基本信息，如用户号码、位置信息等。
⑶位置注册（Visitor Location Register，VLR）位置注册是核心网子系统中的一个数据库，用于存储和管理目前正在访问某一地区的移动用户信息。
⑷计费中心（Billing Center）计费中心负责统计和计费移动通信服务的使用情况。
它与移动交换中心、主数据管理等组件进行数据交换，相应的通信费用信息。
三、移动终端设备移动终端设备是蜂窝移动通信系统的用户侧，用于与基站进行通信和连接。
数字蜂窝移动通信系统
数字蜂窝移动通信系统在当今高度互联的世界中，数字蜂窝移动通信系统已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的通话、短信交流，到随时随地的上网浏览、视频通话和移动支付，数字蜂窝移动通信系统以其强大的功能和便捷性，深刻地改变了我们的生活方式和工作方式。
数字蜂窝移动通信系统，简单来说，就是一种将地理区域划分成若干个小的“蜂窝”状区域，每个区域都由一个基站覆盖，并通过无线信号实现移动设备之间通信的系统。
这种系统的出现，解决了传统移动通信中频谱资源有限、通信容量小、覆盖范围有限等问题，为大规模的移动通信提供了可能。
在数字蜂窝移动通信系统中，频谱资源的管理和分配至关重要。
频谱就像是高速公路上的车道，不同的频段被分配给不同的通信服务和用户，以避免相互干扰。
随着移动用户数量的不断增加和通信业务的多样化，频谱资源变得日益紧张。
为了更有效地利用频谱资源，各种频谱复用技术应运而生。
例如，时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和频分多址（FDMA）等技术，通过在时间、码型和频率等维度上对频谱进行划分和复用，大大提高了频谱的利用率。
基站是数字蜂窝移动通信系统的核心组成部分之一。
基站负责接收和发送移动设备的信号，实现与核心网络的连接。
为了确保良好的覆盖和通信质量，基站的布局和参数设置需要经过精心规划和优化。
在城市等人口密集区域，基站的密度通常较高，以提供足够的容量和信号强度；而在偏远地区，可能会采用大功率基站或卫星通信等方式来实现覆盖。
移动设备，如手机、平板电脑等，是数字蜂窝移动通信系统的终端用户设备。
它们具备接收和发送无线信号的能力，并能够对信号进行处理和编码解码。
随着技术的不断进步，移动设备的功能越来越强大，性能也越来越优越。
从早期只能进行简单通话和短信发送的功能手机，到如今具备高清摄像、高速上网、智能应用等多种功能的智能手机，移动设备的发展极大地丰富了我们的移动通信体验。
数字蜂窝移动通信系统的发展经历了多个阶段。
蜂窝移动通信系统的组成
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成，如图2－1所示。
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，NSS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
图2－1 蜂窝移动通信系统的组成由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框图如图2-2，A接口往右是NSS系统，它包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR），A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
图2－2 GSM系统框图在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。
另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。
2.2 交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统原理
蜂窝移动通信系统是一种无线通信系统，它利用基站和移动设备之间的连接来传输语音、数据和视频等信息。
其原理基于分布式网络架构和频率复用技术。
首先，蜂窝移动通信系统将特定区域划分为许多小区，每个小区由一个基站负责覆盖。
每个基站包括天线、收发设备和控制单元等组件，用于接收和发送信号。
其次，蜂窝移动通信系统使用频率复用技术。
每个小区被分配一定数量的频率资源，这些频率资源被分割成时间或空间上的不重叠频带。
这种频率复用使得多个用户可以同时使用同一频率，提高了系统的容量和效率。
当移动设备进入某个小区时，它会与该小区的基站建立通信连接。
移动设备通过无线信号将语音、数据和视频等信息发送给基站，基站会将这些信息转发到目标设备或其他网络中。
同时，基站还会接收其他设备发送的信息，并将其转发给目标设备。
在整个通信过程中，蜂窝移动通信系统通过动态分配频率、为移动设备提供接入控制和漫游等功能，确保了通信质量和系统的稳定性。
此外，系统还采用了加密和认证等安全措施，保障用户通信的隐私和安全。
总的来说，蜂窝移动通信系统通过利用分布式网络架构和频率复用技术，实现了大规模的无线通信。
它为用户提供了高质量
的语音通话、快速的数据传输和丰富的多媒体体验，成为现代社会不可或缺的通信手段之一。
蜂窝移动通信工作原理
蜂窝移动通信工作原理
蜂窝移动通信是一种基于无线电技术的通信方式，其工作原理涉及到信号传输、频率分配、基站和移动终端等关键要素。
