第讲 蜂窝移动通信技术
蜂窝网络
一．蜂窝移动通信技术的发展历程蜂窝移动通信技术从发展到现在主要经历了三个阶段，即第一代、第二代和第三代蜂窝移动通信技术。
第一代蜂窝移动通信技术是模拟蜂窝移动通信技术，以美国贝尔实验室开发的先进移动电话系统AMPS为典型代表。
第一代蜂窝移动通信技术由于采用模拟技术和FDMA多址接入方式，在使用中暴露出很多弊端，如频谱利用率比较低、保密性差、只能提供低速语音业务、设备体积大成本高等，在实际中已经基本不再使用。
第二代移动通信技术是数字移动通信系统，采用数字调制技术，具有频谱利用率高，保密性好的特点，不仅可以支持话音业务，也可以支持低速数据业务，因而又称为窄带数字通信系统。
第二代数字移动通信系统典型代表有美国的DAMPS系统、IS-95系统和欧洲GSM系统，其中DAMPS和GSM都采用TDMA多址接入方式，而IS-95采用则采用CDMA多址接入方式，系统容量比GSM和DAMPS要大的多。
第二代数字移动通信技术是目前广泛应用的蜂窝移动通信技术，但由于只能提供窄带业务，已经不能满足人们越来越多的对于移动宽带多媒体业务的需求。
第三代移动通信系统是宽带数字通信系统，它的目标是提供移动宽带多媒体通信，多址方式基本都采用CDMA多址接入，属于宽带CDMA移动通信技术。
第三代移动通信系统能提供多种类型的高质量多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力并与固定网络相兼容。
它可以实现小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。
第三代移动通信技术的标准化工作由3GPP和3GPP2两个标准化组织来推动和实施。
目前，在世界范围内应用最为广泛的第三代移动通信系统体制为WCDMA和CDMA2000。
二．蜂窝网络物理模型的选择原因2.1蜂窝网络模型简介蜂窝网络或移动网络是一种移动通信硬件架构，把移动电话的服务区分为一个个正六边形的子区，每个小区设一个基站，形成了形状酷似“蜂窝”的结构，因而把这种移动通信方式称为蜂窝移动通信方式。
蜂窝移动通信技术
蜂窝移动通信技术第一点：蜂窝移动通信技术的概述与发展蜂窝移动通信技术，作为一种广泛应用于现代移动通信领域的技术，自从20世纪80年代以来，已经经历了多次的技术迭代和升级。
这种技术的主要特点是通过在一定的地理区域内布置多个小型基站，形成一个蜂窝状的网络覆盖结构，从而实现对移动用户的信号覆盖和通信服务。
在蜂窝移动通信技术的发展过程中，最重要的里程碑就是从第一代移动通信系统（1G）发展到目前的第五代移动通信系统（5G）。
每一代技术的升级，都带来了通信速率的提高、网络容量的增加、延迟时间的减少以及更多的新兴应用的诞生。
1G时代，模拟通信技术主导，通信速率低，只能进行语音通话，而且信号容易被干扰，覆盖范围有限。
2G时代，数字通信技术开始普及，虽然通信速率有所提高，但仍然无法满足高速数据传输的需求。
3G时代，通信速率得到了显著提升，可以支持基本的移动互联网应用，如浏览网页、发送电子邮件等。
4G时代，通信速率进一步提升，使得高清视频通话、在线游戏、短视频等应用变得普遍。
而5G时代，则是蜂窝移动通信技术的最新发展阶段，其通信速率可以达到4G的100倍以上，几乎实现了零延迟，为物联网、自动驾驶、远程医疗等新兴应用提供了技术保障。
第二点：蜂窝移动通信技术的应用与挑战蜂窝移动通信技术的高速发展，为人们的日常生活带来了极大的便利，同时也催生了众多新兴应用。
然而，技术的进步也伴随着一系列的挑战和问题。
在应用方面，蜂窝移动通信技术已经深入到社会的各个层面。
从个人通信，到商业运营，再到公共服务，无不依赖于这一技术。
例如，我们现在已经习惯了使用手机进行语音和视频通话，通过移动网络进行在线购物和支付，甚至依赖移动通信技术提供的实时导航服务来驾驶车辆。
此外，随着5G技术的普及，更多的创新应用正在涌现，如虚拟现实、增强现实、物联网等，它们都将极大地改变我们的生活方式。
然而，蜂窝移动通信技术的发展也面临着一系列的挑战。
首先是网络覆盖的问题。
蜂窝移动通信
11
第2章 数据通信
2.10.2 蜂窝移动电话系统组成及主要通信技术
频分多址 频分多址（FDMA, Frequency Division Multiple Access）是使用较早也是使用较多的一种多址接入方式， 被广泛应用于卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统 中。FDMA的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不重 叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个独立的子频带中； 各用户采用滤波器，分别按分配的子频带从信道上提取信号， 实现多址通信。
