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第90章 “蜂窝”之名从何而来

第九章现代通信技术

第一节“蜂窝”之名从何而来

在众多的移动通信系统中,蜂窝或移动通信系统在我们国家应用最广,用户最多,也最为大

家所关心,我们在这里简要介绍一下蜂窝移动通信系统。

蜂窝式移动通信会带来同频干扰,那么我们为什么还要采用蜂窝式移动通信呢?原因还是

在于频率资源上:频率作为一种资源必须合理安排。由于适于移动通信的频段仅限于VH

F(甚高频)、UHF(超高频),所以可用的通道容量是极其有限的。为满足用户需求量的增加,

只能在有限的已有频段中采取有效利用频率的措施,如窄带化(就是每个用户占用的频率带

宽较小),缩小频带间隔(就是缩小用户频带之间的保护间隔),频道重复利用等方法来解

决。

目前常使用频道重复利用的方法来扩容,也就是划分蜂窝的方法来增加用户容量。就是说在

使用区域划出一块块的小区域,每一个小区分配一些频率资源,隔几个小区后,又把相同的

频率划给另一个小区,一般认为这时候他们之间的干扰比较小,属可以忍受的情况。但每个

城市要做出长期增容的规划,以利于今后发展。

在设计中,人们发现用正六角形的图形来模拟实际中的小区要比用圆形、正方形等其他图形

效果更好,衔接也更紧密,现在的划分小区都采用了这种方法,看上去就像是蜂窝,所以我

们也称之为蜂窝式移动通信。

 “蜂窝”里的房间

这种系统由移动业务交换中心(MSC)、基站(BS)设备及移动台(MS)(用户设备),以

及交换中心至基站的传输线组成。移动的交换中心与公共的电话交换网(就是我们平时所说

的电话网PSTN)相连,移动交换中心负责连接基站之间的通信。通话过程中,移动台(比如

手机)与所属基站建立联系,由基站再与移动交换中心连接,最后接入公共电话网。

基站与移动台之间是无线通信,他们之间用无线电波进行信息传递,每个基站负责与一个特

定区域的所有的移动台进行通信。基站和移动交换中心之间通过微波或有线交换信息进行彼

此联系。最后移动交换中心再与公共电话网进行连接。

如果仅仅是两个基站所属的移动台进行通信,用户只需要在移动交换中心就可以完成通话。

如果需要和其他的用户通话,则由移动交换中心与公共电话网连接,再与其他用户完成通话

。

蜂窝式公用陆地移动通信系统适用于全自动拨号,全双工工作,大容量公用移动陆地网组网

,可与公用电话网中任何一级交换中心相连接,实现移动用户与本地电话网用户、长途电话

网用户,及国际电话网用户的通话接续。这种系统具有越区切换、自动或人工漫游、计费

及业务量统计等功能。

 移动通信中的行话

1信道

信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻。对于无线电波而言,它从

发送端传送到接收端,其间并没有一个有形的连接,它的传播路径也有可能不止一条,但是

为了形象地描述发送端与接收端之间的工作,我们想像两者之间有一个看不见的通路衔接,

把这条衔接通路称为信道。信道有一定的频率带宽,正如公路有一定的宽度一样。

2大区

所谓大区是指:在一个比较大的区域中,只用一个基站覆盖全地区,不论是单工或双工工作

,单信道还是多信道,都称这种组网方式为“大区制”,以别于后面所称的小区制。大区制

的特点是只有一个基站,服务(覆盖)面积大,因此所需的发射功率也较大。大区制多用于

专用网或小城市的公共网。由于只有一个基站,其信道数有限(因为可用频率带宽有限),

因此容量较小,一般只能容纳数百至数千个用户。

3小区

所谓小区是相对于大区而言的,由于大区制的主要缺点是系统容量不高,为了适合大城市或

更大区域的服务,必须突破这一限制。采用小区制组网方式,可以在有限的频谱条件下,达

到大容量的目的。

小区制的概念如下:将所要覆盖的地区划分为若干小区,每个小区的半径可视用户的分布密

度在1~10公里,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。这和大区制中的基

站一样,本小区内能服务的用户数仍由这个基站的信道数来决定。但每一个小区和其他小区

可再重复使用这些频率,称为频率再用。由于相隔远了,同信道干扰降至可以接受的程度,

所以用有限的频率数就可以服务多个小区。用这种组网方式可以构成大区域大容量的移动通

信系统,还可以形成全省,全国或更大的系统。

4漫游

移动台的漫游也称出游,它的意义是移动台脱离了本管区的范围,而移动到其他管区中去了

