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第一章移动通信概述移动通信,第一章
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[精]第一章移动通信概述
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3秒自动关闭窗口2015年一建《通信与广电》学习资料：移动通信特点和网络构成_中大网校
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2015年一建《通信与广电》学习资料：移动通信特点和网络构成
发表时间：日13:55 来源：中大网校
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一、移动通信特点
移动通信是指通信双方或至少一方在移动中进行信息交换的通信方式。移动通信是有线通信网的延伸，它由无线和有线两部分组成。
移动通信是有线和无线相结合的通信方式;无线电波传播存在严重的多径衰落;具有在互调、邻频、同频干扰条件下工作的能力;具有多普勒效应;终端用户的移动性。
二、移动通信网络构成
(一)2G移动通信系统的网络构成
2G移动通信系统主要由移动交换子系统(NSS)、操作维护子系统(OSS)、基站子系统(BSS) 和移动台(MS)
四大部分组成。
1. 移动交换子系统NSS
移动交换子系统NSS主要完成话务的交换功能，同时管理用户数据和移动性所需的数据库。NSS子系统的主要作用是管理移动用户之间的通信和移动用户与其他通信网用户之间的通信。
2. 操作维护子系统OSS
操作维护子系统对整个网络进行管理和监控。通过它实现对网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。
3. 基站子系统BSS
BSS子系统可以分为通过无线接口与移动台相连的基站收发信台(BTS)
以及与移动交换中心相连的基站控制器(BSC)两个部分。BTS负责无线传输，BSC负责控制与管理。一个BSS系统由一个BSC与一个或多个BTS组成，一个BSC可以根据话务量需要控制多个BTS。
4. 移动台MS
MS是移动用户设备，它由移动终端和客户识别卡(SIM卡)组成。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插人SIM卡后移动终端才能接人进网。
(二)3G移动通信系统的网络构成和工作模式
1. 3G移动通信系统的网络构成
3G移动通信系统主要由用户设备(UE)、无线接入网(U T R A N
)和核心网(CORENetwork)三部分组成。UTRAN由NodeB和RNC构成;核心网由P S和C S组成。其中的主要接口有U u接口、Iu b接口、Iu
C S、IuP S接口。
(1) 用户设备(UE) 它通过U
u接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能。UE包括两部分：ME (The Mobile Equipment)
提供应用和服务，USIM (The UMTS Subscriber Module)提供用户身份识别。
(2) 无线接入网(UTRAN) 包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB，Node B
和RNC通过Iu b接口互联. 在UTRAN内，不同的RNS通过Iur接口互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。
(3) 核心网(CORE Network) 它位于网络子系统内，由PS和CS组成，核心网的主要作用是把A
口上来的呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。
2. 3G移动通信系统的工作模式
3G移动通信系统主要有两种工作模式，即频分数字双工(FDD) 模式和时分数字双工(TDD