2.10 无线通信
2.10.1 蜂窝无线通信发展概述
2.10.2 蜂窝移动电话系统主要通信技术 2.10.3 Ad hoc无线网络通信
2.10.4 卫星通信技术
1
第2章 数据通信
2.10.1 蜂窝无线通信发展概述
1. 无线寻呼和无绳电话
无线寻呼 无线寻呼是日常生活中非常普及的一种技术。要呼 叫一个有寻呼机的人时,可以打电话给寻呼服务公司并 输入一个安全码、寻呼机号以及要回的电话号码(或一 条短消息)。 无绳电话 无绳电话允许人们在打电话时可以在屋里走来走去。 无绳电话由两部分组成:基站和电话,它们通常是一起 卖的。基站的后面有一个标准的电话插座,可以通过电 话线连接到电话系统上。电话和基站通过低功率无线 电波通信,范围一般为 100～300m。 2
第2章 数据通信
2.10.1 蜂窝无线通信发展概述
2. 蜂窝移动通信
(1) 模拟蜂窝移动通信 模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电 话系统 AMPS(Advanced Mobile Phone System)，AMPS容 量增大的关键思想是利用相对较小的单元,并且重用附近 (不是邻接)单元的传送频率。频率重用的思想如图2.40所 示，单元一般都近似于圆形,但是用六边形更容易表示。
蜂窝移动通信技术
高数据速率的需求
1 2 3
5G技术
为了满足用户对高数据速率的需求，蜂窝移动通 信技术正在向5G演进，5G技术能够提供更高的 数据传输速率和更低的延迟。
毫米波通信
利用毫米波频段进行通信可以提供更高的数据传 输速率，但传输距离较短，需要配合其他技术使 用。
协同通信和多天线技术
通过协同通信和多天线技术可以提高信号覆盖范 围和数据传输速率，同时降低延迟和提高可靠性。
04
蜂窝移动通信技术的应用与发展
4G/5G网络
4G/5G网络
蜂窝移动通信技术经历了从2G到4G的发展，目前正在向5G 过渡。4G网络提供了更高的数据传输速度和更低的延迟，而 5G网络将进一步改善这些性能，并支持更多设备同时连接。
5G应用场景
5G网络将广泛应用于各个领域，如智慧城市、自动驾驶、远 程医疗、工业自动化等，为人们的生活和工作带来更多便利 和效率。
物联网与蜂窝移动通信技术
物联网设备连接
蜂窝移动通信技术为物联网设备提供 了广泛的连接解决方案，使各种设备 能够实时地相互通信和交换数据。
物联网应用
物联网与蜂窝移动通信技术的结合将 推动各种应用的快速发展，如智能家 居、智能农业、智能物流等，提高生 产效率和生活质量。
人工智能与蜂窝移动通信技术
数据处理与分析
网络安全问题
数据隐私保护
随着移动通信技术的发展，用户的个人信息和通信内容越来越容 易受到攻击和窃取。
恶意攻击和病毒传播
移动网络中存在着大量的恶意软件和病毒，会对用户设备和个人信 息安全造成威胁。
网络安全技术
为了保障网络安全，需要采用先进的加密技术、防火墙技术、入侵 检测技术等，提高网络的安全性和可靠性。
移动通信讲义 第七章 蜂窝移动通信系统
第七章 蜂窝移动通信系统
第一节 GSM数字蜂 窝系统 （六）编码与调制 3. GSM系统的交 织 4. 调制 GSM系统采用 GSMK（BT=0.3）窄 带数字调制，传输 速率为 270.833kbps。
第七章 蜂窝移动通信系统
第一节 GSM数字蜂窝系统 （七）话音激活与功率控制 在GSM系统中，采用话音激活与功率控制可有效地减少同信道干扰。 话音激活控制就是采用非连续发射（DTX）。图6-22给出非连续发射 （DTX）的原理框图。在发端，话音激活检测器（VAD）的功能是检测是 否在讲话，或仅仅是噪音。图6-23给出话音激活检测器（VAD）的框图。 图中反演滤波器利用背景噪音在每帧的频谱特性相似的特点，根据背景 噪音频谱特性的差异来区分话音是否存在。其原理是，反演滤波器的系 数只是在仅有噪音时才导出，当有话音存在时则将噪音衰减，形成频谱 特性的差异，以此来判断出是话音。反演滤波器输出的信号能量与一门 限值比较，大于门限才判定是话音信号。
第七章 蜂窝移动通信系统Байду номын сангаас
第二节 通用分组无线业务 2．GPRS的会话管理 GPRS的会话管理（session mpt）是指 GPRS移动台连接到外部数据网络 的处理过程，其主要功能是支持用户终端对PDP移动关联的处理。 所谓 PDP移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP地址（通常是IP 地址）相关联和释放相关联的功能。通常移动台附着到网络后，应激活 所有需要与外部网络进行数据传输的地址，当数据传输结束后，再解除 这些地址。移动台只有在守候或就绪状态下，才能使用PDP移动关联的功 能。 PDP地址一般是指IP地址，移动台通常被分配三种PDP地址： 1）静态PDP地址。归属PLMN（HPLMN）运营商永久地给移动台分配的PDP 地址。 2）动态 HPLMN PDP地址。激活 PDP移动关联时，HPLMN给移动台分配的 PDP地址。 3）动态 VPLMN PDP地址。激活 PDP移动关联时，VPLMN给移动台分配的 PDP地址。
