（通信企业管理）移动通信
概述
移动通信概述
目录
第壹章移动通信的发展简史………………………………………1
第二章几种移动通信制式概述…………………………………11
一、 频分多址……………………………………………14
二、 时分多址……………………………………………16
三、 码分多址……………………………………………18
第三章数字网络结构……………………………………………25
一、数字蜂窝移动网络组成及各部分功能……………26
二、网络结构……………………………………………38
三、信令网结构…………………………………………44
第四章无线传播特性的分析……………………………………49
第五章天线系统概述……………………………………………73
一、 天线的基本性能和参数……………………………74
二、 移动通信中使用的各种类型天线…………………80
三、 移动天线产品技术走向……………………………82
第六章移动通信发展趋势………………………………………85
附录壹几种常用的天线…………………………………………105
第壹章
移动通信的发展简史
1897年，.马克尼所完成的无线通信实验，虽然今天见来仅仅
是壹个简单的固定点和壹艘拖船之间的通信，但却宣告了移动通信的
诞生。人类通信技术从此步入了壹个崭新的阶段。于接下来的 100年
里，移动通信以壹种加速度不断的发展着，各种技术不断被应用到移
动通信中，且日臻完善。大规模集成芯片技术，光纤通信技术，软件
技术，交换技术，等等，陈出不穷，丰富多彩。移动通信的能力不断
得到改善，容量提升，频率利用率高，系统性能越来越好，通信产品
越来越精巧，品种越来越丰富，将来会以更短的，更快的速度推出。
回顾移动通信发展的历史，对此会更有体会，它大致经历了五个阶段。
1897年，.马克尼所完成的无线通信实验，宣告了移动通信的诞生。
第壹阶段从本世纪初到 40年代，为早期发展阶段。于这期间，首
先于短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律
市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为 2MHz，到 40年代
提高到 30～40MHz。能够认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，
特点是专用系统开发，工作频率较低。
第二阶段从 40年代中期到 60年代初期。于次期间内，公用移动
通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会（FCC）的计
划，贝尔系统于圣路易城建立了世界上第壹个公用汽车电话网，称为
“城市系统”。当时使用三个频道，间隔为 120kHz，通信方式为单工，
随后，西德（1950）、法国（1956）、英国（1959）等国相继研制了公
用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。
这壹阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，
网的容量较小。
第三阶段从 60年代中期到 70年代中期。于此期间，美国推出了
改进型移动电话系统(IMTS)，使用 150MHz和 450MHz频段，采用大区
制，中小容量，实现了无线频道自动选择且能够自动接续到公用电话
网。德国也推出了具有相同技术水平的 B网。能够说，这壹阶段是移
动通信改进和完善的阶段，其特点是采用大区制，中小容量，使用
450MHz频段，实现了自动选频和自动接续。
·第壹阶段从本世纪初到 40年代，为早期发展阶段。
·第二阶段从 40年代中期到 60年代初期。
·第三阶段从 60年代中期到 70年代中期。
第四阶段从 70年代中期到 80年代中期，这是移动通信蓬勃发展
时期。1978年底，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（AMPS），
建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1983年，首次于芝
加哥投入商用。同年 12月，于华盛顿也开始使用。之后，服务区域
于美国逐渐扩大。到 1985年 3月已扩展到 47个地区，约 10万移动
用户。其他工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本和
1979年推出 800MHz汽车电话系统（HAMTS），于东京、大阪、神户等
地投入商用。西德于 1984年完成 C网，频段为 450MHz。英国于 1985