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移动的代价:无线通信有线化
2014年2期目录
&&&&&&本期共收录文章15篇
　　摘要： 采用无线覆盖的距离来定义用户的移动性，并以香农信息论为基础，提出了无线通信的移动性代价模型。移动性代价模型的主要意义在于：揭示了移动距离、通信容量和资源代价之间的转换关系。按照这个模型，可以得出3个主要结论：无线资源的消耗与距离有关，应当建立合理的通信计费机制；系统容量与覆盖距离可以相互转化，从而改变系统容量对频谱资源的依赖关系；以短覆盖距离为特征的无线通信有线化将成为提高系统容量的主要方向。 中国论文网 /8/view-5986140.htm　　关键词： 移动性；频率资源；信道容量；代价函数 　　目前，5G移动通信系统的研究已初见端倪，相应的频谱需求预测研究也同时展开。这一轮新的频谱诉求，主要是针对即将召开的世界无线电大会（WRC15）。设备制造商和系统运营商分别从各自不同的角度对未来频谱需求进行研究判断，希望能够在WRC15上为未来的5G系统争取更大的频谱空间。比较集中的看法是：到2020年左右，移动通信系统需要新增带宽1～2 GHz。 　　在19世纪末和20世纪初的马可尼时代，无线电成为可用的远距离通信技术，早期的频谱使用并不是问题。实际上，对于频谱资源的争夺是近10多年来的事情，并且还伴随着移动通信系统的广泛使用而变得愈演愈烈。 　　作为移动通信系统的用户，真正需要的是终端和系统所传输的信息容量，而并不直接关心所占用的频谱带宽。所以，对用户和系统运营商而言，频谱需求是现象，容量需求才是本质。 　　电子器件和终端设备的技术进步、功能提升和价格下降，参与无线通信的人群持续增加、无线网络提供的业务更加丰富，都是频谱需求愈演愈烈的推动因素。到目前为止，摩尔定律一直有效，半导体工艺水平何时进入发展的平坦区尚不得而知。即便摩尔定律不再有效，器件和设备的制造成本还会下降。所以，流量需求的持续增加应该是常态。 　　频率的自然属性，决定了适用于移动通信的频谱供应不可避免地将要进入平坦区。需求持续增长，供应却趋于饱和，其差距的增长就必然地不可避免。通过改进无线传输技术而提高频谱的使用效率，在一定程度上可以弥补这一差距，但按照香农信息理论能够提供的新增容量毕竟有限。所以，必须认识和揭示其中趋势性的基本规律，以求改变依赖频谱的容量增长方式。 　　无线通信与有线通信都是传输信息的有效方式。其最大的不同之处在于，用户使用无线通信系统的地点没有传输线缆的约束，而且可以移动，从而获得最大程度的灵活性。然而，用户在获取无线通信灵活性便利的同时，需要为此付出相应的代价。因此，文章从无线通信与有线通信的特征分析入手，提出移动性代价模型，从代价的角度分析移动性与传输容量之间的转换关系[1]。 　　1 无线信道与有线信道 　　无线信道与有线信道的共同属性，都是提供信息的传输通道。信道特征的差异完全来自于传输介质。有线通信的传输介质是线缆，通常采用玻璃纤维、金属材料等材质制作而成。无线信道的传输介质是自由空间，在非真空的环境下会受到大气、水汽和尘埃等因素的影响。与传输距离相比，这些因素的影响比较微弱，在后续的讨论中予以忽略。 　　有线信道传输容量大，信道状态稳定，路径损耗低。无线信道传输相对容量较低，信道状态受环境的影响很大，路径损耗低大。所以，信道的差异是无线通信与有线通信差异的根源，见表1。 　　无线信道除了具有反射、散射、绕射、多经叠加和时变等特性外，与传输距离相关的路径损耗是影响信道容量的主要因素。在自由空间的大尺度衰落下，传播路径损耗为 　　2 移动性代价模型 　　无线信道的核心价值在于提供通信的灵活性，以移动性表征。在获取灵活性的同时，需要付出相应的代价。合理使用与设计通信系统，移动性代价是一个应当考虑的重要因素。这些代价体现在信道带宽、通信容量、能量能耗、能量效率等一些因素中。 　　根据第1节中的分析，无线通信最基本的特点是其移动性以及为此必须付出的相应代价。香农第二定理给出了信道容量、信道带宽、发送功率和通信距离之间的关系。