蜂窝式移动通信
1、小区结构
对于分布式无线电在蜂窝移动络结构中的应用方式来说，小区结构是最常见的一项。它的接入多依赖于移动 通信络、BTS等，其主要构成要素为分布式无线电络蜂窝数据，随着小区结构的应用不仅可以强化蜂窝数据络覆 盖能力，还能充分体现络信号实际性能。
发展趋势
发展趋势
蜂窝移动通信络已经获得了现代人的认可，并具有较大发展潜质。随着络技术的发展，蜂窝移动通信络也将 日新月异，尤其是在分布式无线电的带动下，可以将复杂的技术向简单化转变，同时也能让人们认识更多更先进 的技术，而这些技术也将被应用到蜂窝移动通信络建设中，对促进蜂窝移动通信络发展有着十分重要的作用。
2、信道共享
在PoC实现一对一通话时，其实质是点对点的通信，不存在信道共享的问题。
分布式无线电
分布式无线电
一、小区蜂窝移动络特点
之所以将分布式无线电应用到蜂窝移动络结构中，主要是由于它具有很多优点，具体来讲体现在以下几点： 第一，传输功率小，在分布式无线电应用以后，蜂窝移动络信号可以在无线电的作用下传输出去，有效降低了传 输功率。同时也可以最大程度的强化结构灵活性，做好络安装。第二，优化运行效率，分布式无线电是一种极具 发展潜质的技术，将其应用到蜂窝移动络结构中可以最大程度的满足无线络发展，强化无线络运行效率。总的来 说，为更好的发挥蜂窝通信络优势，离不开分布式无线电的应用。
分类
分类
1、宏蜂窝技术
在蜂窝移动通讯的技术推进中，其在初期的形式多以大型的宏蜂窝小区来呈现。宏蜂窝的格局配备的目的是 能够获得更大的地域覆盖范围，其半径多为1千米到25千米之间，为此基站的天线也往往会做的特别高。在实际 的宏蜂窝的通讯格局中，有两个名词值得注意，那就是“盲点”和“热点”。所谓盲点，就是由于电波在通讯过 程中由于遇到遮挡而形成的无法覆盖的阴影区域，在盲点中，区域通讯的质量往往都比较差；所谓“热点”指的 是，由于空间负荷存在着不均匀的情况，而造成了部分区域信号良好。在热点中，宏蜂窝中的大部分业务都能够 顺利进行。随着蜂窝通讯技术的发展，面对盲点问题已经形成了解决办法，那就是分裂小区或投放新的基站或直 站。在近些年，伴随着用户的增加，宏蜂窝小区的分裂，使得宏蜂窝的区域不断得到细分，这就造成了建站成本 的一度增加，然而盲区仍然是难以解决的问题，热点地区的高话务量也无法得到热点的良好吸收。技术的推进就 是这样，难题出现自然会衍生出新的技术，当宏蜂窝技术遇到发展瓶颈的时候，微蜂窝应运而生。
《蜂窝移动通信概论》课件
B
C
用户设备（UE）
包括手机、平板电脑等终端设备，用于实现 用户与网络的通信连接。
运营支撑系统（OSS）
包括计费、管理、维护等系统，用于保障网 络的正常运行和服务质量。
D
02 蜂窝移动通信技术基础
无线电波传播
无线电波传播特性
无线电波在传播过程中会受到多 种因素的影响，如大气、地形、 建筑物等，这些因素会影响无线 电波的传播路径和衰减程度。
无线电波频段
蜂窝移动通信系统通常工作在低 频和高频频段，不同的频段具有 不同的传播特性和穿透能力。
无线电波传播模型
为了更好地理解和预测无线电波 的传播特性，需要建立无线电波 传播模型，这些模型可以用来估 算信号的覆盖范围和强度。
无线信道与多径衰落
01
无线信道特性
无线信道不同于有线信道，其传播特性更加复杂和不可预测。无线信道
未来展望
随着5G技术的普及，语音业务将进一 步升级，实现更高质量的语音通话和 多媒体交互。
数据业务
概述
数据业务是蜂窝移动通信中最 为重要的业务之一，提供互联
网接入和数据传输服务。
技术特点
采用分组交换技术，支持高速 数据传输和移动互联网应用。
发展历程
从2G时代的文本传输到4G时代 的视频流媒体，数据业务经历 了爆炸式增长。
《蜂窝移动通信概论 》ppt课件
目录
• 蜂窝移动通信概述 • 蜂窝移动通信技术基础 • 蜂窝移动通信网络架构 • 蜂窝移动通信关键技术 • 蜂窝移动通信业务与应用 • 蜂窝移动通信发展趋势与挑战
01 蜂窝移动通信概述
蜂窝移动通信定义
01
蜂窝移动通信是一种无线通信技 术，通过无线电波在移动用户之 间或移动用户与固定网络之间建 立通信连接。
蜂窝移动通信组网技术
如果分裂后小区半径为原小区半径的一半，则是 1:4的分裂。
一、组网技术
无线小区的分裂（1:3）
一、组网技术
无线小区的分裂（1:4）
扇区化
一、组网技术
我们前面所说的小区都是指全向小区，即一个基站对应一个小区，有 一根发射天线，将无线电波辐射到360度的范围。
共用信道方式示意图
信道2
. . .