年开发出全地址通信系统（TACS）,首先于伦敦投入使用，以后覆盖
了全国，频段为 900MHz。加拿大推出 450MHz 移动电话系统（MTS）。
瑞典等北欧四国于 1980年开发出 NMT—450移动通信网，且投入了使
用。
这壹阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，且于世界各地迅
速发展。移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增加这壹主要推
动力之外，仍有几方面技术进展所提供的条件。首先，微电子技术于
这壹时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能
性，各种轻便电台被不断地推出。其次，提出且形成了移动通信新体
制。随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须
探索新体制。于着方面最重要的突破是贝尔实验室于 70年代提出的
蜂窝网的概念。蜂窝网，即所谓小区制，由于实现了频率再用，大大
的提高了系统容量。能够说，蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统
要求容量大和频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成
电路的发展而出现的微处理技术日趋成熟，以及计算机的技术的迅猛
发展，从而为大型通信网的管理和控制提供了技术手段。
·第四阶段从 70年代中期到 80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时
期。
第五阶段从 80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时
期。
以 AMPS和 TACS为代表的第壹代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂
窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了壹些问题。例如，频谱利用率
低，移动设备复杂，费用较贵，业务种类受限制以及通话易被窃听等，
最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的用户需求。解决这些问
题的方法是开发新壹代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱
利用率高，可大大提高系统容量。另外数字网能提供语音、数据多种
业务服务，且和 ISDN等兼容。实际上，早于 70年代末期，当模拟蜂
窝系统仍处于开发阶段时，壹些发达国家就着手数字移动通信系统的
研究。到 80年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）
的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信的体制。
和其他现代技术的发展壹样，移动通信技术的发展也呈现加快趋势，
目前，当数字蜂窝网正方兴未艾时，关于未来移动通信的讨论已如火
如荼地展开。各种方案纷纷出台，其中最热门的是所谓个人移动通信。
关于这种系统的概念和结构，各家解释且未壹致。但有壹点是肯定的，
即未来移动通信系统将提供全球性优质服务，真正实现任何时候、任
何地点、向任何人提供通信服务这壹移动通信的最高目标。
·第五阶段从 80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时
期。
第二章
几种移动通信制式概述
壹个无线电信号能够用若干个参量来表征，其中最基本的是信号
的射频频率、信号出现的时间、信号出现的空间、信号的码型、信号
的波型等。按照这些参量的分割，能够实现的多址连接有频分多址
（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址(CDMA)等，目前，于移动通信
系统中所采用的多址方式主要也是这三种。
·频分多址（FDMA）
·时分多址（TDMA）
·码分多址(CDMA)
一、 频分多址
频分多址是把通信系统的总频段划分若干个等间隔的互不重叠的
频道分配给不同的用户使用。每个频道只能传壹路话音信号，而于相
邻频道之间无明显干扰。为了实现双工通信，收发使用不同的频率，
收发频率之间间隔为 45MHz，我国模拟移动通信的频段是 890-905MHz
（移动台发，基站收）和 935-950MHz（基站发，移动台收），有 15MHz
的带宽，每信道带宽为 25KHz，从而共有 600个信道。
