移動通信系統

蜂窩系統是覆蓋範圍最廣的陸地公用移動通信系統。在蜂窩系統中，覆蓋區域一般被劃分為類似蜂窩的多個小區。每個小區內設置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉發服務。移動用戶之間以及移動用戶和非移動用戶之間的通信均需通過基站進行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換機構成的骨幹交換網路。蜂窩系統是一種有連接網路，一旦一個通道被分配給某個用戶，通常此通道可一直被此用戶使用。蜂窩系統一般用於語音通信。

集群系統與蜂窩系統類似，也是一種有連接的網路，一般屬於專用網路，規模不大，主要為移動用戶提供語音通信。

衛星通信系統的通信範圍最廣，可以為全球每個角落的用戶提供通信服務。在此系統中，衛星起著與基站類似的功能。衛星通信系統按衛星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛星通信系統存在成本高、傳輸延時大、傳輸帶寬有限等不足。

上述移動通信系統都需要有線網路通信基礎設施的支持，如基站、交換機、衛星等。這些設施的建立和運轉需要大量的人力和物力，因此成本比較高，同時建設的周期也長。Ad Hoc網路不需要基站的支持，由主機自己組網，因此，網路建立的成本低，同時時間短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。上述通信系統中，移動終端之間並不直接通信，並且移動終端只具備收發功能，不具備轉發功能。而AdHoc網路由移動主機構成，移動主機之間可以直接通信，而移動主機不僅收發數據，同時還轉發數據。此外移動通信系統主要為用戶提供語音通信功能，通常採用電路交換，拓撲結構比較穩定。而Ad Hoc網路使用分組轉發技術，主要為用戶提供數據通信服務，拓撲結構易於變化。

Ad　Hoc網路是一種沒有有線基礎設施支持的移動網路，網路中的節點均由移動主機構成。Ad Hoc網路最初應用于軍事領域，它的研究起源於戰場環境下分組無線網數據通信項目，該項目由DARPA資助，其後，又在1983年和1994年進行了抗毀可適應網路SURAN（Survivable Adaptive Network）和全球移動信息系統GloMo（Global Information System）項目的研究。由於無線通信和終端技術的不斷發展，AdHoc網路在民用環境下也得到了發展，如需要在沒有有線基礎設施的地區進行臨時通信時，可以很方便地通過搭建AdHoc網路實現。

在Ad　Hoc網路中，當兩個移動主機（如圖1中的主機A和B）在彼此的通信覆蓋範圍內時，它們可以直接通信。但是由於移動主機的通信覆蓋範圍有限，如果兩個相距較遠的主機（如圖1中的主機A和C）要進行通信，則需要通過它們之間的移動主機B的轉發才能實現。因此在AdHoc網路中，主機同時還是路由器，擔負著尋找路由和轉發報文的工作。在AdHoc網路中，每個主機的通信範圍有限，因此路由一般都由多條組成，數據通過多個主機的轉發才能到達目的地。故AdHoc網路也被稱為多跳無線網路。其結構如圖2所示。

AdHoc網路可以看作是移動通信和計算機網路的交叉。在AdHoc網路中，使用計算機網路的分組交換機制，而不是電路交換機制。通信的主機一般是攜帶型計算機、個人數字助理（PDA）等移動終端設備。AdHoc網路不同於網際網路環境中的移動IP網路。在移動IP網路中，移動主機可以通過固定有線網路、無線鏈路和撥號線路等方式接入網路，而在AdHoc網路中只存在無線鏈路一種連接方式。在移動IP網路中，移動主機通過相鄰的基站等有線設施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之間均為有線網路，仍然使用網際網路的傳統路由協議。而AdHoc網路沒有這些設施的支持。此外，在移動IP網路中移動主機不具備路由功能，只是一個普通的通信終端。當移動主機從一個區移動到另一個區時並不改變網路拓撲結構，而AdHoc網路中移動主機的移動將會導致拓撲結構的改變。

