移动通信网-《计算机网络与通信》

移动通信网是通信网的一个重要分支。近年来，移动通信以其显著的特点和优越性迅速发展，广泛应用在社会的各个领域。所谓移动通信，是指通信的一方或双方可以在移动中进行的通信过程，即至少有一方具有可移动性。例如，可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的通信。

1．移动通信网系统的基本组成

移动通信的种类繁多，如陆地移动通信系统可分为蜂窝移动通信、无线寻呼系统、无绳电话、集群系统等。同时，移动通信和卫星通信相结合产生了卫星移动通信、可以实现国内、国际大范围的移动通信。一个典型的移动通信网的基本组成如图6-3所示。

图6-3　移动通信网的基本组成

1）移动业务交换中心

移动业务交换中心（Mobile-services Switching Centre，MSC）是蜂窝通信网络的核心，负责本服务区内所有用户移动业务的实现，如为用户提供终端业务、无线资源的管理、越区切换和通过关口MSC 与公用电话网相连等，GMCS（Gate MSC）是网关，称为入口移动交换局或称门道局。

2）基站

基站（Base Station，BS）负责和本小区内的移动台之间通过无线电波进行通信，并与MSC 相连，以保证移动台在不同小区之间移动时也可以进行通信。

3）移动台

移动台（Mobile Station，MS）是移动通信网中的终端设备，如手机或车载台等。它要将用户的话音信息进行变换并以无线电波的方式进行传输。

4）中继传输系统

在移动业务交换中心（MSC）之间、移动业务交换中心（MSC）和基站（BS）之间的传输线均采用有线方式。

5）数据库。

动通信网中的用户是可以自由移动的，因此，要对用户进行接续就必须掌握用户的位置及其他信息，数据库就是用来存储用户有关信息的。

2．移动通信的特点(www.xing528.com)

相比固定通信而言，移动通信要给用户提供与固定通信一样的业务，但其管理技术、信号传播环境等要比固定网复杂得多。因此，移动通信有许多与固定通信不同的特点。

（1）用户的移动性。要保持用户在移动中的通信，必须采用无线通信，或无线通信与有线通信的结合。因此，系统中要有完善的管理技术对用户的位置进行登记、跟踪，使用户在移动时也能进行通信，不会因为位置的改变而中断。

（2）电波传播条件复杂。移动台可能在各种环境中运动，如建筑物或障碍物等。因此，电磁波在传播时不仅有直射信号，还会产生反射、折射、绕射、多普勒效应等现象，从而产生多径干扰、信号传播延迟等。因此，必须充分研究电波的传播特性，使系统具有足够的抗衰落能力，才能保证通信系统正常运行。

（3）噪声和干扰严重。移动台在移动时不仅受到城市环境中各种工业噪声和天然电噪声的干扰，同时，由于系统内有多个用户，移动用户之间还会有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。这就要求在移动通信系统中对信道进行合理的划分和频率的再用。

（4）系统和网络结构复杂。移动通信系统是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。此外，移动通信系统还应与其他固定通信网互联，整个网络结构是很复杂的。

（5）有限的频率资源。在有线网中，可以依靠多铺设电缆或光缆来提高系统的带宽资源。而在无线网中，资源频率是有限的，ITU 对无限频率的划分有严格的规定。如何提高系统的频率利用率始终是移动通信系统的一个重要课题。

移动通信网按覆盖方式可分为“大区制”和“小区制”。所谓大区制是指由一个基站覆盖整个服务区，该基站负责服务区内所有移动台的通信与控制，覆盖半径一般为30～50 km，只适用于用户较少的专用通信网。小区制是指将整个服务区划分为若干小区，在每个小区设置一个基站，负责本小区内移动台的通信与控制。小区制的覆盖半径一般为2～10 km，基站的发射功率一般限制在一定的范围内，以减少信道干扰，同时还要设置移动业务交换中心，负责小区间移动用户的通信连接及移动网与有线网的连接，保证在整个服务区内，移动台无论在哪个小区都能够正常进行通信。目前公用移动通信系统的网络结构一般为数字蜂窝网结构，最常用的小区形状为正六边形，这是最经济的一种方案。由于正六边形的网络形同蜂窝，因此称这种小区形状的移动通信系统为蜂窝网移动通信系统。

3．移动通信技术的发展

20世纪40年代至今，移动通信网按其发展过程可分为第一代（1G）、第二代（2G）、第三代（3G）、第四代（4G）移动通信技术。1G 主要是基于模拟的FDMA 技术，现已经淘汰，目前移动通信技术正向第五代（5G）发展。

第一单模拟制式的移动通信系统采用模拟信号传输，模拟制式是指无线传输采用模拟式的FM 调制，将300～3 400 Hz 的语音转换到高频的载波频率 （MHz）上。此外，1G 只能应用在一般语音传输上，且语音品质低、讯号不稳定、涵盖范围也不够全面。

1G 系统主要为AMPS，另外还有NMT 及TACS，我国在20世纪80年代初期移动通信产业还属于一片空白，直到1987年，在广东第六届全运会上蜂窝移动通信系统才正式启动。

GSM 数字蜂窝通信系统是80年代末开发的。2G 是包括语音在内的全数字化系统，新技术体现在通话质量和系统容量的提升上。从1G 跨入2G 是从模拟调制进入数字调制。相比于第一代移动通信，第二代移动通信具备高度的保密性，系统的容量也在增加。同时，从这一代开始，手机也可以上网了。2G 的声音品质较佳，比1G 多了数据传输的服务，数据传输速度为 9.6 ～14.4 kb/s，最早的文字简讯也从此开始。GSM（Global System for Mobile Communication）是第一个商业运营的2G 系统，GSM 采用TDMA 技术。

3G 是移动多媒体通信系统，提供的业务包括语音、传真、数据、多媒体娱乐和全球无缝漫游等。NTT 和爱立信1996年开始开发3G（ETSI 于1998年）。1998年，国际电联推出WCDMA和CDMA2000 两种商用标准。目前3G 分为4 种标准制式，分别是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX。3G 最吸引人的地方在于高达384 kb/s 的传输速度，在室内稳定环境下甚至有2 Mb/s 的水准。其中，TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）是由我国提出的标准，这在我国通信发展史上是一个重要的里程碑。

4G 是真正意义的高速移动通信系统，理论上能够以100 Mb/s 的速度下载，上传的速度也能达到20 Mb/s。网速是3G 的50 倍，实际体验也都在10 倍左右，上网速度可以媲美20 Mb/s家庭宽带，因此4G 网络具备非常流畅的速度，可以观看高清电影，大数据传输速度也非常快，只是资费是一大问题。4G 支持交互多媒体业务、高质量影像、3D 动画和宽带互联网接入，是宽带大容量的高速蜂窝系统。该技术包括TD-LTE 和FDD-LTE 两种制式。

5G 呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点，就目前规划来看，5G 与4G、3G、2G 有所不同，其并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术（4G 后向演进技术）集成后的解决方案总称。5G 需求已扩大到物联网领域。