信道n
两种方式的比较:
一、组网技术
• 独立信道方式在信道分配原则上简单，但是信道不能
充分利用，即信道利用率低；
• 多共用信道方式在相同多的用户的信道的情况下，会
使用户通话的阻塞概率明显下降，即可明显提高信道 的利用率。多信道共用可使用户数目明显增加。但也 不是无止境的，否则将使阻塞率增加而影响质量。
小区制
另一有线网
MSC
P S T N
MSC
另一有线网
一、组网技术
BSC BSC BSC BSC
BSC BSC BSC
BTS BTS BTS
BTS BTS BTS
BTS BTS
BTS BTS BTS
BTS BTS
小区频率重复再用
3
3
4
2
4
2
1
1
5
7
5
7
6
3
6
3
4
3
4
2
1
2
1
5
1
5
7
7
6
8
一、组网技术
次数）；
• t0——每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通
蜂窝移动通信的工作原理
蜂窝移动通信的工作原理
蜂窝移动通信是一种无线通信技术，它的工作原理基于将服务区域分割成许多小区（蜂窝），每个小区都由一个基站负责覆盖。
下面是蜂窝移动通信的工作原理：
1. 手机信号传输：当手机用户需要进行通话或数据传输时，手机会通过射频信号将信息发送给所在小区的基站。
2. 基站接收信号：基站会接收到手机发送的信号，并将其转发给网络运营商的移动交换中心（MSC）。
3. MSC分析信号：MSC会分析接收到的信号，并将其转发给目标用户所在的小区的基站。
4. 目标基站接收信号：目标基站接收到MSC转发的信号后，将其发送给目标手机用户。
5. 手机接收信号：目标手机用户会接收到基站发送的信号，并进行解析，完成通话或数据传输。
在这个过程中，蜂窝移动通信会使用不同频段的射频信号来实现多用户同时通信。
每个小区都会有一定的信号覆盖范围，当用户从一个小区移动到另一个小区时，手机会自动切换到目标小区的基站，以保持通信的连续性。
此外，蜂窝移动通信还会对信号进行加密和身份验证等安全措施，以保护通信的隐私和安全性。
《蜂窝移动通信技术》课件
频率管理
合理分配和调度频率资源 ，提高频谱利用率。
接入控制
决定新用户是否可以接入 网络，防止网络拥塞。
移动性管理技术
STEP 01
位置管理
STEP 02
切换控制
跟踪移动终端的位置，更 新其位置信息。
STEP 03
接入认证与鉴权
验证用户的身份和权限， 确保网络安全。
当移动终端跨越不同小区 时，确保通信不中断。
体播放等。
Part
03
蜂窝移动通信的关键技术
多址接入技术
频分多址（FDMA）
将频带分成多个子频带，每个用 户在特定子频带上进行通信。
空分多址（SDMA）
通过空间分隔来区分不同用户， 利用天线阵列实现。
时分多址（TDMA）
将时间轴划分成多个时隙，不同 的用户在不同的时隙上传输。
码分多址（CDMA）
3
核心网的主要功能包括用户鉴权、漫游控制、业 务控制和网络管理等。
终端设备
终端设备是蜂窝移动通信系统的 最终用户设备，负责提供语音、 数据和多媒体业务的使用界面。
终端设备包括手机、平板电脑、 笔记本电脑等，具有无线通信模 块和用户界面，能够接收和发送
无线信号。
终端设备的主要功能包括语音通 话、数据传输、短信收发和多媒
高服务质量需求问题
总结词
随着移动通信业务的不断丰富和用户需 求的不断提高，蜂窝移动通信网络需要 提供更高的服务质量以满足用户需求。
VS
详细描述
蜂窝移动通信网络需要提供高速、可靠和 实时的通信服务，以满足用户的需求。为 了提供更高的服务质量，需要采取一系列 的服务质量保障措施，如流量控制、拥塞 控制和动态调度等。同时，还需要不断优 化网络架构和协议，以提高网络性能和稳 定性。
蜂窝移动通信的关键技术 ppt课件
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
4. 直放站技术
在组网时，出于经费或地形地物等方面的考虑，会出现 无线电波覆盖不到的地区，称之为盲区或死区，如图所示。 为了实现整个服务区内的通信，使死区变活，消除盲区，通 常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区和死区内的移动台 与基站之间的通信。
f2
BS
MS1 R
服务区
R f3
f4
MS2 R
大区制移动通信示意图
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
1. 大区制
TX:25～200W
30 200m
～
TX:10～25W
TRX
TRX
BS
MS
覆盖半径 25～45km
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
►大区制特点：