分組無線網是一種利用無線通道進行分組交換的通信網路，即網路中傳送的信息要以“分組”或者稱“信包”為基本單元。

分組是由若干比特組成的信息段。通常包含“包頭”和“正文”兩部分。包頭中含有該分組的源地址、宿地址和有關路由等信息等。正文是真正需要傳送的信息。

適用特點：分組無線網特別適用於實時性要求不嚴和短消息比較多的數據通信。

網路結構：星形結構分散式結構

這種傳播媒質允許通信中的用戶可以在一定範圍內自由活動，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般要受到諸多因素的影響。

移動通信的運行環境十分複雜，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發生彌散消耗，並且會受到地形、地物的遮蔽而發生“陰影效應”，而且信號經過多點反射，會從多條路徑到達接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達時間都不一樣，它們互相疊加會產生電平衰落和時延擴展。

移動通信常常在快速移動中進行，這不僅會引起多普勒頻移，產生隨機調頻，而且會使得電波傳輸特性發生快速的隨機起伏，嚴重影響通信質量。故移動通信系統須根據移動通道的特徵，進行合理的設計。

移動通信系統是採用多通道共用技術，在一個無線小區內，同時通信者會有成百上千，基站會有多部收發信機同時在同一地點工作，會產生許多干擾信號，還有各種工業干擾和人為干擾。歸納起來有通道干擾、互調干擾、鄰道干擾、多址干擾等，以及近基站強信號會壓制遠基站弱信號，這種現象稱為“遠近效應”。在移動通信中，將採用多種抗干擾、抗衰落技術措施以減少這些干擾信號的影響。

移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，但不斷地擴大移動通信系統的通信容量，始終是移動通信發展中的焦點。要解決這一難題，一方面要開闢和啟動新的頻段，另一方面要研究發展新技術和新措施，提高頻譜利用率。因此，有限頻譜合理分配和嚴格管理是有效利用頻譜資源的前提，這是國際上和各國頻譜管理機構和組織的重要職責。

根據通信地區的不同需要，移動通信網路結構多種多樣，為此，移動通信網路必須具備很強的管理和控制能力，如用戶登記和定位，通信（呼叫）鏈路的建立和拆除，通道分配和管理，通信計費、鑒權、安全和保密管理以及用戶過境切換和漫遊控制等。

移動通信設備要求體積小、重量輕、省電、攜帶方便、操作簡單、可靠耐用和維護方便，還應保證在振動、衝擊、高低溫環境變化等惡劣條件下能夠正常工作。

衛星移動通信系統SIMT-2000結合方案的研究摘要：本文對衛星移動通信系統與IMT－2000的結合進行了探討和研究，提出了三個層次的結合方案，列出了亟待解決的關鍵技術。關鍵詞：IMT－2000衛星移動通信第三代移動通信系統

第三代移動通信系統（IMT－2000）是國際電信聯盟（ITU）提出的工作在2GHz頻段的、預期在2002年左右投入商用的系統。從1996年開始，各國對IMT－2000的研究逐漸進入實質階段，並已投入大量的人力、物力進行研究和開發，我國對IMT－2000也進行了深入的研究，並在“九五”後期課題中安排了重大課題對此專門進行研究和開發。衛星移動通信系統作為第三代移動通信系統的重要組成部分，其地位和作用已無庸置疑。因此IMT－2000明確規定了要支持衛星通信環境，並聲明它是一個綜合的衛星/地面通信網路，可以共同協作滿足全球範圍內不同用戶密度地域的廣泛業務需求，在所提供的業務上也相互補充，並且實現起來更經濟。在一個綜合網路中，衛星移動通信系統的特有優勢在於：（1）可以實現全球完整、連續的覆蓋。（2）可以作為地面蜂窩網業務覆蓋區域的擴展。（3）固有的動態通道分配技術可以解決突發的呼叫擁塞問題。（4）固有的抗毀性可以在地震洪水等特殊場合起到不可取代的應急通信作用。（5）系統的建立對於軍民結合、平戰結合、滿足軍事通信特殊需要等具有戰略意義。所以，對衛星移動通信系統如何與IMT－2000中的地面通信部分相結合進行研究，以及儘快制定綜合的衛星/地面移動通信系統的有關框架和標準顯得十分必要。