作为系统资源，信道带宽与发送功率终归是有限的，所以香农公式实际上已经给出了信道容量与通信距离之间的互换关系。 　　如果把频谱功率等系统资源概括抽象为代价，就得到了描述移动性、容量和代价三者之间的关系。这些分析就是移动性代价概念的来源和模型的基础[2]。 　　如果把接收机信噪比用发送功率、传输距离等参数表示，香农第二定理可以表达为， 　　式中W为信道带宽，Pt为发送功率，gout为天线增益，ηPA为功放效率，N0为噪声谱密度，r为传输距离，α为路径衰减因子。 　　3 无线资源的合理使用 　　移动通信运营商对移动用户的数据通信计费，目前通常采用基于通信流量的计费制度。从图3可以看出，流量计费制度对有线通信没有问题，因为有线通信对传输距离不是很敏感。但是，这种计费方法对无线通信则很不合适。按照代价模型，同样的传输速率下，不同传输距离下传输代价的差距非常大。 　　在移动通信广泛使用的早期，频谱资源供需矛盾还不是很突出的情况下，以流量为主导的计费方式因为简单易行尚可以接受。但是，参与通信的人群越多，通信流量越大，通信资源稀缺的矛盾就越突出。在这种情况下，单纯的流量计费机制就过于粗放。 　　因而，出于代价因素的频谱资源精细化使用就必将成为趋势。从移动距离的角度看，以公路铁路为代表的交通运输系统按照运输距离收费，与无线通信的移动性代价是相同的原理。按通信的本来价值收费，更重要的意义在于引导正确消费，避免稀缺资源的滥用[3]。 　　表2给出了在不同覆盖距离下，无线通信速率与发送功率之间的一些关系。 　　从表2中看出，大尺度覆盖环境，高速率使用需要付出巨大的功率代价。大尺度覆盖与小尺度覆盖合理分工，在速率使用上相互补充。据此，一个典型的覆盖原则是，在广域的蜂窝覆盖环境下主要应满足语音及低速数据应用需求；而2 Mbit/s以上的高速数据业务主要应通过热点覆盖和局域无线接入来实现。根据系统代价制订的计费机制，应当能够反映出来对用户使用无线资源的新导向。
　　4 无线通信有线化 　　无线流量需求将继续保持持续增长，这是因为随着器件和设备的进步、价格降低，参与通信活动的人群和通信量会持续增加。从系统侧看，适用于移动通信的频段是有限的，即便全部提供给运营商使用，频谱供应的持续增加也不可能维持下去。如果不改变频谱使用的思路，无线通信频谱供应与需求之间的缺口将愈来愈大，如图7所示。 　　受自然属性的约束，可用频段增量有限，频谱供应最终将趋于常数。因此，频谱带宽必将成为一个稳定的常数，移动性代价模型同样可以描述系统容量与频谱的关系，可以看成是模型中的代价。按照移动性代价模型，影响系统容量的可变因素就转化为通信距离。根据式（5），可以通过缩短通信距离来换取系统容量。 　　无线覆盖半径越小，移动用户就越接近有线网络。当可移动半径趋于零时，无线通信退化为有线通信。无线覆盖半径缩小的这样一种过程，我们称之为无线通信有线化，如图8所示。 　　无线通信缩小覆盖半径r来提高系统容量，实际上是利用了空间正交性的频率复用概念。有线通信通过增加缆线数量来提高系统容量，也是利用线缆在空间上的正交性。两者异曲同工，都可抽象为从正交空间获取容量的倍增，如图9所示。 　　缩小无线覆盖半径来换取系统容量的增加，主要约束将不再是电波传播的自然属性，而是网络架构、干扰控制等技术约束。从原则上讲，只要技术上能够做到，覆盖半径可以一直缩小下去，系统容量就可以一直提高。这就将自然属性的约束转换为技术约束了。技术进步是可以通过努力得到的，而自然属性是不可人为改变的。无线通信有线化的核心，是改变依赖频谱的容量增长方式。 　　5 结束语 　　无线信道特征决定了无线通信过程的灵活属性，这是无线通信相对于有线通信的核心价值所在。但是，无线系统通信需求为其灵活性特征付出巨大的代价，主要来源于无线信道的衰减特性。在无线通信系统应用的早期，参与通信的人群和对通信容量的要求都十分有限，无线资源的矛盾不甚突出。但是，随着各方面的技术进步，参与通信的人群和通信容量需求急剧增加，无线资源的供需矛盾变得十分突出，而且愈演愈烈。在这种情况下，对无线资源的精细化管理与使用已成为通信业界必然的发展趋势。 　　