⑴ 系统及控制简单 ⑵ 容量小 例：设大区制系统共有12个频道（信道ch：channel）， 每信道可容纳10个移动用户，求系统用户容量。 解：
并采用三个互成120°扇形覆盖的定向天线，分别覆盖三个 相邻小区的各1/3区域，每个小区由三幅120°扇形天线共同 覆盖，如图(b)所示。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
无线小区的两种激励方式 (a) 中心激励；(b) 顶点激励
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
3. 无线小区模型的确定
目前GSM网络广泛采用的无线小区模型有 4×3复用方式和3×3复用方式等。
第2章 蜂窝移动通信的关键技术
多信道共用方式如图(b)所示。在这种方式下， 该小区内的10个信道被110个用户共用。当k(k < 10) 个信道被占用时，其他需要通话的用户可以选择剩 下的(10-k)中的任意一个空闲信道通信。因为任何 一个移动用户选择空闲信道和占用空闲信道的时间 都是随机的，所以，所有10个信道被同时占用的概 率远小于一个信道被占用的概率。因此，多信道共 用方式可大大提高信道利用率。
CDMA蜂窝移动通信技术介绍
CDMA蜂窝移动通信技术介绍自20世纪70年代末第一代模拟移动通信系统面世以来，移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展，已经成为带动全球经济发展的主要高科技产业之一，并对人类生活及社会发展产生了重大影响。
其中，CDMA码分多址移动通信技术以其容量大、频谱利用率高、保密性强、绿色环保等诸多优点，显示出强大的生命力，引起人们的广泛关注，成为第三代移动通信的核心技术。
一、CDMA通信技术CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）作为一种多址技术早已出现，起初仅在抗干扰和保密性能等方面受到人们的注意，被用在军用抗干扰系统中。
1989年，美国高通（Qualcomm）公司最先推出CDMA蜂窝移动通信系统的设想。
码分多址蜂窝移动通信技术实际上包含两个基本技术，即码分多址技术和扩频通信技术。
所谓扩频，简单地讲就是用某种技术将信号的频谱进行扩展，工程中常用直接序列对信号进行扩频，即用一个高速码序列码去调制低速原始数据信息。
码分多址(CDMA)和频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)一样，是多址技术的一种。
CDMA系统中的每一个信号被分配一个正交序列或PN（Pseudo Noise，伪随机噪声）序列用作扩频序列对其进行扩频，不同信号的能量被分配到不同的正交序列或PN序列里。
在接收机，通过使用相关器只接受选定的正交序列或PN序列并压缩其频谱，凡不符合该用户正交序列的信号就不被压缩带宽，结果只有指定的信号才能被提取出来。
我们将CDMA和FDMA、TDMA三种多址方式进行比较。
FDMA采用调频的多址技术，在不同频段的业务信道被分配给不同的用户；TDMA是采用时分的多址技术，业务信道在不同的时间被分配给不同的用户；CDMA采用扩频的码分多址技术，所有用户在同一时间、同一频段上，但根据不同的编码获得业务信道。
在技术实现上，就是利用码型的不同来调制解调不同的用户。
CDMA移动通信系统具有如下优点：1.系统容量大。
蜂窝移动通信技术
蜂窝移动通信技术常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同可以分为三类，它们分别是宏蜂窝、微蜂窝以及智能蜂窝，通常这三种蜂窝技术各有特点。
1、宏蜂窝技术蜂窝移动通信系统中，在网络运营初期，运营商的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区，取得尽可能大的地域覆盖率，宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1km～25km，基站天线尽可能做得很高。
在实际的宏蜂窝小内，通常存在着两种特殊的微小区域。
一是“盲点”，由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域，它支持宏蜂窝中的大部分业务。
以上两“点”问题的解决，往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。
除了经济方面的原因外，从原理上讲，这两种方法也不能无限制地使用，因为扩大了系统覆盖，通信质量要下降；提高了通信质量，往往又要牺牲容量。
近年来，随着用户的增加，宏蜂窝小区进行小区分裂，变得越来越小。