從發展來看，IMT－2000已經改變了原有的“一統”概念，而注意到以各地區的現有第二代系統網路基礎為參考制定比較現實的過渡方法。從市場方面看，第二代移動通信系統可以滿足移動用戶話音和中、低速數據業務的需求，第三代移動通信系統的發展，其顯著標志為高速率，支持廣泛的業務（大部分應是目前尚未定義的），它的運營市場，至少在建成初期應集中在高速多媒體業務和分組數據業務，與第二代移動通信系統互相補充而非立即取代。可見從第二代移動通信系統向IMT－2000的過渡應是一個長期共存、不斷演進的過程。考慮到這些因素，對於衛星移動通信系統和IMT－2000的結合，也應是一個分階段、分層次的長期過程。ITU－R關於地面和衛星移動通信系統的綜合建議M.1182中對綜合的衛星/地面移動通信系統定義了五個層次的綜合，分別為：地理綜合、業務綜合、網路綜合、設備綜合和系統綜合。ITU－R關於IMT－2000中衛星部分的框架結構建議M.1167中，針對不同層次、階段的綜合情況，定義了三種具體的綜合網路結構，分別為：（1）衛星段自成系統的結構；（2）綜合的IMT－2000網路結構；（3）衛星段作為地面固定網（有線網和蜂窩網）的延伸。因此，對於綜合的衛星/地面移動通信系統，總體思路應該是以IMT－2000建議為藍本，立足已有系統，著眼即將建設系統，設計和構思新一代系統，制定全面、發展、經濟可行的技術方案。針對我國國情，具體來看，對於一個綜合的衛星/地面移動通信系統，可以分為以下三個階段或層次來進行：2.1衛星網相對獨立的技術方案對於現存的靜止軌道衛星通信系統，可以採用衛星網相對獨立的思路，衛星網從所用頻段、系統結構、多址方式、無線電介面、終端類型乃至提供業務都可與地面網不同，對於這種自成系統的衛星網與地面網路的互聯可以採取兩種方式。在第一種方式中，衛星網通過關口站和地面PSTN互聯，再通過這個遍布全球但能力有限的電話網路與其它網路互聯。在第二種方式中，衛星網路通過一個或多個關口站接入公共的數字骨幹網路，經過不同類型的介面，與地面PSTN、非IMT－2000地面移動通信網及其它IMT－2000網路互聯，兩種方式層次上均為地理綜合。第一種方式中，只需在衛星網側研製必要的設備，建設最為簡單，但由於受到PSTN網的限制，綜合網路所能承載的公共業務非常有限，只包括話音和低速數據（話帶數據方式）。在第二種方式中，首先要定義明確的網路間介面，ITU－R有關建議中定義了衛星網與其它IMT－2000網路或非IMT－2000網路的A、B、C三種類型的介面。由於採用了公共的數字骨幹網路，綜合網路的業務能力和可擴展性能都較第一種方式強，更值得研究和探討。兩種方式中，由於衛星網段相對獨立，因而無法進行任何設備或功能模塊（包括網路基礎設施和終端設備）的共用，用戶可使用雙模終端通過人工登記的方式實現漫遊。