1.1 引言

移动通信是指通信双方中至少有一方是处于运动（或暂时停止运动）状态下进行的通信。例如，固定体（固定无线电台、有线用户等）与移动体（汽车、船舶、飞机或行人等）之间、移动体之间的信息交换，都属于移动通信。这里的信息交换，不仅指双方的通话，还包括数据、电子邮件、传真、图像等方式。

移动通信为人们随时随地、迅速可靠地与通信的另一方进行信息交换提供了可能，适应了现代社会信息交流的迫切需要。因此，随着技术的进步，特别是集成电路技术和计算机技术的发展，移动通信得到了迅速发展，并成为现代通信中不可缺少且发展最快的通信手段之一。移动通信系统包括蜂窝移动通信系统、无绳电话系统、无线寻呼系统、集群移动通信系统、卫星移动通信系统等，其中陆地蜂窝移动通信是当今移动通信发展的主流和热点。移动体之间的通信联系只能靠无线通信；而移动体与固定体之间通信时，除了依靠无线通信技术之外，还依赖于有线通信，如公用电话网（PSTN）、公用数据网（PDN）和综合业务数字网（ISDN）等。

移动通信涉及的范围很广，凡是“动中通”的通信都属于移动通信范畴。限于篇幅，本书重点介绍代表移动通信发展方向、体现移动通信主流技术、应用范围最广的数字蜂窝移动通信技术和系统。

1.1.1 移动通信的特点

与其他通信方式相比，移动通信主要有以下特点。

1．无线电波传播复杂

移动通信中基站至用户之间必须靠无线电波来传送信息。目前，典型移动通信系统的工作频率范围在甚高频（VHF，30～300MHz）和特高频（UHF，300～3000MHz）内。该频段的特点是：传播距离在视距范围内，通常为几十千米；天线短，抗干扰能力强；以直射波、反射波、散射波等方式传播，受地形地物影响很大，如在移动通信应用面很广的城市中高楼林立、高低不平、疏密不同、形状各异，这些都使移动通信传播路径进一步复杂化，并导致其传输特性变化十分剧烈，如图1-1所示。由于以上原因，移动台接收信号是由直射波、反射波和散射波叠加而成的，其强度起伏不定，严重时将影响通话质量。

2．移动台受到的干扰严重

移动台所受到的噪声干扰主要来自人为的噪声干扰（如汽车的点火噪声、微波炉噪声等）。对于风、雨、雪等自然噪声，由于频率较低，可忽略其影响。

移动通信网中多频段、多电台同时工作，当移动台工作时，往往受到来自其他电台的干扰，主要的干扰有同频干扰、邻道干扰、互调干扰、多址干扰，以及近地无用强信号压制远地有用弱信号的现象等。所以，抗干扰措施在移动通信系统设计中显得尤为重要。

3．无线电频谱资源有限

无线电频谱是一种特殊的、有限的自然资源。尽管电磁波的频谱相当宽，但作为无线通信使用的资源，国际电信联盟定义3000GHz以下的电磁波频谱为无线电磁波的频谱。由于受到频率使用政策、技术和可使用的无线电设备等方面的限制，国际电信联盟当前只划分了9kHz～400GHz范围。实际上，目前使用的较高频段只在几十吉赫兹。由于现有技术水平所限，现有的商用蜂窝移动通信系统一般工作在10GHz以下，所以可用频谱资源是极其有限的。

为了满足不断增加的用户需求，一方面要开辟和启用新的频段；另一方面要研究各种新技术和新措施，如窄带化、缩小频带间隔、频率复用等方法，新近又出现了多载波传输技术、多入多出技术、认知无线电技术等。此外，有限频谱的合理分配和严格管理是有效利用频谱资源的前提，这是国际上和各国频谱管理机构和组织的重要职责。

4．对移动设备的要求高

移动设备长期处于不固定状态，外界的影响很难预料，如振动、碰撞、日晒雨淋，这就要求移动设备具有很强的适应能力，还要求其性能稳定可靠，携带方便、小型、低功耗及能耐高温、低温等。同时，移动设备还要尽量具有操作方便，适应新业务、新技术的发展等特点，以满足不同人群的要求。

