移动通信系统是什么

xiaohei Q&A 2020-06-06 20:28:16 阅读(...)

移动通信系统是一种无线电通信系统主要有蜂窝系统,集群系统,AdHoc网络系统,卫星通信系统,分组无线网,无绳电话系统,无线电传呼系统等。

移动通信系统是一种无线电通信系统主要有蜂窝系统集群系统,AdHoc 网络系统,卫星通信系统,分组无线网,无绳电话系统,无线电传呼系统等。

移动通信系统是什么

移动通信系统的特点有移动通信必须利用无线电波进行信息传输、通信是在复杂的干扰环境中运行的、移动通信业务量的需求与日俱增等。

蜂窝系统

蜂窝系统是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统。在蜂窝系统中,覆盖区域一般被划分为类似蜂窝的多个小区。每个小区内设置固定的基站,为用户提供接入和信息转发服务。移动用户之间以及移动用户和非移动用户之间的通信均需通过基站进行。基站则一般通过有线线路连接到主要由交换机构成的骨干交换网络。蜂窝系统是一种有连接网络,一旦一个信道被分配给某个用户,通常此信道可一直被此用户使用。蜂窝系统一般用于语音通信。

集群系统

集群系统与蜂窝系统类似,也是一种有连接的网络,一般属于专用网络,规模不大,主要为移动用户提供语音通信。

卫星通信

卫星通信系统的通信范围最广,可以为全球每个角落的用户提供通信服务。在此系统中,卫星起着与基站类似的功能。卫星通信系统按卫星所处位置可分为静止轨道、中轨道和低轨道 3 种。卫星通信系统存在成本高、传输延时大、传输带宽有限等不足。

上述移动通信系统都需要有线网络通信基础设施的支持,如基站、交换机、卫星等。这些设施的建立和运转需要大量的人力和物力,因此成本比较高,同时建设的周期也长。Ad Hoc 网络不需要基站的支持,由主机自己组网,因此,网络建立的成本低,同时时间短,一般只要几秒钟或几分钟。上述通信系统中,移动终端之间并不直接通信,并且移动终端只具备收发功能,不具备转发功能。而 Ad Hoc 网络由移动主机构成,移动主机之间可以直接通信,而移动主机不仅收发数据,同时还转发数据。此外移动通信系统主要为用户提供语音通信功能,通常采用电路交换,拓扑结构比较稳定。而 Ad Hoc 网络使用分组转发技术,主要为用户提供数据通信服务,拓扑结构易于变化。

AdHoc

Ad Hoc 网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络,网络中的节点均由移动主机构成。Ad Hoc 网络最初应用于军事领域,它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目,该项目由 DARPA 资助,其后,又在 1983 年和 1994 年进行了抗毁可适应网络 SURAN(Survivable Adaptive Network)和全球移动信息系统 GloMo(Global Information System)项目的研究。由于无线通信和终端技术的不断发展,Ad Hoc 网络在民用环境下也得到了发展,如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时,可以很方便地通过搭建 Ad Hoc 网络实现。

在 Ad Hoc 网络中,当两个移动主机(如图 1 中的主机 A 和 B)在彼此的通信覆盖范围内时,它们可以直接通信。但是由于移动主机的通信覆盖范围有限,如果两个相距较远的主机(如图 1 中的主机 A 和 C)要进行通信,则需要通过它们之间的移动主机 B 的转发才能实现。因此在 Ad Hoc 网络中,主机同时还是路由器,担负着寻找路由和转发报文的工作。在 Ad Hoc 网络中,每个主机的通信范围有限,因此路由一般都由多跳组成,数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故 Ad Hoc 网络也被称为多跳无线网络。其结构如图 2 所示。

Ad Hoc 网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在 Ad Hoc 网络中,使用计算机网络的分组交换机制,而不是电路交换机制。通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理(PDA)等移动终端设备。Ad Hoc 网络不同于因特网环境中的移动 IP 网络。在移动 IP 网络中,移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络,而在 Ad Hoc 网络中只存在无线链路一种连接方式。在移动 IP 网络中,移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信,在基站和基站(代理和代理)之间均为有线网络,仍然使用因特网的传统路由协议。而 Ad Hoc 网络没有这些设施的支持。此外,在移动 IP 网络中移动主机不具备路由功能,只是一个普通的通信终端。当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构,而 Ad Hoc 网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。

无线通信

分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络,即网络中传送的信息要以“分组”或者称“信包”为基本单元。

分组是由若干比特组成的信息段。通常包含“包头”和“正文”两部分。包头中含有该分组的源地址、宿地址和有关路由等信息等。正文是真正需要传送的信息。

适用特点:分组无线网特别适用于实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。

网络结构:星形结构 分布式结构

特点

移动通信必须利用无线电波进行信息传输

这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围内自由活动,其位置不受束缚,不过无线电波的传播特性一般要受到诸多因素的影响。