2.2基於網路綜合的方案對於設計的系統（MEO、LEO），可以採用網路綜合的思路，實現的關鍵在於將衛星段的衛星移動交換中心（SMSC）與地面段（蜂窩網）的移動交換中心互聯，衛星系統的固定站鏈路具有全波束，移動終端鏈路採用點波束。MSC（移動交換中心）負責提供移動網的交換功能，為非網內呼叫建立鏈路以及與PSTN介面。田（基站）主要負責分配無線通道資源，並完成對無線鏈路控制及維護。VLR（訪問位置寄存器）存儲當前在本轄區內活動的移動終端的位置信息，是一個不斷更新的動態資料庫。HLR（歸屬位置寄存器）是用於移動用戶管理的資料庫，記錄用戶的呼叫路由和計費等信息。FES（固定地球站）控制相應的衛星點波束內的通信，在功能上相當於地面蜂窩系統的一個BS和MSC（在地面蜂窩中可能是一個MSC服務若干個BS）。為實現網間的漫遊和切換，必須保證FES和MSC在較高層次互聯，以GSM系統為例，FES與MSC應在GSM七號信令MAP，（移動應用部分）的同一平面內互聯。通過採用一致的移動性管理和協議，可以實現單一終端的全球自動漫遊（非人工）和切換（一般不支持通話過程中衛星網向地面網的切換）。在這種方式中，衛星段和地面段由於具有不同的特點，一般採用不同的無線電介面，這樣終端一般還是雙模，但網路基礎設施（MSC，SMSC及BS）可有很大程度的一致性，設備類似，功能模塊可以復用，從而可以大幅降低成本（移動網中網路基礎設施投資比重很大）。綜合網路與其他網路的互通，仍可參照ITU－RM.1167建議中關於網間互聯的B類和C類介面。2.3基於智能多模式終端的綜合方案對於遠期設計的系統，可以在網路綜合的基礎上，儘可能實現更高層次的綜合（設備綜合或系統綜合），實現的關鍵在於研製智能多模式終端，具體目標為盡量實現終端中基帶模式乃至射頻模塊的共用，要求該終端能夠程式控制選擇信源編解碼方式、通道編解碼方式、分組長度和格式、調製解調方式、多址類型、射頻單元參數、分集和均衡的方式等等。具體的實現將受到無線介面的進稅和硬體技術（包括晶元技術和軟體無線電技術）的制約，因此應是一個漸進的過程。最終希望達到的目標是無論對衛星段還是地面段，用一個智能的多模式終端就可實現全球漫遊和通信。在這種綜合方式中，基本可以達到ITU－R中描述的技術綜合甚至系統綜合的層次，這時不僅是兩個網段的網路基礎設施，包括終端在內的大部分設施都將有全球統一的標準可循，具有全球市場的通信產業帶來的是力量集中的研究開發，標準功能模塊的集成化、晶元化，標準部件的全球大規模生產以至標準化的產品，標準化的產品意味著先進的技術和低廉的價格，從更高的角度來看，必將會大大推動整個通信產業的迅速發展。