当小区小到一定程度时，建站成本就会急剧增加，小区半径的缩小也会带来严重的干扰，另一方面，盲区仍然存在，热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收，微蜂窝技术就是为了解决以上难题而产生的。
2、微蜂窝技术与宏蜂窝技术相比，微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等，该小区的覆盖半径为30m～300m，基站天线低于屋顶高度，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。
微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸，微蜂窝的应用主要有两方面：一是提高覆盖率，应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区，如地铁、地下室；二是提高容量，主要应用在高话务量地区，如繁华的商业街、购物中心、体育场等。
微蜂窝在作为提高网络容量的应用时一般与宏蜂窝构成多层网。
宏蜂窝进行大面积的覆盖，作为多层网的底层，微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上，构成多层网的上层，微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区，有独立的广播信道。
微蜂窝层的站点数量多，传输成本占整个设备投资的比例大于宏蜂窝基站，根据实际情况选择合理的网络结构和传输手段是非常重要的。
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。
第1章 蜂窝移动通信基础
第一章蜂窝移动通信的发展历程现代移动通信技术始于20世纪20年代，发展到现在，大约经历了六个发展阶段。
第一阶段的标志是早期移动通信系统的应用，从20世纪20年代到40年代，是移动通信的早期发展阶段。
从20世纪40年代中期到60年代初期，早期的公用移动通信系统开始应用，这是现代移动通信技术的第二阶段。
这个阶段移动通信技术逐渐应用到大众通信，系统采用人工接续方式，网络容量较小。
第三阶段从20世纪60年代中期到70年代中期。
在此期间，美国推出了改进型移动电话系统（IMTS），德国推出了B网。
这个阶段的系统采用大区制，容量有较大的提高。
第四阶段从20世纪70年代中期到80年代中期，这个阶段小区制的蜂窝移动通信系统得到了大规模应用，采用的是模拟技术，代表是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。
第五阶段从20世纪80年代中期到21世纪初，这个阶段的特点是数字移动通信系统得到了大规模应用，代表技术是欧洲的GSM和美国的CDMA，也就是通常所说的第二代移动通信技术（2G）。
数字蜂窝网络相对模拟蜂窝网，频谱利用率和系统容量得到了很大的提高。
这个阶段的移动通信系统已经可以提供数据业务，业务类型大大丰富。
第六个阶段从20世纪90年代末开始，标志是第三代移动通信技术的发展和应用。
1999年11月5日在芬兰赫尔新基召开的ITU TG8/1第18次会议上，最终确定了3类（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共5种技术作为第三代移动通信的基础，其中WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA是3G的3个主流标准。
目前，WCDMA和CDMA2000在部分地区已经正式商用。
这个阶段的特征是系统容量和载频利用率得到了较大的提高。
第三代移动通信系统可以提供高速数据业务，承载的业务类型得到了极大的丰富。
表1-1给出了三种3G的主流标准的主要区别。
注：1Mchip/s表示每秒传输1M码片。
中国在移动通信技术的研究和应用上起步都比较晚，但发展很快。
GSM蜂窝移动通信系统
移动终端（MS）
移动终端就是“机”，它可完成话音编 码、信道编码、信息加密、信息的调制和解 调、信息发射和接收。
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GSM蜂窝移动通信系统 简介
2010年5月
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第一讲 GSM的发展历史
1.1 GSM系统历史背景 1.2 GSM系统技术规范目录
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堵按稽力瑰法贼翰忽嫁岭兴桨旱鲜娱偿吻苑渍办柬钝桩腥遁逝访浦椰檀混GSM蜂窝移动通信系统GSM蜂窝移动通信系统
模拟系统的缺点