首先，蜂窝移动通信利用无线电波将信息从一个位置传输到另一个位置。
这是通过将信息转换成电信号，并用无线电波进行传输实现的。
发送方的信息会被调制成一个无线电信号，并通过空中传输到接收方。
这种传输需要一定的带宽和频率资源。
其次，蜂窝移动通信中需要对频率资源进行合理分配。
由于频率是有限的资源，如果多个通信设备同时使用同一频率进行通信，会导致干扰和冲突。
因此，通信系统将可用的频谱资源划分成不同的频段，每个频段被划分为多个小区。
每个小区可以使用不同的频段，以避免干扰和冲突。
此外，蜂窝移动通信还依赖于基站和移动终端等设备。
基站是通信系统的核心设备，负责管理和控制通信过程。
它通过无线电天线与移动终端进行通信，并将信息传输到目标设备或网络。
移动终端是用户使用的设备，如手机、平板电脑等。
移动终端与基站之间通过无线电信号进行通信。
蜂窝移动通信工作原理的关键在于基站与移动终端之间的通信。
基站会将目标终端的信号接收并解析，然后将信息传输到目标设备或网络。
基站还会监听移动终端的信号强度，并根据需求进行信号的切换和分配。
总之，蜂窝移动通信通过无线电波进行信号传输，并通过频率
分配、基站和移动终端等设备实现通信。
这种通信方式广泛应用于现代的移动通信网络中，为人们提供了便捷和高效的通信服务。
蜂窝移动通信系统组成(一)
蜂窝移动通信系统组成（一）引言概述:蜂窝移动通信系统是现代通信技术的重要组成部分，在实现移动通信的无缝连接和高速数据传输方面发挥了关键作用。
本文将探讨蜂窝移动通信系统的组成，帮助读者更好地了解这一技术。
正文内容:1. 蜂窝移动通信系统的基本原理- 蜂窝移动通信系统是基于无线电技术的通信系统，通过划分地理区域为小单元，每个小单元称为蜂窝，从而实现无缝的移动通信。
- 蜂窝移动通信系统利用无线基站与移动设备之间的无线信道进行信息的传输和接收。
1.1. 手机用户与基站通信- 手机用户通过手机设备与所在区域内的基站进行通信。
- 基站接收并解码来自手机用户的信息，然后将其传输到目标基站或其他通信网络中。
1.2. 基站间的无缝切换- 蜂窝移动通信系统中的基站之间通过无缝切换实现用户在移动过程中的通信连续性。
- 当用户从一个蜂窝区域移动到另一个蜂窝区域时，通信系统会自动将用户的通信连接从一个基站切换到另一个基站。
2. 蜂窝移动通信系统的关键组成部分- 蜂窝移动通信系统由多个关键组成部分组成，以实现高效的通信传输和数据处理。
2.1. 基站- 基站是蜂窝移动通信系统中的核心设备，用于接收和发送电波以实现与手机用户之间的通信。
- 基站通常由天线、收发信机、射频设备、控制单元等组成。
2.2. 移动设备- 移动设备是指用户所使用的手机等设备，它们通过无线电波与基站进行通信。
- 移动设备拥有自己的信号处理器、天线和操作系统，用于接收和发送通信信号。
2.3. 传输网络- 传输网络是蜂窝移动通信系统中的另一个重要组成部分，用于连接不同基站之间的通信流量。
- 传输网络经常使用光纤、卫星连接等技术来传输数据。
2.4. 控制中心- 控制中心是蜂窝移动通信系统的核心控制单元，负责调度和管理整个通信系统的运行。
- 控制中心包括信令网关、移动交换中心和运营支持系统等。
2.5. 用户接口- 用户接口是蜂窝移动通信系统与用户之间的桥梁，用于用户通过移动设备与通信系统进行交互。
蜂窝移动通信
蜂窝移动通信系统的特点
（5）网络复杂 ） 在地理覆盖范围广阔、 在地理覆盖范围广阔、容量无限的 移动通信系统中实现频率复用、 移动通信系统中实现频率复用、越区切 位置登记、 换、位置登记、信道动态分配和小区分 裂等运作和管理， 裂等运作和管理，需要强大的网络硬件 基础、先进的网络技术和科学的管理， 基础、先进的网络技术和科学的管理， 这些因素综合起来使得移动通信网络变 得异常复杂。 得异常复杂。
2. 小区制
小区制是将整个服务区划分为若干个小无线 个小无线区设置一个基站， 区, 每个小无线区设置一个基站，形成一个无线小 区，这些小区组合在一起构成一个覆盖整个服务区的 网络，小区制基站的覆盖半径一般为一百米到三千米。 基站的覆盖半径一般为一百米到三千米 网络，小区制基站的覆盖半径一般为一百米到三千米。
• 数字蜂窝移动通信系统有效地改善了模拟 蜂窝移动通信系统的不足, 蜂窝移动通信系统的不足 具有以下主要 优点： 优点： • （1）通信容量大； ）通信容量大； • （2）抗干扰能力强 语音质量高； ）抗干扰能力强, 语音质量高； • （3）便于加密，通信安全性好； ）便于加密，通信安全性好； • （4）除语音外支持低、中和高速数据传输 ）除语音外支持低、 业务, 可与综合业务数字网连接。 业务 可与综合业务数字网连接。
蜂窝移动通信系统的特点
（4）容量大 ） 由于蜂窝移动通信系统可以在地理 上不受限制地不断添加蜂窝小区， 上不受限制地不断添加蜂窝小区，以及 分配给蜂窝小区的无线频道可以无限地 被复用，因此， 被复用，因此，系统的地理覆盖范围和 容量可以是无限的， 容量可以是无限的，可以为无限多的用 户提供服务。 户提供服务。
小区制示意图