频分多址系统不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，
移动台设备相对简单，共同设备的成本高，所有的 FDMA系统中，均
有壹个严重的缺点，那就是为了满足给定数量的用户的通信要求，基
站需要相当多的设备。这是由于每载波单路的设计造成的。例如于给
定的小区中有 1000用户，需要于小区基站设 50路左右的频道以满足
用户的需求，FDMA系统于小区基站上就需要 50个频道的设备，即 50
台收发信机。如果采用时分多址 TDMA系统，如采用五个时隙的复用
设备，只需要 10个频道的收发信机设备。
频分多址移动通信的优点是技术比较成熟、容易实现、覆盖范围
较大等。缺点是频率利用率低、保密性差、设备复杂、维护量大等。
二、 时分多址
时分多址是把无线信道分割成周期性帧，每壹帧再分割成若干个
时隙，然后根据壹定的时隙分配原则，使移动台于每帧中按指定的时
隙向基站发送信号，基站能够于各时隙中接受到移动台的信号而不混
扰。同时基站发向多个移动台的信号均按规定于预定的时隙中发射，
各移动台于指定的时隙中接受。
时分多址只能传送数字信息，话音必须先进行模数变换（数字语
音编码），再送到调制器对载波进行调制，然后以突发信号的形式发
射出去。时分多址方式能够有效地提高频谱利用率、减少基站工作载
波数，从而降低基站的造价，同时仍能够方便地接受非话业务的传输。
移动台于利用空闲时隙监测基站的信号电平，判别移动台是否需要切
换，且为移动台的切换提供依据。
时分多址移动通信系统是数字移动通信系统，它比模拟移动通信
系统有抗干扰能力强、频率利用率高等优点，缺点是时分多址移动通
信系统话音失真大、手机发射功率大等。
三、 码分多址
于码分多址系统中，不同的移动用户传输信息所用的信号不是靠
频率不同或时隙不同来区分的，而是用各自不同的编码序列来区分，
或者靠信号的不同波型来区分。从频域或时域上来见，多个 CDMA信
号是重叠的。接受机用关联器从多个 CDMA信号中选出其中使用预定
码型的信号。其他使用不同码型的信号因为和接受机本地产生的码型
不同而不能被解调。
于 CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转
发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用壹个频
率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输除去传输业务
信息外，仍必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设
置相应的信道。可是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传
送何种信息的信道均靠采用不同的码型来区分。类似的信道属于逻辑
信道。这些逻辑信道无论从频域或时域来见均是互相重叠的，或者说
它们均占用相同的频段和时间。
左图给出的是 CDMA通信系统的逻辑信道示意图。
码分多址蜂窝通信系统的特点
a. 根据理论分析，CDMA蜂窝移动通信系统和 FDMA模拟蜂窝通信
系统或 TDMA数字蜂窝通信系统相比具有更大的通信量。
蜂窝通信系统的全部用户共享壹个无线信道，用户信号的
区分只是所用码型的不同。故当蜂窝通信系统的负荷满载时，另
外增加少数用户，只会引起话音质量的轻微下降，或者说信噪比
稍微降低，而不会出现阻塞现象。这种现象和 FDMA蜂窝通信系
统或 TDMA蜂窝通信系统均不相同。于 FDMA系统和 TDMA系统中，
当全部频道或时隙被占满以后，哪怕只增加壹个用户也不可能。
CDMA蜂窝通信系统的这种特征，使系统的容量和质量之间存于
壹种“软”的关系。于业务高峰期间，有可能于壹定程度上，稍
微降低系统的误码性能，以适当增多系统的用户数，即短时间内
提供稍多的可用信道数。
c. 于其他蜂窝通信系统中，当用户进行小区切换时，如找不到可
用频道或时隙时，通信必然中断。CDMA蜂窝通信系统能够避免
发生类似的现象，软容量特性使系统能够支持过载切换的用户，
直到它切换成功，只是其他用户的通信质量可能受到壹些影响，
再加上小区切换时，只须改变码型，用不着切换频率，相对而言，
其管理和控制比较简单，所以说，CDMA蜂窝通信系统具有“软
切换”能力。
蜂窝通信系统能够充分利用人类对话的不连续特性，实现
话音激活技术以提高系统的通信容量。
·具有更大的通信量
·容量和质量之间存于壹种“软”的关系
·“软切换”能力
·实现话音激活技术以提高系统的通信容量
e. CDMA蜂窝通信系统以扩频技术为基础，因而它具有扩频通信系
统所固有的优点，如抗干扰、抗多径衰落和具有保密性等。