要具體實現這些結合方案，有許多關鍵技術亟待研究和解決，大致可以分為以下幾個方面：（1）對總體結構的設計和構想，包括星座方案、覆蓋分析、業務分析、多址方式等；（2）呼叫處理過程和路由技術；（3）全網的信令和通信協議；（4）網路介面；（5）終端定位過程及移動管理；仰通道分析、編碼、調製、均衡；（7）兩系統切換處理等。4結束語由於各個方面的原因，目前我國的電信技術和產業與發達國家還存在很大的差距，IMT－2000的提出為我國電信產業的騰飛和電信技術的發展提供了跨世紀的機遇和挑戰，積極地參與和進行此方面的研究將有助於我國縮小與發達國家的差距，保證民族產業在第三代移動通信的巨大市場中佔有一席之地。從世界政治、軍事局勢來看，研製並展開一個覆蓋全球的中（低）軌道衛星移動通信系統已成為當務之急，對綜合的衛星/地面移動通信系統的研究也迫在眉睫，我們一定要抓住機遇，積極研究，明確我國的發展方向，提出一些符合國際電聯文本要求的、有中國特色的標準建議，反映我國的通信要求，維護我國的利益。

移動通信是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機等在移動狀態中的物體。

移動通信系統由兩部分組成：(1)空間系統；(2)地面系統：①衛星移動無線電台和天線；②關口站、基站。

移動通信系統從20世紀80年代誕生以來，到2020年將大體經過5代的發展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代(4G)。到4G除蜂窩電話系統外，寬頻無線接入系統、毫米波LAN、智能傳輸系統(ITS)和同溫層平台(HAPS)系統將投入使用。未來幾代移動通信系統最明顯的趨勢是要求高數據速率、高機動性和無縫隙漫遊。實現這些要求在技術上將面臨更大的挑戰。此外，系統性能(如蜂窩規模和傳輸速率)在很大程度上將取決於頻率的高低。考慮到這些技術問題，有的系統將側重提供高數據速率，有的系統將側重增強機動性或擴大覆蓋範圍。從用戶角度看，可以使用的接入技術包括：蜂窩移動無線系統，如3G；無繩系統，如DECT；近距離通信系統，如藍牙和DECT數據系統；無線區域網(WLAN)系統；固定無線接入或無線本地化系統；衛星系統；廣播系統，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

移動通信的種類繁多。按使用要求和工作場合不同可以分為：(1)集群移動通信，也稱大區制移動通信。它的特點是只有一個基站，天線高度為幾十米至百餘米，覆蓋半徑為30公里，發射機功率可高達200瓦。用戶數約為幾十至幾百，可以是車載台，也可是以手持台。它們可以與基站通信，也可通過基站與其它移動台及市話用戶通信，基站與市站有線網連接。(2)蜂窩移動通信，也稱小區制移動通信。它的特點是把整個大範圍的服務區劃分成許多小區，每個小區設置一個基站，負責本小區各個移動台的聯絡與控制，各個基站通過移動交換中心相互聯繫，並與市話局連接。利用超短波電波傳播距離有限的特點，離開一定距離的小區可以重複使用頻率，使頻率資源可以充分利用。每個小區的用戶在1000以上，全部覆蓋區最終的容量可達100萬用戶。(3)衛星移動通信。利用衛星轉發信號也可實現移動通信，對於車載移動通信可採用赤道固定衛星，而對手持終端，採用中低軌道的多顆星座衛星較為有利。(4)無繩電話。對於室內外慢速移動的手持終端的通信，則採用小功率、通信距離近的、輕便的無繩電話機。它們可以經過通信點與市話用戶進行單向或雙方向的通信。使用模擬識別信號的移動通信，稱為模擬移動通信。為了解決容量增加，提高通信質量和增加服務功能，都使用數字識別信號，即數字移動通信。在制式上則有時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種。前者在全世界有歐洲的GSM系統(全球移動通信系統)、北美的雙模製式標準IS一54和日本的JDC標準。對於碼分多址，則有美國Qualcomnn公司研製的IS-95標準的系統。總的趨勢是數字移動通信將取代模擬移動通信。而移動通信將向個人通信發展。進入21世紀則成為全球信息高速公路的重要組成部分。移動通信將有更為輝煌的未來。

GSM中唯一不要求建立端-端業務路徑的業務就是短消息，即使移動台已處於完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。短消息通信僅限於一個消息，換言之，一個消息的傳輸就構成了一次通信。因此，業務是非對稱的，一般認為移動起始短消息傳輸與移動終結短報文傳輸是兩回事。這並不阻礙實時對話，但系統認為不同的消息彼此獨立，消息的傳輸總是由處於GSM外部的短消息服務中心（SMSC）進行中繼，消息有目的地或起源地，但只與用戶和SMSC有關，而與其他GSM基礎設施無關短消息的體系結構GSM標準中定義的點-點短消息服務使得短消息能在移動台和短消息服務中心之間傳遞。這些服務中心是通過稱為SMS-GMSC的特定MSC同GSM網路聯繫的。有個圖在這裡，呵呵，不貼了，大家自己畫畫SME：ShortMessagingEntity，短消息實體。它可以接收或改善短消息，位於固話系統、移動基站或其他服務中心內；SMSC：ShortMessageServiceCenter，短消息服務中心，負責在基站和SME間中繼、儲存或轉發短消息；移動（ME）到SMSC的協議能傳輸來自移動台或朝向移動台的短消息，協議名為SMT（ShortMessageTransmissionProtocol）；SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-GatewayMSC，SMS網關。接收由SMSC發送的短消息，向HLR查詢路由信息，並將短消息傳送給接收者所在基站的交換中心。