• 小区制的优点: 小区制的优点: 组网灵活, 1. 组网灵活,适合组建大规模大容量的移动通 信系统。 信系统。 基站覆盖范围 覆盖范围小 2. 基站覆盖范围小, 基站和移动台的发射功率 都可以降低。有利于减小基站之间 减小基站之间无线电信 都可以降低。有利于减小基站之间无线电信 的相互干扰, 号的相互干扰,有利于减少移动台电池的电能 消耗，增加手机待机时间。 消耗，增加手机待机时间。 • 小区制的缺点: 小区制的缺点 缺点: 用户移动时将频繁地 时将频繁地从 1. 当用户移动时将频繁地从一个小区转入另一 个小区, 移动台也需要频繁地自动 频繁地自动更换工作 个小区, 移动台也需要频繁地自动更换工作 频道，带来了复杂的控制和交换等等问题。 频道，带来了复杂的控制和交换等等问题。 由于基站数量多，控制技术复杂， 2. 由于基站数量多，控制技术复杂，小区制移 动通信网络的建设、 动通信网络的建设、运行和维护成本较 高。
蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统在当今高度互联的世界中，蜂窝移动通信系统已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从我们日常的电话通话、短信交流，到随时随地上网浏览信息、观看视频，蜂窝移动通信系统在背后默默发挥着巨大的作用。
那么，究竟什么是蜂窝移动通信系统呢？简单来说，它是一种通过多个基站覆盖特定区域，使得移动设备能够在这个区域内保持通信连接的技术。
想象一下，我们生活的区域被划分成一个个像蜂窝一样的小格子，每个格子都有一个基站负责信号的发送和接收，这就是“蜂窝”这个名称的由来。
为了更好地理解蜂窝移动通信系统，让我们先来了解一下它的发展历程。
第一代蜂窝移动通信系统（1G）出现在 20 世纪 80 年代。
那时候，手机还是个大块头，只能进行语音通话，而且信号不稳定，通话质量也不高。
但它的出现，让人们第一次实现了随时随地打电话的梦想。
随着技术的进步，第二代（2G）移动通信系统登场了。
2G 不仅能提供更清晰的语音通话，还引入了短信功能。
这一小小的变革，让人们的交流方式更加多样化。
紧接着，第三代（3G）移动通信系统带来了革命性的变化。
它实现了高速数据传输，让我们能够用手机上网浏览网页、下载文件。
而第四代（4G）移动通信系统则进一步提升了数据传输速度，使得在线观看高清视频、进行视频通话变得流畅无比。
如今，我们正步入 5G 时代。
5G 网络的速度比 4G 快了数十倍甚至上百倍，低延迟、大容量连接等特点，为智能交通、远程医疗、工业互联网等领域带来了巨大的发展机遇。
蜂窝移动通信系统的核心组成部分包括移动设备、基站和核心网络。
移动设备就是我们手中的手机、平板电脑等终端设备。
它们内置了天线和通信模块，用于接收和发送信号。
基站则是负责与移动设备进行通信的关键设施。
基站分布在各个区域，通过无线电波与移动设备进行连接。
每个基站都有一定的覆盖范围，当我们从一个区域移动到另一个区域时，手机会自动切换到信号更强的基站，以保证通信的连续性。
核心网络则像是整个系统的大脑，负责管理用户信息、处理数据流量、实现不同网络之间的互联互通等。
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
2020/11/23
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
VHF、UHF电波传播特性
• 电波传播方式
• 发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达 接收机，当频率f＞30 MHz时，典型的传播通路如 图所示
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
直射波
• 直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空 间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播， 它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能 量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的 均匀媒质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1， 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面 反射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下，电 波可视作在自由空间传播。
•即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为 180°。
•式中，d=d1+d2。
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•反射波
•通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展开，
并且只取展开式中的前两项。例如：
•由路径差Δd引起的附加相移Δφ为
•式中，2π/λ称为传播相移常数。 •这时接收场强E可表示为
•多径时散与相关带宽
•多径时散示例
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•多径时散与相关带宽
•时变多径信道响应示例
•(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
现代通信技术—蜂窝移动通信系统
•多径时散与相关带宽