·扩频技术
第三章
数字网络结构
一、 数字蜂窝移动网络组成及各部分功能
数字蜂窝网络系统由三个部分组成：交换系统，基站系统，操作
和支持系统，见图。
1.交换系统
交换系统由移动业务交换中心（MSC）、本地用户位置登记器(HLR)、
外来用户位置登记器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备身份登记器(EIR)
移动台
移动台
基站
基站
移 动 业 务
交换中心
设 备 识 别
寄存器
本 地 用 户 位
置寄存器
外 来 用 户 位
置寄存器
鉴权中心
操 作 和 维
护中心
移 动 业 务
交换中心
公用电话交换网
公共数据网
无线接口 A 接口
与固定网络的
接口
五个部分组成。
a.移动业务交换中心(MSC)
移动业务交换中心完成系统的电话交换功能。负责建立呼叫、路
由选择、控制和终止呼叫，负责管理交换区内部的切换和补充业务，
且且负责收集计费和帐单信息，用于协调和固定电话交换网之间的业
务，完成公共信道信令及网络的接口。它能够提供和其他非话业务之
间正确互联工作所需要的功能，例如公共分组数据交换业务。
b.本地用户位置登记器(HLR)
本地用户位置登记器用于管理移动用户的主要数据库，根据网络
的规模，系统可有壹个或多个本地用户位置登记器，登记器中存储俩
种类型的数据。
→用户信息登记于本地用户位置登记器中，用户信息中注册的有
关电信业务、传真业务和补充业务等方面的数据。
→位置信息：利用位置信息能正确的选择路由，将呼叫接通移动
台，这是通过该移动台目前所于区域提供服务的移动交换中心来完成
的。
c.外来用户位置登记器（VLR）
外来用户位置登记器是壹个移动用户漫游到了壹个新的移动交换
中心区域，该移动交换中心的外来用户位置登记器将向本地用户位置
登记器询问该移动台的数据，本地用户位置登记器也存储该移动台将
要被登记的外来用户位置登记器的地址。
如果这个移动台于此之后想打电话，外来用户位置登记器具有建
立呼叫所需的所有数据，因此不需要询问本地用户位置登记器。这样
能够认为外来用户位置登记器是本地用户位置登记器的壹个分布式
复制器。
移动业务交换中心(MSC)
本地用户位置登记器(HLR)
交换系统外来用户位置登记器（VLR）
鉴权中心（AUC）
设备身份登记器(EIR)
d.鉴权中心（AUC）
鉴权中心和本地用户位置登记器连接于壹起，它为本地用户位置
登记器提供壹个和用户有关的且用于安全方面的鉴别参数和加密密
钥。
e.设备身份登记器(EIR)
移动台由它的国际移动设备身份号(IMEI)来识别，而用户则由它
的国际移动用户身份号(IMSI)来识别。
为了防止非法使用偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备，壹
个设备身份登记器被连接到移动业务交换中心，移动业务交换中心利
用设备身份登记器来检查用户所使用的设备的身份号的有效性。
2.基站系统（BSS）
基站系统包含俩个部分：基站控制器（BSC）和基站收发信机
(BTS)。通常，交换系统中的壹个 MSC监控壹个或多个 BSC，每个 BSC
控制多个 BTS。
基站控制器是壹个高容量的交换机，负责系统和无线有关的功能，
如切换、无线网络资源管理和蜂窝数据等。
于每次通话的过程中，基站接受机能够监测到基站的信号强度且
送给基站控制器，使控制器决定什么时刻切换，切换到哪壹个基站小
区。基站控制器也具有对移动台的功率控制功能，降低移动台的发射
功率电平，可延长移动台的工作时间（电池工作时间长了），减少对
其他用户之间的干扰。
基站控制器(BSC)
基站系统
基站（BTS）
3.操作和维护中心 OMC（OperationandMaintenanceCentre）
OMC用于集中监控其他网络实体（如基站、交换机、数据库等）
以及监视网络服务质量。
目前各生产商均有自己的 OMC，但它们互相之间于各个方面均不
兼容，无线基站设备生产商生产的 OMC犹其如此。无线基站设备生产
商的 OMC壹般是壹种单独的设备，数字交换设备生产商生产的 OMC壹
般是和设备结合于壹起的，是硬件的壹部分，但于功能上分开。
有俩种类型的 OMC：
OMC（R）——指控制基站系统的 OMC。
OMC（S）——指控制网络交换系统的 OMC。
ITS－TS推荐，OMC应支持以下功能：
6
4×3 复用模式
1
5
2
9
1 5
2
6
1
0
9
1
0
73
84
7
1
1
3
11
4
8
12
1
2 2 6
1
0 3
7
11
4
8
1
2
1
5
9
2
6
1
01
5
9 4 8
1
2
3
7
1
1
事件/告警管理
故障管理
统计数据管理
配置管理
安全管理
OMC的功能结构如对面图所示。
