1.1 移动通信的定义

在人类社会的发展进程中，通信始终与人类社会的各种活动密切相关。无论是古代的“烽火台”，还是现代的移动电话，都属于通信的范畴。

现代通信系统是信息时代的生命线，以信息为主导的信息化社会又促进通信新技术的大力发展，传统的通信网已不能满足现代通信的要求，移动通信已成为现代通信中发展最为迅速的一种通信手段。随着人类社会对信息需求的不断提高，通信技术正在逐步走向智能化和网络化。人们对通信的理想要求是：任何人（Whoever）在任何时候（Whenever）无论在任何地方（Wherever）能够同任何人（Whoever）进行任何方式（Whatever）的交流。很明显，如果没有移动通信，上述愿望将永远无法实现。

移动通信在现代通信领域中占有十分重要的地位。所谓移动通信，就是指进行信息交换的双方至少有一方处于运动状态中。例如，运动着的车辆、船舶、飞机或行走着的人与固定点之间进行信息交换，或者移动物体之间的通信都属于移动通信。这里所说的信息交换不仅指双方的通话，同时也包括数据、传真、图像等多媒体业务。

移动通信是一门复杂的高新技术，尤其是蜂窝移动通信。要使通信的一方或双方在移动中实现通信，就必须采用无线通信方式。移动通信技术不仅集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络技术和计算机技术的许多成果。目前，蜂窝移动通信已从模拟通信阶段发展到了数字通信阶段，并且正朝着第三代移动通信这一更高阶段发展。

移动通信与其他通信方式相比主要具有以下特点。

1.无线电波传播环境复杂

在移动通信中，基站至用户间靠无线电波来传送信息。当前，移动通信的频率范围在甚高频（VHF，30～300MHz）和特高频（UHF，300～3 000MHz）内。这个频段的特点是：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；以地表面波、电离层反射波、直射波和散射波等方式传播，受地形地物影响很大，如移动通信系统多建于市区内，城市中的高楼林立、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，移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波、反射波、散射波的叠加，这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定，最大可相差 20～30 dB，这种现象称为衰落。在衰落现象中，既有长期（慢）衰落，也有十分严重和频繁的短期（快）衰落。

慢衰落是由于电波传播路径上遇到建筑物、树林等障碍物阻挡，在阻挡物的后面形成了电波阴影区。阴影区的信号电场强度较弱，当移动台在穿过阴影区时，就会造成接收信号电场强度中值的缓慢变化，发生阴影效应。阴影效应引起的衰落一般服从正态分布，这种衰落有时又称为正态（高斯）衰落。陆地移动信道的主要特征是多径传播。传播过程中会遇到很多建筑物、树木及起伏的地形，引起能量的吸收和穿透，以及电波的反射、散射及绕射等，这样就使移动传播环境中充满了反射波。

在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是来自于单一路径的，而是来自于许多路径的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而来自于各个路径的反射波到达的时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而加强；有时反相叠加而减弱。这样，接收信号的幅度会产生急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。多径衰落信号的振幅服从瑞利分布，所以多径衰落又称为瑞利衰落。多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质量。

衰落的现象很容易理解，但由于移动用户的移动具有随机性，所以要解决这种现象是非常复杂的，这就要求在设计移动通信系统时，必须使其具有抗衰落性能和一定的储备。

2.多普勒频移产生调制噪声

移动台经常处在运动之中 （如超音速飞机），当达到一定速度时，固定点接收到的载波频率将随运动速度v的不同，产生不同的频移，即产生多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间、地点的变化而不断地变化，如图1-2所示。

多普勒频移d与移动物体的运动速度、接收信号载波的波长、电波到达的入射角 有关，即

fd=（v/λ）cosθ

运动方向面向地面接收站，fd为正值；反之，fd为负值。并且，工作频率越高，频移越大，对信号传输的影响越大。在高速移动电话系统中，多普勒频移可对语音有300 Hz左右的影响，产生地面接收附加调频噪声，出现失真。为防止多普勒效应对通信系统的影响，通常地面设备的接收机需要采用锁相技术，加入自动频率跟踪系统，即接收机在捕捉到高速移动物体发来的载频信号之后，当发来的载频信号随速度 v 变化时，地面接收机本振信号频率随之变化，这样就可以不使信号丢失；另外，还可以利用其窄带性能，把淹没在噪声中的微弱信号提取出来，这也是一般接收机做不到的。因此移动通信设备都毫无例外地采用锁相技术。

3.移动台工作时经常受到各种干扰

移动台所受到的噪声影响主要来自于城市噪声、各种车辆发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等。对于自然界中如风、雨、雪等的自然噪声，由于频率较低，可忽略其影响。

移动通信网是多频道、多电台同时工作的通信系统。当移动台工作时，往往受到来自其他电台的干扰，主要的干扰有互调干扰、邻道干扰及同频干扰等。因此，无论在系统设计中，还是在组网时，都必须对各种干扰问题予以充分考虑。

（1）互调干扰

互调干扰是指两个或多个信号作用在通信设备的“非线性器件”上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰的现象。互调干扰是由于在接收机中使用“非线性器件”而引起的。如接收机的混频，当输入回路的选择性不好时，就会使不少干扰信号随着有用信号一起进入混频级，最终形成对有用信号的干扰。

（2）邻道干扰

邻道干扰是指相邻或邻近的信道（或频道）之间的干扰，是由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰。如当两个用户距离基站位置差异较大，且这两个用户所占用的信道为相邻或邻近信道时，距离基站近的用户信号较强，而远的用户信号较弱，因此，距离基站近的用户有可能对距离基站远的用户造成干扰。为解决这个问题，在移动通信设备中，采用了自动功率控制电路，以调节发射功率。

（3）同频干扰

同频干扰是指相同载频电台之间的干扰。由于蜂窝式移动通信采用同频复用来规划小区，这就使系统中相同频率电台之间的同频干扰成为其特有的干扰。这种干扰主要与组网方式有关，在设计和规划移动通信网时必须予以充分重视。

4.对移动台的要求高

移动台长期处于不固定位置状态，外界的影响很难预料，如尘土、振动、碰撞、日晒、雨淋等，这就要求移动台具有很强的适应能力；此外，还要求性能稳定可靠，携带方便，小巧，低功耗，以及能耐高、低温等；同时，要尽量使用户操作方便，适应新业务、新技术的发展，以满足不同人群的使用。这就给移动台的设计和制造带来了很大困难。

5.通道容量有限

频率是一种有限的资源。由于适于移动通信的频段仅限于UHF和VHF，所以可用的通道容量也是极其有限的。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，如采取窄带化、缩小频带间隔、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，增加用户容量。但除此之外，每个城市在通信建设中要做出长期增容的规划，以利于今后发展需要。

6.通信系统复杂

由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道进行频率和功率控制，以及选用地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术，这就使其信令种类比固定网要复杂得多。此外，在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的。