移动通信的运行环境十分复杂,电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散消耗,并且会受到地形、地物的遮蔽而发生“阴影效应”,而且信号经过多点反射,会从多条路径到达接收地点,这种多径信号的幅度、相位和到达时间都不一样,它们互相叠加会产生电平衰落和时延扩展。

移动通信常常在快速移动中进行,这不仅会引起多普勒频移,产生随机调频,而且会使得电波传输特性发生快速的随机起伏,严重影响通信质量。故移动通信系统须根据移动信道的特征,进行合理的设计。

方案研究

总述

卫星移动通信系统 SIMT-2000 结合方案的研究 摘要:本文对卫星移动通信系统与 IMT-2000 的结合进行了探讨和研究,提出了三个层次的结合方案,列出了亟待解决的关键技术。 关键词:IMT-2000 卫星移动通信第三代移动通信系统

概述

第三代移动通信系统(IMT-2000)是国际电信联盟(ITU)提出的工作在 2GHz 频段的、预期在 2002 年左右投入商用的系统。从 1996 年开始,各国对 IMT-2000 的研究逐渐进入实质阶段,并已投入大量的人力、物力进行研究和开发,我国对 IMT-2000 也进行了深入的研究,并在“九五”后期课题中安排了重大课题对此专门进行研究和开发。 卫星移动通信系统作为第三代移动通信系统的重要组成部分,其地位和作用已无庸置疑。因此 IMT-2000 明确规定了要支持卫星通信环境,并声明它是一个综合的卫星/地面通信网络,可以共同协作满足全球范围内不同用户密度地域的广泛业务需求,在所提供的业务上也相互补充,并且实现起来更经济。在一个综合网络中,卫星移动通信系统的特有优势在于: (1)可以实现全球完整、连续的覆盖。 (2)可以作为地面蜂窝网业务覆盖区域的扩展。 (3)固有的动态信道分配技术可以解决突发的呼叫拥塞问题。 (4)固有的抗毁性可以在地震洪水等特殊场合起到不可取代的应急通信作用。 (5)系统的建立对于军民结合、平战结合、满足军事通信特殊需要等具有战略意义。 所以,对卫星移动通信系统如何与 IMT-2000 中的地面通信部分相结合进行研究,以及尽快制定综合的卫星/地面移动通信系统的有关框架和标准显得十分必要。