文章采用无线覆盖的距离来定义用户的移动性，以香农信息论为基础，提出了无线通信的移动性代价模型。移动性代价模型的主要意义在于，揭示了移动距离、通信容量和资源代价之间的转换关系。按照这个模型，我们可以得出以下3个主要的结论： 　　（1）无线资源的消耗与距离有关，应当建立合理的通信计费机制以遵循无线通信的自然规律以及价值规律。 　　（2）系统容量与覆盖距离可以相互转化，从而改变系统容量对频谱资源的依赖关系。 　　（3）在新频谱资源增长进入平坦区的情况下，以短覆盖距离为特征的无线通信有线化将成为提高系统容量的主要方向。 　　对于移动通信系统而言，可用的频段有限，频谱资源的约束是一种无法逾越的自然约束。根据移动性代价模型提出的无线通信有线化方向，将移动性转换为系统容量，所面临的主要是技术约束。技术约束是可以通过技术进步而获得一些重大的突破，与频谱资源的自然约束有着根本的不同。 　　当前，长期演进（LTE）已经全面进入商用阶段，LTE-A以及未来的5G能够提供更强的无线传输能力。但是必须指出的是，系统能够提供的传输能力与能力的使用不应当划等号。合理分配使用无线资源重要程度仅与资源使用者的人群数量有关，使用的人越多，合理性的就越重要。因此，尽管LTE及未来传输技术有能力为用户在广域的移动范围提供更高的传输速率，但并不意味着在这样的环境下使用高速的无线资源就是合理的。 　　所以，从无线通信技术的发展看，一方面可以继续沿着提高速率的方向增强传输能力，另一方面在系统的使用上应着力解决不同区域覆盖下的资源分配与网络融合，以适应不同用户的不同速率需求。
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编辑:义俏&
　　1、与有线通信相比移动通信的特点有：(1)终端用户具有移动性;(2)采用无线接入方式;(3)具有网间漫游和互通功能
　　2、简述移动通信系统中发信机的主要作用：是将所要传送的信号首先对载波信号进行调制，形成已调载波，已调载波信号经过变频成为射频载波信号送至功率放大器，放大后送至天馈线。
　　3、解决移动通信多址系统设计的主要问题：一是多路复用，也就是将一条通路变成多个物理信道;二是信道分配，即将单个用户分配到某一具体的信道上去。
　　4、简述小区制移动通信网络的结构:数字陆地移动通信网PLMN的结构包括：移动终端、基站子系统(BSS)和交换子系统(MSS)等部分。移动终端与BSS间通过标准的Um无线接口通信， BSS 与MSS间通过标准的A接口通信。
　　5、简述移动交换MSS 子系统的功能和作用：移动交换子系统MSS完成交换功能，同时管理用户数据和移动性所需的数据库。MSS子系统的主要作用是管理GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间的通信。
　　6、移动设备识别寄存器(EIR)中存有名单：白名单&存贮以分配给可参与运营的GSM各国的所有设备识别标识IMEI。黑名单&存贮所有应被禁止的设备识别标识IMEI。灰名单&存贮有故障的以及未经型号认证的设备识别标识IMEI，由网路运营者决定。
　　7、简述GSM 网络无线小区模型中的3/9 复用方式的主要特点：一是不需要改变现有网络结构;二是在原有的基站上通过改变复用方式就可提高容量;三是系统不需增加特殊功能;四是需要有足够的带宽宽度以保证跳频效果。
　　8、简述目前移动基站普遍采用的板状天线高增益的形成的主要途径：一个就是上述的采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵，半波振子越多，增益越大，能量也越集中于水平方向上;另一个途径就是利用反射板把辐射控制到单侧方向，将平面反射板放在阵列的一边够成扇形区覆盖天线。
　　9、无线天线俯仰角的计算公式和它代表的意义：&=arctg(H/R)+Am 其中H为天线高度，R为小区半径，Am是修正值，常取天线垂直平面的半功率角&/2。