•一般情况下，接收到的信号为N个不同路径传来的信号之和， 即
•式中，ai是第i条路径的衰减系数；τi(t)为第i条路径的相对
信号为两者之和，即
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邻道干扰
3、发信机的杂散辐射 在有用带宽以外的某些频率点上的寄生辐射，如发信机内部的源的寄生辐射等 4、蜂窝网内临近信道的干扰 网内距离最小，具有讨论价值的频道间的干扰
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同频干扰
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蜂窝系统-----小区制系统
1974年Bell实验室提出蜂窝移动通信系统
小区制网构成方式基本概念
小区制：利用频率复用的概念，将整个服务区域划分成 若干个小区，每个小区分别设置一个低发射功率的基站， 负责本小区的通信。 频率复用：
N个相邻的小区组成一个区群(簇) 将可供使用的频道划分成N组 区群内的每个小区使用不同的频率组 相邻区群重复使用相同的频率组分配模式
地球的曲率限制了传输的极限范围 地形环境影响，信号传播可能产生盲区 多径反射限制了传输距离 移动台发射功率小，上行信号传输距离有限（上下行传输增 益差可达6～12dB）
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蜂窝概念的引入
解决上行问题的办法： 设置分集接收台 基站发射用全向天线， 接收用定向天线 提高基站接收灵敏度
D A a
60o
A b
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图 2.3 确定同频小区的方法
蜂窝系统——面状服务区
A B A C A C C D E G F B D
B
N=3,a=1,b=1
N=4,a=0,b=2
N=7,a=1,b=2
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常见正六边形小区群的图案
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蜂窝系统——面状服务区
小区形状：应该是规则结构：圆形（全向天线），三角形，正方形，六边形
r
蜂窝的由来：对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小 区数最少，无重叠区，故所需的频率组数也最少，最经济。仅有理论分析 和设计意义。
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邻道干扰
来自相邻或者相近的频道的干扰
f 理想滤波器 实际滤波器
f
非理想的滤波器是产生邻道干扰的主要原因
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邻道干扰
由于工作频带紧随的若干频带的寄生边带功率、宽带噪声、 杂散辐射等产生的干扰 移动通信网内，一组空间分散的临近工作频道引入的干扰 1、发信边带扩展：发信频谱超出限定的宽度，成为落到相邻 频道的带外辐射干扰。 【如我国在第一代移动通信系统中规定，在160MHz和 450MHz频段，落在相邻频道16KHz带内的干扰功率，应 较载波功率低70dB。解决方法：拉宽频率间隔；发信端使 用滤波器】 2、发信机边带噪声 存在于发信机载频的两侧，而且噪声频谱很宽，可能在 数M赫兹内对接收机产生干扰
C
f1
A
f2
B
f3
C
四频复用
f1
A
f2
B
f3
C
f4
D
f1
A
f2
B
f3
C
f4
D
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课堂习题
试计算如下带状覆盖服务区下的同频干扰的C/I值 A R MS A R MS
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同频干扰——产生的原因
同频干扰产生主要原因是蜂窝移动通信系统中采用了频率复用 来提高频谱利用率，因此同频干扰不可避免。 同频干扰<->频率复用率
对同频干扰和同频复用距离的研究是小区制移动通信网频率分配的依据 规定射频防卫度：达到主观上比较满意的接收质量时，射频信道与干扰信 号的比值。亦即，接收信号与同频干扰的比值必须大于射频防卫度。一般 规定话音4级时17dB，3级时12dB。
A
B
每个区群的双向信道有：S=KN 该系统的容量为：C=MKN=MS
C
A
C B
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Hale Waihona Puke thor@蜂窝系统——构成区群的条件
构成区群的基本条件：
基本图案能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。
相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且为最大。
满足上述两个条件的簇的形状和簇内小区数N是有限的，并且N应 该满足下式：
a
B
C
A
a
B
C
……
m个小区
A
thor@
蜂窝系统——带状服务区的重叠区
f1
A
a
f2 B
重叠区域过大，越区干扰比较大
a
f1 A f2 B