OMC功能结构
统计管理
操作
系统
4.移动台（MS）
系统中移动台有车载台、便携台和手持台。每个移动台有壹个身
份号。移动台设备本身由壹个独特的国际移动设备身份号(IMEI)来区
别。当移动台被壹个用户使用时，它仍有壹个国际移动用户身份号
(IMSI)。国际移动用户身份号可做到壹个用户身份模块（SIM）中，
这样移动用户能够插入他的身份模块且使用符合系统规范的卡来驱
动移动台。IMSI通常不于无线信道上使用，取而代之的是壹个临时身
份，这个临时移动用户身份号(TMSI)是当移动台被来访者位置登记器
登记时，被分配给移动台的。
移动台设备
移动台
用户识别卡（SIM）
二、网络结构
1. 移动业务本地网的网络结构
a、全国划分为若干个移动业务本地网，原则上长途编号区为
壹位、二位、三位的地区可建立移动业务本地网，它可归属于某长
途编号区为壹位、二位、三位地区的移动业务本地网。每个移动业
务本地网应相应设立 HLR，用于存储归属该移动业务本地网的所有
用户的有关数据。
每个移动业务本地网中可设壹个或若干个移动业务交换中心
MSC。
b、移动业务本地网中，每个 MSC和局所于的长途局相连，且
和局所于的市话汇接局相连。于长途局多局制地区，MSC应和该地
区的高壹级长途局相连。如没有市话汇接局的地区，可和本地市话
端局相连，如右图所示。
长途编号区 2
长途编号区 3
长途编号区 1
2. 省内数字公用陆地蜂窝移动通信网
a.省内数字公用陆地蜂窝移动通信网由省内的各移动业务本地网
构成，省内若干个移动业务汇接中心也称二级汇接中心或省级
汇接中心。二级汇接中心能够只作汇接中心，或者既作端局又
作汇接中心的移动业务交换中心。
b.省内数字公用陆地蜂窝移动通信网中的每壹个移动端局，至少
应和省内俩个二级汇接中心相连，省内的二级汇接中心之间为
网状的，如图所示。
全国数字公用陆地蜂窝移动通信网的网络结构，如图所示。于大
区设立壹级移动业务汇接中心，通常为单独设置的移动业务汇接中心。
省内二级汇接中心应和相应的汇接中心相连。壹级汇接中心之间为网
状网。
MSC/VLR MSC/VLR
LSTS3TS1LS
HLR
TS2 LS
PSTNPLMNPSTN
三、信令网结构
信令网有俩种结构，壹是全国 网，二是组建移动专用的
信令网，是全国网的壹部分，它最简单、最经济、最合理，因为
信令网就是为多种业务共同服务的，但短期内全国 信令网不可
能具备此能力。因此，对于建网初级，要建移动网专用的 信令
网。因为省内的 信令网是通信专网，信令要使电话用户部分和
移动用户应用部分的消息传输比较可靠。信令网和通信网之间的关系，
如图所示。
信令网结构
通信网结构以每个省内设 2~4个低级信号转接点 LSTP（第二级），
通信网
LE
SP
SP
SP
信
令网
HLR VLR
TE TE
MSC BS
MSC BS
信令网结构（a）
壹般设于省汇接中心（TMSC中心）移动汇接局，MSC、VLR、HLR、
AUC、EIR信令点至少要接到俩个 LSTP点上，每个移动本地网中，HLR
至 MSC间要有信令专线，省际间初始经 PSTN网互连，因主要是 MAP
消息于信令网中传输，信令线中断仅影响到漫游，因而初始阶段各大
区可只建壹个高级信号转接点 HSTP（第壹级）单星型结构，各省的
LSTP接到大区中心 HSTP点上，建 A、B俩个平面。各大区可建壹对 HSTP
点。
为向全国信令网过渡，移动网中信令点编码要求采用 24位，但
目前国外厂家只有 14位信令设备，考虑到开始建信令专网，允许初
期经邮电部电信总局批准，使用统壹分配的 14位信令编码，随着全
国公用 网的建设，逐步过渡到 24位信令点编码。国际信号点编
码格式如表所示。
表国际信号点编码格式
NML KJIHGFED CBA
大区识别 区域网识别 信点识别
信号区域网编码 SANC
国际信号点编码 ISPC
表中，NML：识别世界编码大区；
K~D：识别世界编码大区内的地理区域或区域网：
CBA：识别地理区域或区域网内的信号点。
NML和 K至 D俩部分合起来的名称为信号区域网编号，每个国家
均分配了壹个或几个备用的 SANC。如果壹个不够用（SANC中的 8个
编码不够用）可申请备用。我国国内信号网信号点编码如表所示。
表我国国内信号网信号点编码
8 8 8
主信号区 分信号区 信号点
省、自治区、直
辖市
地区、地级市，直辖市内的汇接
区、郊区
电信网中的交换局
于国际电话连接中，国际接口局负责俩个信号点编码的转换。
SP
SP
SP
SP
信令网
LE
通信网
HLR VLR
MSC BS
HLR VLR
MSC BS
HLR VLR
MSC BS
TE TE
信令网结构（c）
第四章
无线传播的分析方法
于规划和建设城市蜂窝数字移动网时，从选择频段、分配频率、
