移動通信簡明原理

全球應(yīng)用最為廣泛的第二代移動通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)移動通信簡明原理01GSM自動切換移動通信原理蜂窩覆蓋移動通信系統(tǒng)目錄03050204基本信息不論是GSM還是CDMA，也不論是3G還是4G，盡管移動通信的技術(shù)在不斷地進(jìn)步，但因為移動通信的基本特點是通信終端的位置經(jīng)常在變動，所以移動通信的基本原理，除了無線傳輸?shù)逆溌?，也就是專業(yè)上常說的空中接口外，也基本上沒有太大的差別。下面我們就以GSM為例，簡明地說一說移動通信的基本原理。GSMGSMGSM是全球應(yīng)用最為廣泛的一種第二代移動通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由歐洲多國設(shè)立的移動通信特別小組（GroupSpecialMobile，簡稱GSM）所制定。國內(nèi)中國移動和中國聯(lián)通的移動通信網(wǎng)，就是遵循GSM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的。我們都知道，手機(jī)要打**，首先要有信號，這個信號就是指無線信號。手機(jī)通過無線信號與移動網(wǎng)的基站連接，基站再通過線纜與移動網(wǎng)絡(luò)的其它網(wǎng)元連接。移動通信的主要的無線通信部分，就在手機(jī)和基站之間。我們知道，**要接入**網(wǎng)，需要將**線插入到**接口中。同樣，手機(jī)要接入移動通信網(wǎng)，也需要一個接口，這就是基站與手機(jī)之間的無線傳輸鏈路，也稱為空中接口。一個基站能提供多少條無線傳輸鏈路，就意味著能同時接入多少部**。很顯然，一個基站能提供越多的無線鏈路，當(dāng)然是越好的一件事情，因為這樣可以允許同時有越多的人打**。但是因為每一條無線鏈路，都要占用一定的無線資源，所以越多的無線鏈路，就會占用越多的無線資源。什么是無線資源呢？所謂無線資源，指的是一段無線頻率范圍。為什么無線頻段會成為資源呢？原來無線信號在自由空間的傳播是沒有邊界的，不像有線信號那樣集中在線纜里面?zhèn)鬏?。如果有兩條鏈路使用了相同的頻率，就會造成相互的干擾，使得互相都不能使用。因此為了保證無線鏈路不互相干擾，就要為不同的傳輸鏈路劃出不同的無線頻段。這樣一來，無線頻段就像石油礦產(chǎn)一樣，成為了一種有限的資源。既然是有限的資源，那么就要想辦法提高資源的利用率，才可以使資源發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。這在后來發(fā)展的3G、4G等移動技術(shù)上，都是重點考慮的因素。蜂窩覆蓋蜂窩覆蓋移動通信網(wǎng)絡(luò)能接入成千上萬部手機(jī)的關(guān)鍵，也是移動性管理的出發(fā)點。我們把這個辦法形象地稱為蜂窩覆蓋。蜂窩覆蓋的最大好處是頻率可重復(fù)使用，從而非常有效地節(jié)約頻率資源。無線信號在自由空間的傳播有個特點，就是隨著傳播距離的增加，信號強度會迅速減弱，一定距離后，可認(rèn)為減弱為零，那么我們在這個距離以外的地區(qū)，還可以繼續(xù)使用同樣頻率的信號，而不會對之前的信號造成干擾。這就是蜂窩覆蓋的前提。在GSM中，一個站點劃分三個扇區(qū)是比較常見的。我們用1個蜂窩來表示一個扇區(qū)，這樣一個站點就有3個不同載頻的蜂窩。一般用4個這樣的站點，共12個具有不同載頻的蜂窩，再組成一個蜂窩群。然后用這個蜂窩群，在遼闊的地面上復(fù)制。這樣理論上只需12個載頻，就可以在無限的地域上進(jìn)行無限次的復(fù)用。當(dāng)然，實際上并不止12個載頻，每個小區(qū)也不是只有一個載頻可選的。如圖1所示。圖1蜂窩覆蓋示意自動切換自動切換有同學(xué)可能擔(dān)心了：通過這樣的頻率復(fù)用倒是可以解決有限的頻率資源在無限的地域上覆蓋的矛盾了?？墒沁@樣一來，小區(qū)的面積就可能不是很大，這會不會限制了我打**時的移動范圍？當(dāng)然是不會的。當(dāng)你離開一個小區(qū)時，**會自動切換到新的小區(qū)的。怎么的切換呢？