1. 各系统间没有公共接口； 2. 很难开展数据承载业务； 3. 频谱利用率低无法适应大容量的需求； 4. 安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。
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1.2 GSM系统技术规范目录
07 MS的终端适配器 08 BS-MSC接口 09 网路互通 10 业务互通 11 设备和型号认可规范 12 操作和维护
3.6 基站与移动台 间的时间调整 3.7 话音编码 3.8 信道编码 3.9 交织技术 3.10 跳频技术 3.11 保密措施
第讲蜂窝移动通信技术
局相连接。
20
宏蜂窝小区存在的问题
• “盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传
播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等 原因，使得该区域的信号强度极弱，通 信质量低劣
• “热点”：由于客观存在商业中心或交
通要道等业务繁忙区域，造成空间业务 负荷的不均匀分布
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微蜂窝小区 (microcell)
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宏蜂窝小区(macrocell)
• 每小区的覆盖半径较大，大多为1km～
25km。
• 宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般
在10W以上，天线也做得较高。
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宏蜂窝小区
• 每个小区中有一个基站，与处于其服务
区内的移动台建立无线通信链路。
• 各个小区的基站可通过电缆、光缆或微
波链路与移动交换中心(MSC)相连。
网络覆盖的一种补充形式而存在
• 主要用来解决商业中心、会议中心等室
内“热点”的通信问题。
26
三层分级蜂窝结构
• 宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务； • 微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或交
通阻塞车辆的业务；
• 微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内
区域。 用户接入时，系统根据所测得的信号强度
和各蜂窝的容量为某一呼叫选择最恰当 的蜂窝。
电信资源是有限的！
• FDMA（频分多址） • TDMA（时分多址） • CDMA（码分多址） • SDMA（空分多址）
6
FDMA（频分多址）
• Frequency Division Multiple Access • 不同用户使用不同的频段发送信号 • FDMA系统为每位用户在可用频段内分
配一小部分频率或频道，且在相邻的一 对频道之间留出一小部分频谱作为保护 带，以减少来自相邻频道的干扰
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一个蜂窝组
B G
A F E D C
一个字母代表 一组频率，不 同的字母代表 不同组的频率。
“蜂窝式”名称的来源
在无线电通信时，一对通话要占用一条 信道，即一段特殊的频率。为了频率复 用，按地理范围分成状如蜂窝的若干小 区，每个小区使用一组频率，相同的频 率组之间至少间隔了两个小区的地理距 离，所以不会相互干扰。
宏蜂窝小区(macrocell)
• 每小区的覆盖半径较大，大多为1km～
25km。
• 宏蜂窝小区基站的发射功率较强，一般
在10W以上，天线也做得较高。
宏蜂窝小区
• 每个小区中有一个基站，与处于其服务
区内的移动台建立无线通信链路。
• 各个小区的基站可通过电缆、光缆或微
波链路与移动交换中心(MSC)相连。
• 单工通信——只能有一个方向的通信而没有反
方向的交互
• 半双工通信——通信的双方都可以发送信息，
但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)
• 全双工通信——通信的双方可以同时发送和接
收信息。
• TDD：Time Division Duplex 时分双工 • FDD：Frequency Division Duplex频分双工
蜂窝通信概念
• • • • • • •
蜂窝移动通信 宏蜂窝小区 微蜂窝小区 分级蜂窝结构 微微蜂窝小区 三层分级蜂窝结构 智能蜂窝
蜂窝移动通信
FCC的定义: 一个高容量的陆上移动通信系统， 分配给系统中的频谱被划分为独立的信 道，这些信道按组分配给各个地理小区， 这些小区覆盖了一个蜂窝地理服务区。 独立的信道能够被服务区内的不同小区 复用。