考虑无线电覆盖范围、计算通信可用度、以及系统内和系统间的干扰，
到最终确定无线设备的参数，均有赖于对信道及电波特性的了解。
移动通信中电波传播特性主要受到以下因素的影响：频率，距离，
极化方式，天线高度，地形，地物，地面及各种散射和反射物体的电
特性参数，时间，季节等多种因素的影响。于特定的环境中，主要取
决于频率、距离和天线高度。随着移动体种类的不同、传播环境的变
化以及使用频段的差异，移动通信的传播方式各不相同，其传播特性
也自然不壹样。这样，于不同地区、不同城市中的移动信道特性究竟
如何，目前只能于这些环境中用场强实测所获取的数据来确定。
移动通信中电波传播特性主要受到以下因素的影响：频率，距离，
极化方式，天线高度，地形，地物，地面及各种散射和反射物体的电
特性参数，时间，季节等多种因素的影响。
为解决移动通信系统的规划设计问题，必须搞清楚三个问题：
1.无线电信号于移动通信中可能发生的变化以及发生这些变化的
原因。
2.对于特定的无线传输技术，这些变化对传输质量和系统性能有
什么影响。
3.有哪些方法和技术可供用来克服这些不利影响。
1.无线电信号于移动通信中可能发生的变化以及发生这些变化的原
因。
2.对于特定的无线传输技术，这些变化对传输质量和系统性能有什么
影响。
3.有哪些方法和技术可供用来克服这些不利影响。
对移动通信进行研究的基本方法有三种：1.理论分析，即用电
磁场理论或统计理论分析电波于移动环境中的传播特性。且用各种数
学模型来描述移动信道。往往要提出壹些假设条件使信道数学模型化，
所以数学模型对信道的描述均是近似的。即使这样，信道的理论模型
对人们认识和研究移动通信仍可起指导作用。2.现场电波传播测试，
即于不同的传播环境中，做电波传播实测试验。测试参数包括接受信
号幅度、延时以及其他反映信道特征的参数。对实测数据进行统计分
析，能够得出壹些有用的结果。由于移动环境的多样性，现场实测壹
直被作为研究移动通信的重要方法。3.计算机模拟，这是近年来随着
计算机技术的发展而出现的研究方法。计算机于硬件支持下，具有很
强的计算能力，能灵活快速的模拟各种移动环境。
1.理论分析
2.现场电波传播测试
3.计算机模拟
移动环境中电波传播特性研究的结果往往用下述俩种方式给出：
第壹：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。例如，理
论分析和实测试验结果表明，于移动环境中接受信号的幅度于大多数
的情况下符合瑞利分布。于有些情况，则更符合莱斯分布。电波衰落
特性的统计规律，为研究移动信道抗衰落技术提供了基本依据。
第二：建立电波传播模型。模型可包括图表，近似计算公式等。
应用电波传播模型可对无线电波于传播过程中的损耗进行预测，直接
为系统工程设计服务。
第壹：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。
第二：建立电波传播模型。
无线信号的理论分析
移动通信的传播如图1－1中的曲线所示，总体平均值随距离减弱，
但信号电平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对
信号反射，使得信号电平于几十米范围内有大幅度的变化，若移动台
于没有任何障碍物的环境下移动，则信号电平只和发射机的距离有关。
所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平。这个信号
的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不壹样的，通常于6－
8dB左右。快衰落是叠加于慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，
每秒可达几十次。除和地形地物有关，仍和移动台的速度和信号的波
长有关，且且幅度很大，可几十个dB，信号的变化呈瑞利分布。快衰
落往往会降低话音质量，所以要留快衰落的储备。
无线电波于自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单
的壹种。自由空间是满足下述条件的壹种理想空间：1.均匀无损耗的
无限大空间，2.各项同性，3.电导率为零。应用电磁场理论能够推出，
于自由空间传播条件下，传输损耗 Ls的表达式为：
Ls＝+20lgf+20lgd
自由空间基本传输损耗 Ls仅和频率 f和距离 d有关。当 f和 d扩大
壹倍时，Ls均增加 6dB，由此我们可知 GSM1800基站传播损耗于自由
空间就比 GSM900基站大 6个 dB，如图所示。
陆地移动信道的主要特征是多径传播，实际多径传播环境是十分