原來，當(dāng)手機(jī)離一個小區(qū)的無線信號收發(fā)機(jī)，也就是基站，離基站越來越遠(yuǎn)時，它收到該小區(qū)的信號會越來越弱。手機(jī)會定時地把測量到的信號變化告知移動系統(tǒng)，當(dāng)信號弱到一定程度時，系統(tǒng)就判斷手機(jī)可能該越區(qū)了，就另選一個信號最好的小區(qū)，給手機(jī)分配一條新的無線鏈路，然后通知手機(jī)切換到新的小區(qū)的無線鏈路上。手機(jī)切換完成后，通過新的小區(qū)鏈路通知系統(tǒng)，系統(tǒng)收到通知后，釋放舊的鏈路給別的手機(jī)使用。這就是跨不同小區(qū)移動而沒有中斷通話的原因。如圖2所示。圖2自動切換示意我們看到，切換是將一條鏈路切換到另一條鏈路，要占用寶貴的鏈路資源的，所以不打**時就不用切換了。可是如果不用切換，那我人都從一個小區(qū)跑到另一個小區(qū)了，**還打到原來的小區(qū)，那不是接不到了嗎？接得到的。為了管理移動用戶的位置變化，移動公司會在他的那些小區(qū)群中劃出不同的區(qū)域，叫位置區(qū)域，LocationArea，簡稱LA。LA在系統(tǒng)中通過位置區(qū)域識別碼LAI來區(qū)分。當(dāng)手機(jī)離開一個舊的LA，到達(dá)一個新的LA時，手機(jī)就會發(fā)現(xiàn)，它新收到的LAI與現(xiàn)存的LAI不同了。于是就向系統(tǒng)發(fā)起位置更新請求。這個請求將會發(fā)給一個叫訪問位置寄存器VLR的網(wǎng)元來處理。這個VLR是臨時記錄所轄區(qū)域內(nèi)移動用戶的一些數(shù)據(jù)的設(shè)備。移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)綜上所述，我們基本可以得到一個移動通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)了，如圖3所示：圖3移動通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)基站BTS，即無線收發(fā)信設(shè)備，向手機(jī)發(fā)送無線信號，或者接收手機(jī)發(fā)來的無線信號。基站控制器BSC，對一個或多個BTS進(jìn)行控制和管理，主要完成無線信道的分配、BTS和手機(jī)發(fā)射功率的控制以及越區(qū)信道切換等功能。BSC也是一個小交換機(jī)，它把局部網(wǎng)絡(luò)匯集后通過A接口與MSC相連。移動交換機(jī)MSC，完成最基本的交換功能，即完成移動用戶和其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通訊連接。訪問位置寄存器VLR，存儲了進(jìn)入其覆蓋區(qū)內(nèi)的所有移動用戶的信息，為已經(jīng)登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的條件。VLR是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，需要與有關(guān)的歸屬位置寄存器HLR進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換以保證數(shù)據(jù)的有效性。當(dāng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，重新在另一個VLR登記時，原VLR將刪除該移動用戶數(shù)據(jù)。在設(shè)備實現(xiàn)上，MSC和VLR通常合為一體。HLR是系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫，存放與用戶有關(guān)的所有信息，包括用戶的漫游權(quán)限、基本業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)及當(dāng)前位置信息等，從而為MSC提供建立呼叫所需的路由信息。一個HLR可以覆蓋幾個MSC服務(wù)區(qū)甚至整個移動網(wǎng)絡(luò)。AuC是鑒權(quán)中心，為系統(tǒng)提供