模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是小區(qū)制、大容量公用移動(dòng)電話系統(tǒng)，采用頻率復(fù)用技術(shù)，具有用戶多、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)，曾在全球得到廣泛應(yīng)用。這一講介紹模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成、工作原理和工作過程。通過介紹，讀者不僅可以了解模擬蜂窩網(wǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)，也為以后了解各種數(shù)字蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

一、模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成

與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)相似，模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)也由移動(dòng)電話交換局(MTSO)、基站(BS)和移動(dòng)臺(tái)(MS)3大部分組成。其中，移動(dòng)電話交換局與基站之間一般通過有線線路連接：基站與移動(dòng)臺(tái)之間由無線鏈路通過空中接口相連。

1.移動(dòng)電話交換局

移動(dòng)電話交換局用來完成移動(dòng)用戶與市話用戶之間，或者移動(dòng)用戶之間通話的自動(dòng)接續(xù)與交換，除了具有一般的程控電話交換功能外，它還具有移動(dòng)通信特有的一些功能，例如，對(duì)移動(dòng)臺(tái)的識(shí)別和登記、頻道分配、過境切換處理、漫游和呼叫處理等。因此，移動(dòng)電話交換局通常由適合移動(dòng)通信的專用程控交換機(jī)組成。但也可以在普通程控交換機(jī)上增加一些軟件和硬件，實(shí)現(xiàn)控制、接續(xù)、交換移動(dòng)電話的功能，其中硬件是指交換網(wǎng)絡(luò)、處理器、數(shù)據(jù)終端等設(shè)備；軟件包括系統(tǒng)操作程序(如呼叫處理、接續(xù)和控制)、設(shè)備狀態(tài)測(cè)試和維護(hù)程序(如路由管理、故障檢測(cè)、診斷和處理)、運(yùn)行管理程序(如話務(wù)量統(tǒng)計(jì)、記錄和計(jì)費(fèi))等。

2.基站

基站由射頻部分(射頻架和收發(fā)天線)、數(shù)據(jù)架、線路監(jiān)測(cè)架和維護(hù)測(cè)試架等幾部分組成。當(dāng)基站采用120°扇區(qū)輻射方式時(shí)，需配3個(gè)射頻架以及數(shù)據(jù)架、線路檢測(cè)架和維護(hù)測(cè)試架各1個(gè)。每個(gè)射頻架最大容量為16個(gè)無線信道，即收/發(fā)信機(jī)各有16臺(tái)。當(dāng)基站采用全向天線時(shí)，最少需配備4個(gè)機(jī)架，即射頻架、數(shù)據(jù)架、線路監(jiān)測(cè)架和維護(hù)測(cè)試架各1個(gè)。

數(shù)據(jù)架主要包括5個(gè)部分：與移動(dòng)電話交換局?jǐn)?shù)據(jù)鏈路相連的數(shù)據(jù)設(shè)備、控制器、建立無線電、定位接收機(jī)和話音信道數(shù)據(jù)接收機(jī)，分別完成不同的功能。其中數(shù)據(jù)設(shè)備和控制器有備用設(shè)備。線路監(jiān)測(cè)架的主要功能是為移動(dòng)電話交換局和射頻架提供音頻信號(hào)電路接口，并進(jìn)行線路監(jiān)測(cè)，包括監(jiān)控單音發(fā)送、接收以及信令編碼。維護(hù)測(cè)試架的功能是對(duì)各種設(shè)備狀況進(jìn)行測(cè)試，保持設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)。

3.移動(dòng)臺(tái)

移動(dòng)臺(tái)主要有車載臺(tái)和手機(jī)兩類，其主要差別是功率大小不同，而功能、組成和工作原理相同。移動(dòng)臺(tái)主要包括控制單元、邏輯單元和收/發(fā)信機(jī)3個(gè)部分。

用戶控制單元包括送，受話器、鍵盤、指示燈和蜂鳴器等。與普通的固定電話不同，移動(dòng)臺(tái)為了節(jié)省無線信道占用時(shí)間和避免發(fā)生錯(cuò)撥現(xiàn)象，并不將用戶所撥的號(hào)碼逐位立即發(fā)出，而是在屏幕上顯不出來并存入寄存器，只有當(dāng)用戶確認(rèn)撥號(hào)無誤，按下發(fā)送鍵后，被叫號(hào)碼才快速發(fā)出。一旦接續(xù)成功，雙方即可通話。如果沒有成功，顯示屏?xí)�顯示相應(yīng)內(nèi)容，以便用戶處理。

邏輯單元是移動(dòng)臺(tái)的主控部件，主要由單片微處理器組成，用于寬帶數(shù)據(jù)信令的編/解碼、控制發(fā)射機(jī)開啟、檢測(cè)并轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控音等。由測(cè)量獲得的各種模擬信號(hào)，如信號(hào)電平、噪聲電平、發(fā)射功率、靜噪檢測(cè)結(jié)果、壓控振蕩器的電壓、頻率合成器鎖相環(huán)的工作狀態(tài)等，經(jīng)過A/D(模/數(shù))變換送入單片微處理器處理，處理結(jié)果以指令方式送到收，發(fā)信機(jī)中相關(guān)的受控部件，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)類似電腦的智能化功能。

收/發(fā)信機(jī)主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和收/發(fā)共用的頻率合成器組成。車載臺(tái)可采用二重空間分集，以減小衰落的影響，即移動(dòng)臺(tái)配備兩根天線，其中一根天線收/發(fā)合用，另一根只做分集用，采用選擇式開關(guān)分集方式。手機(jī)則無法分集接收，收/發(fā)公用一根天線。