重叠区域过小，形成弱电场
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蜂窝系统——面状服务区
指服务区不呈条状而是一个宽广的平面
基站天线很高，几十～几百米 基站发射功率大：50～200W 覆盖半径：30～50km
优点：网络结构简单，成本低 缺点：频谱利用率低，服务性能差，容量小，一般 用户几十～几百个，一般用于专网。
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蜂窝概念的引入
提高覆盖半径是大区制需解决的问题 决定覆盖半径的因素：
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互调干扰
当多个不同频率的信号加到非线性器件上时，非线性变换 将会产生许多组合频率，其中一部分可能会落到接收机通 带内，从而对有用信号产生干扰，成为互调干扰。 产生原因
发射机功率放大器的非线性性 接收机高频放大器或者混频器的非线性性
一般分析互调干扰是只需要考虑三阶的互调干扰
蜂窝系统——面状服务区的激励方式
中心激励 基站位于小区中心，有时会有辐射 阴影
顶点激励 在顶点上设置基站，并采用三个 互成120°的定向天线，以避免辐射阴 影
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蜂窝系统——面状服务区的区群
区群（簇，Cluster）：
共同使用全部可用频率的N个小区叫做一簇(区群) 若N越小，则系统中区群复制得越多，系统容量越大，频率的利
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蜂窝系统——小区制系统
基本小区有：（r0：小区半径）
超小区：r0 ＞20km（农村） 宏小区：r0 ＝1～20km（人口稠密地区） 微小区：r0 ＝0.1～1km（城市繁华区） 皮小区（微微小区）：r0 ＜0.1km（办公室、家庭）
MS接收到 A基站的输入信号功率为：C= Pt - LS MS接收到B急诊的同频干扰功率为：I= Pt - LI
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同频干扰
同频 小区 A r
0
D
同频 小区 B
Q=D/r0
设DS、DI分布为MS到基站A和基站B的距离，λ为信号的 波长，α为衰落指数，可以取2～4，路径损耗由以下公式 给出：LS=(4πDS /λ)α LI=(4πDI /λ)α 以dB表示信号/干扰之比
所有落在接收机通带内，与有用信号频率相同或者相近的 无用信号所产生的干扰。同频干扰在诸多干扰因素中主要地决 定了蜂窝系统的通话质量。 由于产生同频干扰的无用信号与有用信号具有非常相似甚 至相同的信号特征，而且和有用信号表现为加性，所以接收端 无法滤除和抑制同频干扰。
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蜂窝系统——带状覆盖服务区
用户的分布呈条状（或带状），如铁路、公路、沿海沿河水域等
小区
带状覆盖服务区
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蜂窝系统——带状覆盖服务区的多频复用
双频复用
f1
A
f2
B
f1
A
f2
B
f1
A
f2
B
三频复用
f1
A
f2
B
f3
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问题1
大区制
蜂窝概念的引入
在一个服务区域（如一个城市）内只有一个基站，并由它 负责移动通信的联络和控制。
MS1 BS
MS2 MS3 大区制移动通信网
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蜂窝概念的引入
早期的移动通信网一般是大区制 主要特点：
前文回顾
移动通信的基本概念 移动通信的发展历程和现状 移动通信中的关键技术 移动通信的特殊性
通信介质（无线信道）的特殊性 通信终端的特殊性
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移动通信原理与应用
第三讲
蜂窝移动通信系统
信息与电子工程学院 通信工程系
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信息与电子工程学院 通信工程系
同频干扰
同频 小区A
D
同频 小区B
r0 Q=D/r0
假设：A、B两个基站具有相同的设备参数，发射功率同为 归一化功率Pt（dBW）。移动台MS此时应该具有最小的载 干比（最大的同频干扰）。LS为基站A到MS的路径损耗， LI为基站B到MS的路径损耗。那么，易知：-
移动通信中的噪声和干扰
噪声 内部噪声/人为噪声/自然噪声 邻道干扰 同频干扰 互调干扰 多址干扰
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噪声对移动通信的影响
人为噪声主要表现为车辆点火噪声 噪声强度随地点的分布近似服从对数正态分布 噪声对话音质量产生恶化 车辆在行进的动态过程中，恶化量为达到静态条件下一样 的话音质量所需的接收电平增加量
thor@
蜂窝系统——面状服务区
思考：画一个N = 4的蜂窝系统结构，要求至少包括3个区群，将簇中 小区所用频率组用A,B,C,D标识。