HLR：HomeLocationRegister，歸屬位置寄存器。用於永久儲存管理用戶和服務記錄的資料庫，由SMSC產生。SMS網關與HLR之間的協議使前者可以要求HLR搜索可找到的用戶地址。它與MSC與HLR之間的協議一起，能在移動台因超出覆蓋區而丟失報文、隨後又可找到時加以提示。

MSC：MobileSwitchingCenter，移動交換中心。負責系統切換管理並控制來自或發向其他電話或數據系統的拔叫。

VLR：VisitorLocationRegister:，訪問位置寄存器。含有用戶臨時信息的資料庫。交換中心服務訪問用戶時需要這些信息。

·移動起始短消息：Mobile Originated Short Message。

一個GSM用戶發送短消息時，他必須至少在其內容中包含最終地址的識別符，和處理這消息的服務中心號碼，然後請求傳遞短消息的傳輸要求在移動台和MSC之間建立信令連接。消息本身的傳遞要求在無線路徑上建立專用的鏈路層鏈接，並要求採用專用的消息傳遞協議。在規定的協議棧的頂部是所謂的傳輸層協議，在移動起始短消息情形下，它是一條單獨的報文，即SMTP（不是TCP/IP的SMTP）短消息傳送報文，低層處理應答的傳送，它只指出SMSC已收到報文。·移動終接短消息：Mobile Terminated Short Message。目的地為GSM用戶的短消息必須首先先從發送方路由至短消息服務中心，然後再被路由至實際地址。當SMSC有短消息需發送到期某一GSM用戶時，它建立一包含各種利於接收者的信息的SMS-DELIVER報文。此信息包括用戶的內容，最初的發送者身份及用於批示短消息已SMSC接收的時間標記。與MO情形相似，SMS-DELIVER報文將在各種介面上傳送。在達到目的地前，報文的實際路由必須利用MAP/C查詢功能獲得，採用的是如下方法：SMSC將短消息傳到與服務中心相連的SMS網關，網關的選擇依賴於它想到在的用戶，因為通常網關僅能處理某些用戶（某家營運商或某個國家的用戶）。這樣，用戶通過目錄號（一般同電話一樣）來識別，這些目錄號最初是由短消息發送者輸入的，這使得SMS網關能識別有關的HLR並查詢它。查詢是通過發送一個專用報文，即用於短消息的MAP/CSENDROUTINGINFOR報文來實現；又可當已知用戶此時不可到達時採用拒絕報文。SMS由幾個與提交或接收相關的服務要素組成，如：有效期（在將短消息成功送達用戶前SMSC需要保證的儲存時間）優先性。此外，短消息還提供提交消息的時間、告訴移動台是否還有更多消息要發送，以及還有多少條消息要發送等。短消息不可到達短消息不可到達的情況有三種：

·當被SMS網關查詢時，移動台不在服務區域、未獲得服務授權、或有未成功發送報文正等待告警，HLR就會立即知道不能發送；·第二種情形是，MSC/VLR已收到報文但不能傳送的情況。此時，它先向SMS網關發送一故障指示，作為MAP/HFORWARDSHORTMESSAGE報文的應答；然後，網關一方面會向SMSC發送否定報告，另一方面向HLR發送MAP/CSETMESSAGEWAITINGDATA報文，在收到報文確認後進行表格更新。該事件會儲存在VLR和HLR內的用戶記錄中；第三種情況是MSC/VLR向用戶發送有效報文後發現不可送達。SMS程式開發九十年代初，AT命令僅被用於modem操作。由於沒有控制行動電話文本消息的先例，因此開發了一種叫SMSBlockMode的協議，通過終端設備（TE）或電腦來完全控制SMS。幾年後，主要的行動電話生產廠商諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP共同為GSM研製了一整套AT命令，其中包含對SMS的控制。AT命令在此基礎上演化並被加入GSM07.05標準，以及之後的GSM07.07標準。