,当其他用户呼叫这个漫游的移动台的时候,仍拨它原来的局号和电话号码。显然,如蜂窝

系统无漫游功能,将无法和这一脱离原管区的移动台接通。而具有漫游功能的系统,则

可将此电话接到此已脱离本管区漫游到其他管区的移动台去。这一功能对于一个在较大范围

的地区——全省、全国,或更大的地区(例如北欧四国的跨国或全欧洲)活动的用户确实是

非常重要的。

5切换

切换是指当移动台在通话中经过两个基站覆盖区的相邻边界的时候,所采用的信道切

换过程。由于相邻两个小区的信道不一样,移动台通话的前半段时间在一个基站的某一个

无线信道上传输,而后半段时间已经进入另一个基站的覆盖范围,须切换到另一个基站所

指配的信道上去。这种信道的切换必须不影响通话进行,时间要求短,须在100毫秒以下,

完全自动切换,通话人完全不觉察。切换技术在蜂窝移动通信中占有重要地位。

漫游与切换两个性能是大区制所没有的,切换是由漫游而起,漫游通过切换技术得以解

决。在漫游的过程中,当通话经过小区边界时,无线信道要切换,其过程如下:

移动台位置不仅由为之服务的基站台收集,而且也由周围的基站台收集,并判断当前是否需

要进行信道切换,从而进行新信道的准备工作。当移动控制中心判断要进行信道切换,就发

送指令给移动台当前基站和即将到的小区所属基站,由手机配合基站完成切换工作。

 移动台始呼的过程

当一个移动用户要建立一个呼叫,只需拨被呼用户的号码,再按“发送”键,移动用户则开

始启动程序。移动用户通过随机接入信道(RACH)向系统发送接入请求消息。移动交换中心

便分配给它一个专用信道,查看主呼用户的类别并标记此主呼用户示忙。若系统允许该主呼

用户接入网络,则移动交换中心发证实接入请求消息。

主呼用户发起呼叫,如果被呼叫用户是固定用户,则系统直接将被呼用户号码送入固定网,

固定网将号码连接至目的地。这种连接方式与固定电话的区别仅仅在于发送端的移动性,就

是说移动台先接入移动交换中心,移动交换中心再与固定电话网相连,之后就和平时的电话

接续没有什么差别了,由固定电话网接到被呼叫的用户端去。

如果被呼号是同一网中的另一个移动台,则移动交换中心以类似从固定网发起呼叫的处

理方式,进行归属寄存器的请求过程,转接被呼用户的移动交换机,一旦接通被呼用户的链

路准备好,网络便向主呼用户发出呼叫建立证实,并给它分配专用业务信道(TCH)。主

呼用户等候被呼用户响应证实信号,这时完成移动用户主呼的过程。也就是说,移动台呼叫

移动台是“移动台呼叫固定电话网用户”以及“固定电话网用户呼叫移动台”的两者的结合

。中间常常需要固定网做两者之间的信息交换。但由于移动台的移动性,就造成呼叫过程更

复杂,要求也更高。其复杂之处在于移动台与移动交换中心之间的信息交换,包括基站与移

动台之间的连接以及基站与移动交换中心之间的连接。

 展望“蜂窝”

未来的世界是个人通信的世界,虽然“个人通信”至今尚无统一的标准,但多数人认为是指

“一个人在任何地方,任何时间均能与任何地方的人进行通信的一种服务”。也就是不论在

任何时间和空间,人们均可以互相通信的一种服务,被称为一种全时空通信的服务。

未来的移动终端可以做得小而又耗电低,则个人携带就很方便。价格也会降低,这样就可能

普及,人人都可以有一个随身携带的移动终端,移动终端和个人始终在一起,则终端的移动

性和个人的移动性相一致。这种情况下,个人的号码就是移动终端的号码。

价格低是指人们承受得起(还包括运转时的收费率),因为个人通信是和普及率相联系的。

如果价格很高,只有少数人才买得起,那么也不能达到与任何地点的任何人通信的目的。未

来的通信一定要是多数人的通信。

其他的改善还有容量会大幅度提高,可靠性也得到加强,服务业务更多也更好。下面是一些

人对未来移动通信的构思:

你只需要带一张芯片,这张芯片是你个人独有的,记录着你个人的信息,然后你带上一

台移动终端,就可以到世界各地旅游,当你要和别人通信时,你只需要把自己的识别芯片放

进任何一台移动终端,这台移动终端可以是你的,也可以是公用的,你就可以进行通话或者

其他联系。别人想找你的时候,他就可以随时随地通过网络找到你的识别芯片,从而找到你

。比如,你在美国某个路边加油站,你只要把你的芯片插入路边的一个公用电话,你就可以

和任何人通话了。

随时随地的个人化通信,是我们未来移动通信发展的目标。

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