限于来自其他用户的全部干扰功率
SDMA（空Βιβλιοθήκη 多址）• Spatial Division Multiple Access • 利用空间分割构成不同的信道 • 是一种信道增容方式，与其他多址方式
完全兼容，从而可实现组合的多址方式， 例如空分--码分多址（SD-CDMA）
• 实现的关键是智能天线技术
通信工作方式
基础知识和基本概念
• 标准化组织 • 多址方式 • 通信工作方式 • 蜂窝通信概念
标准化组织
• 国际标准化组织 • 地区性标准化组织
国际标准化组织
• ISO（International Organization
for Standardization）国际标准化 组织
• ITU（International Telecommunications Union）国际
• 移动交换中心通过PCM电路与市话交换
局相连接。
宏蜂窝小区存在的问题
• “盲点”：由于网络漏覆盖或电波在传
播过程中遇到障碍物而造成阴影区域等 原因，使得该区域的信号强度极弱，通 信质量低劣
• “热点”：由于客观存在商业中心或交
通要道等业务繁忙区域，造成空间业务 负荷的不均匀分布
微蜂窝小区 (microcell)
• 无争用协议
TDMA（时分多址）
• Time Division Multiple Access • 不同用户使用整个频段的不同时间段发送信号 • 每个时间周期分为多个时间段，称为时隙。每
对相邻的时隙都被一小段时间段（作为保护时 间）分隔开，以减少来自相邻信道的干扰
• 基于奈奎斯特抽样定理 • 无争用协议
微蜂窝小区是在宏蜂窝小区的基础上发展 起来的一门技术。 • 覆盖半径大约为30m～300m； • 发射功率较小，一般在1W以下； • 基站天线置于相对低的地方，如屋顶下 方，高于地面5m～10m； • 传播主要沿着街道的视线进行，信号在 楼顶的泄露小。
Standards Institute）欧洲电信标准化协会/欧洲 电信标准化组织
• FCC（Federal Communications Commission）
美国联邦通信委员会。
• TTA（Telecommunications Technology
Association）韩国电信技术协会
多址方式
电信资源是有限的！
• • • •
FDMA（频分多址）
TDMA（时分多址）
CDMA（码分多址）
SDMA（空分多址）
FDMA（频分多址）
• Frequency Division Multiple Access • 不同用户使用不同的频段发送信号 • FDMA系统为每位用户在可用频段内分
配一小部分频率或频道，且在相邻的一 对频道之间留出一小部分频谱作为保护 带，以减少来自相邻频道的干扰
• 根据信道情况，CDMA可被认为是无争用协议或
争用协议
• 如果信道中同时传输的用户数或者多址干扰值低于
某一给定的阈值，系统可成功处理所有的传输，那 么CDMA就是无争用协议 • 如果干扰值大于该阈值，将会在传输中丢失所有同 时传输的分组，那么CDMA就是争用协议
• 因此，我们将CDMA视为一个功率受限系统，受
电信联盟
地区性标准化组织
• ANSI （American National Standards Institute）
美国国家标准学会
• ARIB（Association of Radio Industries and
Businesses）日本无线工业及商贸联合会
• CCSA（ China Communications Standards
Association）中国通信标准化协会
• CWTS（China Wireless Telecommunications
Standards group）中国无线电讯标准组
地区性标准化组织
• EIA（Electronic Industries Alliance）美国电子
工业协会
• ETSI（ European Telecommunications
蜂窝式无线电话网
G F B A C D B A G B A E G F C
E
G F
F
C D
D
B
G F C D
B A
E
C
D
E
A
E
蜂窝移动通信
• 蜂窝概念可用于FDMA系统，使同样的
子频段可在距离足够远的蜂窝群中多次 使用 • 也可用于CDMA系统，降低干扰，提高 系统容量 • 同样可用于TDMA系统，通过TDMA与 FDMA技术的结合提供较高的系统容量， 容纳更多用户
CDMA（码分多址）
• Code Division Multiple Access • 不同用户使用整个频段的不同特定码字
发送信号 • 在CDMA系统中，每个用户信号在整个传 输过程中都使用一个宽带信道，使用相 同的载频，占用相同的带宽 • 根据分配给每个用户的特定码字来区分 不同用户的信号
CDMA（码分多址）