　　10、简述移动通信中控制邻近波道干扰的方法：(1)减小邻近波道干扰需提高接收机的中频选择以及优选接收机指标;(2)限制发射信号带宽;(3)尽量采用小功率输出，以缩小服务区;(4)建立一种功率自动控制系统;(5)使用天线定向波束指向不同的水平方向以及指向不同的仰角方向。
　　11、简述移动通信中控制同波道干扰的方法：当有两条或多条同频率波道同时进行通信时，就有可能产生同波道干扰。移动无线电通信设备能够在同一波道上承受干扰的程度与采用的调制类型有关。信号强度随着距基地台的距离增大而减弱，但是这种减弱不是均匀的，还与地形和其他因素有关，这种减弱设备能够承受的同频干扰可以用载波功率与干扰功率的门限比值(C/I)表示，单位为分贝(dB)。为了使系统能正常运行，我们必须取载波干扰比大于门限比值。
　　12、无线电波通过哪些方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、电离层波。
　　13、主分集天线接收的不相关性：指主集天线接收到的信号与分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性，这也就要求采用空间分集时主分集天线之间的间距大于10倍的无线信号波长，或者采用极化分集的办法保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性。
　　14、什么是慢衰落?大量研究结果表明，移动台接收的信号除瞬时值出现快速瑞利衰落外，其场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化，这种变化称为慢衰落。
　　15、简述手机开机时的位置更新过程：(1)手机向系统请求分配信令信(SDCCH)。(2)MSC收到手机发来的IMSI可及消息。(3)MSC将 IMSI可及信息再发送VLR，VLR将IMSI不可及标记更新为IMSI可及。(4)VLR反馈MSC可及信息信号。(5)MSC再将反馈信号发给手机。
　　16、手机周期性位置更新的过程：(1)含有周期性登记的系统信息;(2)激活手机及MSC中的相关计时器;(3)手机计时器到时候激活周期性登记步骤;(4)系统确认，计时器清零。、无线链路是如何建立的?首先由手机向BTS发送一个信道请求消息，消息中包含要求接入的原因，接入原因除位置更新以外，也可能是寻呼应答或紧急呼叫。然后基站收到请求消息后，再发送给BSC，BSC 寻找一个空闲的信令信道(SDCCH)，并让BTS激活它。最后BTS接到BSC的反馈消息后，立即通知手机占用该信令信道。
　　18、在GPRS 网络内，定义了哪几种不同的业务?在GPRS网络内，定义了四种不同的业务，即点对点无连接业务、点对点面向连接的业务、点对多点多播业务和点对多点组呼业务。
　　19、在GPRS 网络内，定义了哪几种不同的移动台?在GPRS网络内，定义了三种不同的移动台，即A类工作模式移动台、B类工作模式移动台和C类工作模式移动台。
　　20、GPRS 分组模式数据具有哪些特征?GPRS使得分组模式数据应用代价更合理，更有效地利用网络资源。这些应用表现出以下一个或多个特征：一是间断、非周期数据传输，它是指相继传输之间的时间间隔远大于平均传递时延。二是频繁的小容量数据传输。三是罕见的大容量数据传输。
　　21、简述GPRS 参考模型：GPRS是要在一个发送实体和一个或多个接收实体之间，提供数据传递能力。这些实体可以是一个移动台，也可以是一台终端设备。后者可以连接到一个GPRS网络，或连接到一个外部数据网络。基站为移动台提供无线信道，接入到GPRS网络。用户数据可以在四种类型的移动台之间传递。
　　22、简述移动终端有哪几种类型?一是MT0，包含以上移动终端的全部功能，但不支持终端接口;二是MT1，包含以上移动终端的全部功能，并且提供一个接口，符合ISDN用户&网络接口规范的GSM建议子集;三是MT2，包含以上移动终端的全部功能，并且提供一个接口，符合ISDN07.0x系列终端适配功能规范。
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