卫星移动通信系统与 IMT-2000 相结合的方案

从发展来看。IMT-2000 已经改变了原有的“一统”概念,而注意到以各地区的现有第二代系统网络基础为参考制定比较现实的过渡方法。从市场方面看,第二代移动通信系统可以满足移动用户话音和中、低速数据业务的需求,第三代移动通信系统的发展,其显著标志为高速率,支持广泛的业务(大部分应是尚未定义的),它的运营市场,至少在建成初期应集中在高速多媒体业务和分组数据业务,与第二代移动通信系统互相补充而非立即取代。可见从第二代移动通信系统向 IMT-2000 的过渡应是一个长期共存、不断演进的过程。考虑到这些因素,对于卫星移动通信系统和 IMT-2000 的结合,也应是一个分阶段、分层次的长期过程。ITU-R 关于地面和卫星移动通信系统的综合建议 M.1182 中对综合的卫星/地面移动通信系统定义了五个层次的综合,分别为:地理综合、业务综合、网络综合、设备综合和系统综合。ITU-R 关于 IMT-2000 中卫星部分的框架结构建议 M.1167 中,针对不同层次、阶段的综合情况,定义了三种具体的综合网络结构,分别为:(1)卫星段自成系统的结构;(2)综合的 IMT-2000 网络结构;(3)卫星段作为地面固定网(有线网和蜂窝网)的延伸。因此,对于综合的卫星/地面移动通信系统,总体思路应该是以 IMT-2000 建议为蓝本,立足已有系统,着眼即将建设系统,设计和构思新一代系统,制定全面、发展、经济可行的技术方案。 针对我国国情,具体来看,对于一个综合的卫星/地面移动通信系统,可以分为以下三个阶段或层次来进行: 2.1 卫星网相对独立的技术方案 对于现存的静止轨道卫星通信系统,可以采用卫星网相对独立的思路,卫星网从所用频段、系统结构、多址方式、无线电接口、终端类型乃至提供业务都可与地面网不同,对于这种自成系统的卫星网与地面网络的互联可以采取两种方式。在第一种方式中,卫星网通过关口站和地面 PSTN 互联,再通过这个遍布全球但能力有限的电话网络与其它网络互联。在第二中方式中,卫星网络通过一个或多个关口站接入公共的数字骨干网络,经过不同类型的接口,与地面 PSTN、非 IMT-2000 地面移动通信网及其它 IMT-2000 网络互联,两种方式层次上均为地理综合。 第一种方式中,只需在卫星网侧研制必要的设备,建设最为简单,但由于受到 PSTN 网的限制,综合网络所能承载的公共业务非常有限,只包括话音和低速数据(话带数据方式)。在第二种方式中,首先要定义明确的网络间接口,ITU-R 有关建议中定义了卫星网与其它 IMT-2000 网络或非 IMT-2000 网络的 A、B、C 三种类型的接口。由于采用了公共的数字骨干网络,综合网络的业务能力和可扩展性能都较第一种方式强,更值得研究和探讨。两种方式中,由于卫星网段相对独立,因而无法进行任何设备或功能模块(包括网络基础设施和终端设备)的共用,用户可使用双模终端通过人工登记的方式实现漫游。 2.2 基于网络综合的方案 对于设计的系统(MEO、LEO),可以采用网络综合的思路,实现的关键在于将卫星段的卫星移动交换中心(SMSC)与地面段(蜂窝网)的移动交换中心互联,卫星系统的固定站链路具有全波束,移动终端链路采用点波束。MSC(移动交换中心)负责提供移动网的交换功能,为非网内呼叫建立链路以及与 PSTN 接口。田(基站)主要负责分配无线信道资源,并完成对无线链路控制及维护。VLR(访问位置寄存器)存储当前在本辖区内活动的移动终端的位置信息,是一个不断更新的动态数据库。HLR(归属位置寄存器)是用于移动用户管理的数据库,记录用户的呼叫路由和计费等信息。FES(固定地球站)控制相应的卫星点波束内的通信,在功能上相当于地面蜂窝系统的一个 BS 和 MSC(在地面蜂窝中可能是一个 MSC 服务若干个 BS)。为实现网间的漫游和切换,必须保证 FES 和 MSC 在较高层次互联,以 GSM 系统为例,FES 与 MSC 应在 GSM 七号信令 MAP,(移动应用部分)的同一平面内互联。通过采用一致的移动性管理和协议,可以实现单一终端的全球自动漫游(非人工)和切换(一般不支持通话过程中卫星网向地面网的切换)。 在这种方式中,卫星段和地面段由于具有不同的特点,一般采用不同的无线电接口,这样终端一般还是双模,但网络基础设施(MSC,SMSC 及 BS)可有很大程度的一致性,设备类似,功能模块可以复用,从而可以大幅降低成本(移动网中网络基础设施投资比重很大)。综合网络与其他网络的互通,仍可参照 ITU-RM.1167 建议中关于网间互联的 B 类和 C 类接口。 2.3 基于智能多模式终端的综合方案 对于远期设计的系统,可以在网络综合的基础上,尽可能实现更高层次的综合(设备综合或系统综合),实现的关键在于研制智能多模式终端,具体目标为尽量实现终端中基带模式乃至射频模块的共用,要求该终端能够程控选择信源编解码方式、信道编解码方式、分组长度和格式、调制解调方式、多址类型、射频单元参数、分集和均衡的方式等等。具体的实现将受到无线接口的进税和硬件技术(包括芯片技术和软件无线电技术)的制约,因此应是一个渐进的过程。最终希望达到的目标是无论对卫星段还是地面段,用一个智能的多模式终端就可实现全球漫游和通信。 在这种综合方式中,基本可以达到 ITU-R 中描述的技术综合甚至系统综合的层次,这时不仅是两个网段的网络基础设施,包括终端在内的大部分设施都将有全球统一的标准可循,具有全球市场的通信产业带来的是力量集中的研究开发,标准功能模块的集成化、芯片化,标准部件的全球大规模生产以至标准化的产品,标准化的产品意味着先进的技术和低廉的价格,从更高的角度来看,必将会大大推动整个通信产业的迅速发展。

尚需进一步研究的关键技术

要具体实现这些结合方案,有许多关键技术亟待研究和解决,大致可以分为以下几个方面: (1)对总体结构的设计和构想,包括星座方案、覆盖分析、业务分析、多址方式等; (2)呼叫处理过程和路由技术; (3)全网的信令和通信协议; (4)网络接口; (5)终端定位过程及移动管理;仰信道分析、编码、调制、均衡; (7)两系统切换处理等。