在移動(dòng)臺(tái)中，還有話音信號(hào)處理電路，主要由瞬時(shí)頻偏控制電路、壓縮與擴(kuò)張電路和加重與去加重電路組成。

二、模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的控制及信令

模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的多址方式是頻分多址，每個(gè)信道之間頻率間隔是25kHz，上下行信道頻率間隔是45MHz，加上小區(qū)之間頻率復(fù)用等措施，整個(gè)蜂窩網(wǎng)的容量非常大。

大容量、全自動(dòng)的模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，除了要處理移動(dòng)用戶主呼與被呼之外，還必須不斷監(jiān)視通話信道質(zhì)量并進(jìn)行越區(qū)頻道自動(dòng)切換，同時(shí)為漫游用戶提供服務(wù)。所以，系統(tǒng)的控制是比較復(fù)雜的。

1.系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

模擬蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)的控制，涉及公用市話網(wǎng)、移動(dòng)電話交換局、基站和移動(dòng)臺(tái)之間的話音和信令的傳輸與交換。系統(tǒng)既有無線信道，又有有線信道，而且都有話音信道和控制信道之分。

基站既有無線信道，又有有線信道，它在無線網(wǎng)與有線網(wǎng)之間轉(zhuǎn)接和傳輸信息，其中包括無線網(wǎng)與有線網(wǎng)之間的信令交換。移動(dòng)電話交換局起控制與協(xié)調(diào)作用，管理、分配無線信道，協(xié)調(diào)基站、移動(dòng)臺(tái)的工作。它與有線市話網(wǎng)交換的信令采用市話網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)信令。

2.控制信號(hào)及其功能

控制信號(hào)主要是監(jiān)測(cè)音和信令音。監(jiān)測(cè)音用于信道分配和對(duì)移動(dòng)用戶通話質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，采用話音帶外的5970、6000和6030Hz這3個(gè)單音。監(jiān)測(cè)音還被基站用于確定是否需要進(jìn)行越區(qū)頻道切換。

信令音是10kHz的音頻信號(hào)，在移動(dòng)臺(tái)到基站的反向話音信道中傳輸，主要用在下面兩個(gè)過程中：一是當(dāng)移動(dòng)臺(tái)收到基站發(fā)來的振鈴信號(hào)時(shí)，在反向話音信道上向基站發(fā)送信令音，表示振鈴成功，一旦用戶開始通話，就停止發(fā)送；二是移動(dòng)臺(tái)在過境切換頻道前，基站在移動(dòng)電話交換局控制下，在原來的前向話音信道上發(fā)送一個(gè)新分配的話音信道指令，移動(dòng)臺(tái)收到指令后，發(fā)送信令音確認(rèn)。系統(tǒng)就是通過這兩個(gè)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制的。

3.數(shù)字信令

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由于容量很大．所以采用專用控制信道來傳輸數(shù)字信令。如前述可知，傳輸信道分為5種：前向和反向話音信道、前向和反向控制信道以及有線信道。不同信道傳輸?shù)臄?shù)字信令及其格式是不同的，限于篇幅，在此不詳細(xì)說明。

三、模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作過程

模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要工作過程包括如下幾部分。

1.初始狀態(tài)(standby)

移動(dòng)臺(tái)開機(jī)接通電源后，就會(huì)對(duì)控制信道進(jìn)行掃描搜索，鎖定在最強(qiáng)的信道上，并保持監(jiān)視。這個(gè)過程隨著移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)或信道的變化會(huì)反復(fù)進(jìn)行，以保證移動(dòng)臺(tái)不斷跟蹤信號(hào)最強(qiáng)的基站。

2.移動(dòng)臺(tái)被呼

移動(dòng)臺(tái)被呼的工作過程包括尋呼、選擇基站、尋呼響應(yīng)、分配話音信道、振鈴和通話等。移動(dòng)電話交換局收到被呼移動(dòng)用戶號(hào)碼后，將其轉(zhuǎn)換為移動(dòng)臺(tái)的識(shí)別號(hào)碼并發(fā)出尋呼指令，讓本服務(wù)區(qū)各基站通過前向控制信道選呼該移動(dòng)用戶。若移動(dòng)臺(tái)開機(jī)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)被呼信號(hào)，并選擇信號(hào)最強(qiáng)的空閑基站在反向控制信道上發(fā)送識(shí)別碼，由基站送到移動(dòng)電話交換局。移動(dòng)電話交換局收到尋呼響應(yīng)后分配話音信道，基站在前向控制信道上發(fā)送振鈴信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)摘機(jī)即可通話�？梢姡�移動(dòng)臺(tái)被呼之前一直在工作，只是用戶感覺不到。

3.移動(dòng)臺(tái)主呼

主呼的過程，首先是呼前撥號(hào)，然后是按發(fā)送鍵將呼叫的號(hào)碼和用戶識(shí)別碼通過反向信道發(fā)送給基站，基站通過有線數(shù)據(jù)線路告知移動(dòng)電話交換局，移動(dòng)電話交換局先為基站和移動(dòng)臺(tái)分配話音信道，然后向被呼用戶送振鈴音。電話振鈴，被呼用戶摘機(jī)即可通話。

4.話終拆線

通話終了，必須及時(shí)拆線(包括無線和有線鏈路)，盡快釋放信道，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。拆線過程決定于移動(dòng)用戶與市話用戶哪個(gè)先掛機(jī)，與主呼、被呼無關(guān)。

模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的頻分多址方式，使每個(gè)用戶占用一個(gè)頻點(diǎn)，雖然可以采取頻率復(fù)用技術(shù)，但網(wǎng)絡(luò)容量仍無法滿足快速增長(zhǎng)的需求；同時(shí)，模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)采用10位固定數(shù)字編碼，很容易被盜用，安全性較差。因此，在世界大部分地區(qū)，模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)被更先進(jìn)的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)所取代。