蜂窝移动通信系统

作者：admin  点击次数：19  发布时间：2026-01-19

蜂窝移动通信系统
蜂窝移动通信系统为处于该系统无线电波覆盖范围内的用户提供与公用电话交换网(PSTN)的无线连接。利用有限的频谱资源，蜂窝系统可以容纳分布在较大地理范围内的大量用户。它可以提供与有线电话相比拟的高质量的服务。在蜂窝移动通信系统中，每个基站发射机的覆盖范围都限制至一个称为"蜂窝(Cell)"即无线小区的很小的地理范围内，蜂窝移动通信系统使用一种称为"越区切换"的复杂的交换技术，可以使用户从一个蜂窝移动到另一个蜂窝时不会中断通话。
图3-8给出一个由移动台(MS)、基站(BS)和移动交换中心(MSC)组成的基本的蜂窝系统(图中，塔代表在移动用户与MSC之间提供无线接入的基站)。移动交换中心有时也称为移动电话交换局(MTSO)，因为它在蜂窝系统中负责将所有的移动电话与PSTN相连接。每个移动台通过无线电波和其所在蜂窝中的基站进行通信，在通话期间，当其运动到另一个蜂窝内时，可以越区切换到新的基站继续通信。移动台包括一部无线电收发信机、天线和控制电路。既可以安装在汽车上，也可以是便携式的手机。基站由若干套无线电收发信机组成，以便进行双工通信。它通过电话线或微波线路，以并行的方式将移动电话与MSC相连接，起一个桥梁的作用。MSC协调所有基站的工作，并将整个蜂窝系统连接到PSTN。典型的MSC可以管理100,000个蜂窝用户，处理5000个同时进行的通话，还可以承担所有的计费及系统维护功能。在大城市中，一个蜂窝移动通信系统通常包括有几个MSC。
公共空中接口(CAI)标准规定了基站与移动电话间的通信接口标准，它确定了四种不同的信道。从基站到移动电话的语音传输信道称为前向(下行)语音信道(FVC)，从移动台到基站的语音传输信道称为反向(上行)语音信道(RVC)。负责建立、控制通话过程的两个信道是前向(下行)控制信道(FCC)和反向(上行)控制信道(RCC)，控制信道只负责建立一个通话并将其转移到一个未使用的语音信道上，控制信道本身不用于语音通信方面，只发送和接收通话的建立和拆除以及服务请求方面的有关数据消息。
基于频率再用(Frequency Reuse)的概念，蜂窝系统要求相邻蜂窝区域内的前向(下行)频率控制信道(FCC)各不相同。通过将为数不多的FCC规定为公共空中接口中的一部分，则可由多家公司生产蜂窝移动台。这样，蜂窝移动台在任何时候都能迅速搜索所有可能的前向(下行)控制信道，并最后确定信号最强的信道，从而确定所处的小区。一旦发现最强信号，移动台会锁定这一特定的FCC。MSC在所有的FCC上广播相应的系统数据，就能把信号发送给蜂窝系统的所有用户。当MSC从PSTN上接收到一个对移动用户的呼叫时，它可以使得被叫移动用户将会接收到信号。
当打开移动台(如手机)时并不能马上进入呼叫或被叫，手机首先搜索前向(下行)控制信道组(群)以确定出信号最强的信道，然后对该控制信道进行监控。一旦信号电平过低，则又重新搜索控制信道以找出最强的基站信号。对每一种蜂窝系统，其控制信道一般均在覆盖的整个几何区域内来定义并标准化，典型的做法是将系统可利用的信道总数的5%左右用作控制信道(其它约95%的信道用于语音和数据传输)。控制信道标准化使得在一个国家或地区内不同的覆盖区域里有相同的控制信道组(群)，因此每一部移动电话都搜索相同的控制信道组(群)。当有对移动用户的呼叫时，MSC就向蜂窝系统相关区域内的所有基站发出命令，然后把移动用户识别号(MIN)和移动用户的电话号码作为一个寻呼信息在相关基站内的所有前向(下行)控制信道上广播。移动台接收到它所监测的基站发出的信息后，再通过反向(上行)控制信道回送确认信息。基站转发移动台发送的确认信息，通知MSC建立了链路。然后，MSC再指导基站将通话转移到该蜂窝内的一个未使用的空闲语音信道上。这样，基站通知移动台将频率改变至一对未使用的前、反向(下行、上行)语音信道，同时在前向语音信道上还发送另外一些信息，使移动电话产生振铃音，以提醒用户接电话。所有这些步骤均在几秒内完成，用户根本不会注意到。
当移动台主叫时，移动台在反向(上行)控制信道上发送其移动用户识别号(MSIN)、自己的电话号码和被叫电话号码。基站接收到这些数据并传送至MSC，后者确认这一请求，通过PSTN连接被叫方，再指导基站和移动用户转移到一对未使用的空闲前、反向(下行、上行)语音信道上开始进行通话。
当移动用户在通话过程中逐渐进入或离开某一基站的覆盖区时，为了保证通话质量，MSC自动调整移动台的发射功率。如果这样仍不能满足通话质量的要求，MSC会通过一定的程序，让另一个离移动台较近的基站接替原基站继续和移动台通信，并相应地改变移动台和基站之间的信道。这就是所谓的"越区切换"。通过在语音信道中插入特别的控制信令，基站和MSC可以在通话过程中对移动台进行控制。所有蜂窝系统都能提供一种称为"漫游(Roaming)"的服务。这种业务可以使用户在交费服务区之外的其它服务区内继续得到同样的通信服务。当移动用户离开其注册区域而进入另一个城市或地理区域时，它作为漫游者在新的服务区进行注册。如果某一漫游者已交费且拥有漫游权，则MSC将其登记为合法漫游者。一旦登记注册，漫游移动用户即可在该地区进行双向通信，就如同在其原注册区域内一样。