4 结束语 由于各个方面的原因,至 1999 年,中国的电信技术和产业与发达国家还存在很大的差距, IMT-2000 的提出为我国电信产业的腾飞和电信技术的发展提供了跨世纪的机遇和挑战,积极地参与和进行此方面的研究将有助于我国缩小与发达国家的差距,保证民族产业在第三代移动通信的巨大市场中占有一席之地。从世界政治、军事局势来看,研制并展开一个覆盖全球的中(低)轨道卫星移动通信系统已成为当务之急,对综合的卫星/地面移动通信系统的研究也迫在眉睫,我们一定要抓住机遇,积极研究,明确我国的发展方向,提出一些符合国际电联文本要求的、有中国特色的标准建议,反映我国的通信要求,维护我国的利益。

通信原理

总述

移动通信是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人,也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。

组成

移动通信系统由两部分组成:(1) 空间系统;(2)地面系统:①卫星移动无线电台和天线;②关口站、基站。

发展历程

移动通信系统从 20 世纪 80 年代诞生以来,到 2020 年将大体经过 5 代的发展历程,而且到 2010 年,将从第 3 代过渡到第 4 代(4G)。到 4G,除蜂窝电话系统外,宽带无线接入系统、毫米波 LAN、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外,系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题,有的系统将侧重提供高数据速率,有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。从用户角度看,可以使用的接入技术包括:蜂窝移动无线系统,如 3G;无绳系统,如 DECT;近距离通信系统,如蓝牙和 DECT 数据系统;无线局域网(WLAN)系统;固定无线接入或无线本地环系统;卫星系统;广播系统,如 DAB 和 DVB-T;ADSL 和 Cable Modem。

分类

移动通信的种类繁多。按使用要求和工作场合不同可以分为:(1)集群移动通信,也称大区制移动通信。它的特点是只有一个基站,天线高度为几十米至百余米,覆盖半径为 30 公里,发射机功率可高达 200 瓦。用户数约为几十至几百,可以是车载台,也可是以手持台。它们可以与基站通信,也可通过基站与其它移动台及市话用户通信,基站与市站有线网连接。(2)蜂窝移动通信,也称小区制移动通信。它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区,每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动交换中心相互联系,并与市话局连接。利用超短波电波传播距离有限的特点,离开一定距离的小区可以重复使用频率,使频率资源可以充分利用。每个小区的用户在 1000 以上,全部覆盖区最终的容量可达 100 万用户。(3)卫星移动通信。利用卫星转发信号也可实现移动通信,对于车载移动通信可采用赤道固定卫星,而对手持终端,采用中低轨道的多颗星座卫星较为有利。(4)无绳电话。对于室内外慢速移动的手持终端的通信,则采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话机。它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信。使用模拟识别信号的移动通信,称为模拟移动通信。为了解决容量增加,提高通信质量和增加服务功能,都使用数字识别信号,即数字移动通信。在制式上则有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种。前者在全世界有欧洲的 GSM 系统(全球移动通信系统)、北美的双模制式标准 IS 一 54 和日本的 JDC 标准。对于码分多址,则有美国 Qualcomnn 公司研制的 IS-95 标准的系统。总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信。而移动通信将向个人通信发展。进入 21 世纪则成为全球信息高速公路的重要组成部分。移动通信将有更为辉煌的未来。

SMS 概念

GSM 中唯一不要求建立端-端业务路径的业务就是短消息,即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。短消息通信仅限于一个消息,换言之,一个消息的传输就构成了一次通信。因此,业务是非对称的,一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻碍实时对话,但系统认为不同的消息彼此独立,消息的传输总是由处于 GSM 外部的短消息服务中心(SMSC)进行中继,消息有目的地或起源地,但只与用户和 SMSC 有关,而与其他 GSM 基础设施无关短消息的体系结构 GSM 标准中定义的点-点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为 SMS- GMSC 的特定 MSC 同 GSM 网络联系的。有个图在这里,呵呵,不贴了,大家自己画画 SME:Short Messaging Entity,短消息实体。它可以接收或改善短消息,位于固话系统、移动基站或其他服务中心内; SMSC:Short Message Service Center,短消息服务中心,负责在基站和 SME 间中继、储存或转发短消息;移动(ME)到 SMSC 的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息,协议名为 SMT(Short Message Transmission Protocol); SMCGWMS 或 SMCGMSC:SMS-Gateway MSC,SMS 网关。接收由 SMSC 发送的短消息,向 HLR 查询路由信息,并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心;

HLR:Home Location Register,归属位置寄存器。用于永久储存管理用户和服务记录的数据库,由 SMSC 产生。SMS 网关与 HLR 之间的协议使前者可以要求 HLR 搜索可找到的用户地址。它与 MSC 与 HLR 之间的协议一起,能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以提示。

MSC:Mobile Switching Center,移动交换中心。负责系统切换管理并控制来自或发向其他电话或数据系统的拔叫。

VLR:Visitor Location Register:,访问位置寄存器。含有用户临时信息的数据库。交换中心服务访问用户时需要这些信息。

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