5．系统复杂

由于移动设备在整个移动通信服务区内自由、随机运动，需要选用无线信道进行频率和功率控制，以及位置登记、越区切换及漫游等跟踪技术，这就使其信令种类比固定网络要复杂得多。此外，在入网和计费方式上也有特殊要求，所以移动通信系统是比较复杂的。

1.1.2 移动通信系统的组成

移动通信系统是移动体之间，以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。移动通信包括无线传输、有线传输和信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。

得益于需求驱动和技术进步，以集群移动通信系统、小灵通系统为代表的许多移动通信系统的构成与蜂窝移动通信系统越来越相像，所以下面以蜂窝移动通信系统（简称蜂窝系统）为例介绍。基本的蜂窝系统如图1-2所示，它包括移动台（MS）、基站（BS）和移动交换中心（MSC）。MSC负责将蜂窝系统中的所有移动用户连接到公共交换电话网（PSTN）上。每个移动用户通过无线电和某一基站通信，在通话过程中，可被切换到其他基站。移动台包括收发器、天线和控制电路，有便携式和车载式两种。基站包括几个同时处理全双工通信的发送器、接收器及支撑收发天线的塔台。基站将小区中的所有用户通过线缆（如光纤）或微波线路连接到MSC。MSC协调所有基站的工作，并将整个蜂窝系统连接到PSTN上。基站与移动用户之间的通信接口称为公共空中接口（CAI）。

移动通信中建立一个呼叫是由BS和MSC共同完成的。BS提供并管理MS和BS之间的无线传输通道；MSC负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由MSC建立连接的。

1.1.3 工作方式

移动通信的传输方式分单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。

1．单工通信

所谓单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工通信。单工通信常用于点到点通信，如图1-3所示。

同频单工通信是指通信双方（如图1-3中的电台甲和电台乙）使用相同的频率f₁工作，发送时不接收，接收时不发送。平常各接收机均处于守候状态，即把天线接至接收机等候被呼。当电台甲要发话时，它就按下其送受话器的按键开关（PTT），一方面关掉接收机，另一方面将天线接至发射机的输出端，接通发射机开始工作。当确知电台乙接收到载频为f₁的信号时，即可进行信息传输。同样，电台乙向电台甲传输信息也使用载频f₁。同频单工工作方式的收发信机是轮流工作的，故收发天线可以共用，收发信机中的某些电路也可共用，因而电台设备简单、省电，且只占用一个频点。但是，这样的工作方式只允许一方发送时另一方进行接收。例如，在甲方发送期间，乙方只能接收而无法应答，这时即使乙方启动其发射机也无法通知甲方使其停止发送。此外，任何一方当发话完毕时，必须立即松开其按键开关，否则将收不到对方发来的信号。

异频单工通信方式，收发信机使用两个不同的频率分别进行发送和接收。例如，电台甲的发射频率及电台乙的接收频率为f₁，电台乙的发射频率及电台甲的接收频率为f₂。不过，同一部电台的发射机与接收机还是轮换进行工作的，这一点是与同频单工通信相同的。异频单工与同频单工通信的差异仅仅是收发频率的异同而已。

2．双工通信

所谓双工通信，是指通信双方可同时传输信息的工作方式，有时也称全双工通信，如图1-4所示。图中，基站的发射机和接收机各使用一副天线，而移动台通过双工器共用一副天线。双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工（FDD）工作方式。这种工作方式使用方便，同普通有线电话相似，接收和发射可同时进行。但是，在电台的运行过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电源消耗较大，这一点对用电池作电源的移动台而言是不利的。为解决这个问题，在一些简易通信设备中可以采用半双工通信。

3．半双工通信

半双工通信是移动台采用“按讲”工作方式，基站采用收发同时进行的通话方式。该方式主要用于解决双工方式耗电大的问题，其组成与图1-4相似，差别在于移动台不采用双工器，而是按下按讲开关发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。