复杂的，于研究传播问题时往往将其简化，且且是从最简单的情况入
手。仅考虑从基站至移动台的直射波以及地面反射波的俩径模型是最Txpwr
Txpwr
DistanceDistance
覆盖距离覆盖距离
SignalSignal StrengthStrength
信号功率信号功率
DCSDCS SignalSignal AcceptanceAcceptance LevelLevel
DCSDCS信号干扰水平信号干扰水平
GSMGSM SignalSignal AcceptanceAcceptance LevelLevel
GSMGSM信号干扰水平信号干扰水平
GSM900
GSM1800 (DCS)
~6~6dBdB
简单的传播模型。俩径模型于图 3中示意给出，应用电磁场理论能够
推出，传输损耗 Lp的表达式为：
Lp=20lg(d²/(h1*h2))
由于移动环境的复杂性和多变性，要对接受信号中值进行准确计
算是相当困难的。无线通信工程上的做法是，于大量场强测试的基础
上，经过对数据的分析和统计处理，找出各种地形地物下的传播损耗
（或接受信号场强）和距离、频率以及天线高度的关系，给出传播特
性的各种图表和计算公式，建立传播预测模型，从而能用较简单的方
法预测接受信号的中值。
于移动通信领域，已建立了许多场强预测模型，它们是根据于各
种地形地物环境中实测数据总结出来的，各有特点，能用于不同的场
合，以下就是移动通信中常见的俩种：
无线通信工程上的做法是，于大量场强测试的基础上，经过对数
据的分析和统计处理，找出各种地形地物下的传播损耗（或接受信号
场强）和距离、频率以及天线高度的关系，给出传播特性的各种图表
和计算公式，建立传播预测模型。
Okumura-Hata经验模式
市区，郊区，乡村公路，开阔区和林区等准平坦地形上的基本传输损
耗按下列公式分别预测。
L(市 区 ） ＝
++()lgd-a(h2)-s(a)
L(郊 区 〕
=+-2[lg(f/28)]²+()lgd-
a(h2)
L(乡 村 公
路)=+-[lg(f/28)]²(lgf)²+(-
)lgd-a(h2)
L(开 阔
区)=+(lgf)²+()lgd-
a(h2)
L(林区)=++()lgd-a(h2)
f----工作频率，MHz
h1---基站天线高度，m
h2---移动台天线高度，m
d----到基站的距离，km
a(h2)---移动台天线高度增益因子，dB
a(h2)=()+(中，小城市)
=[lg()]²(大城市)
s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB;
s(a)=30-25lga(5%<a≤50%)
=20+(lga)²(1%<a≤5%)
=20(a≤1%)
Okumura-Hata经验模式
L(市 区 ） ＝
++()lgd-a(h2)-s(a)
L(郊 区 〕
=+-2[lg(f/28)]²+()lgd-
a(h2)
L(乡 村 公
路)=+-[lg(f/28)]²(lgf)²+(-
)lgd-a(h2)
L(开 阔
区)=+(lgf)²+()lgd-
a(h2)
L(林区)=++()lgd-a(h2)
COST-231-Walfisch-lkegami模式
该模式分视距（LOS〕和非视距（NLOS）俩种情况
（1）视距情况
基本传输损耗采用下式计算
L＝+26lgd+20lgf
(2)非视距情况
基本传输损耗由三项组成
L＝Lo+Lmsd+Lrts
a)Lo代表自由空间损耗
Lo=+20lgd+20lgf
b)Lmsd是多重屏蔽的绕射损耗
c)Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗。
COST-231-Walfisch-lkegami模式
该模式分视距（LOS〕和非视距（NLOS）俩种情况
（1）视距情况
基本传输损耗采用下式计算
L＝+26lgd+20lgf
(2)非视距情况
基本传输损耗由三项组成
L＝Lo+Lmsd+Lrts
第五章
天线系统概述
任何需要辐射和接受电磁波的无线电设备均配有天线。天线是这
些无线电技术设备中用以辐射和接受电磁波的必不可少的壹个组成
部分。各种设备所完成的任务虽然各不相同，但天线于其中所起的作
用基本上是相同的。
天线应作为壹个系统，而不是孤立的接收或发送设备；要根据电
波传播条件设计天线，要有壹定程度的极化和方向图分集控制能力；
天线要适应环境条件，方向图和区域要求相壹致，且且允许于天线附
近有障碍物存于；天线要和车辆或平台综合考虑，设计天线时要考虑
人手和身体的影响以及可能存于的干扰；要研究新的制作技术，要开
发新材料和集成电子新技术；具有使用户使用方便和可靠的性能，要
有最少的可动部件和开关部件，要有高可靠度的机械设计。
一、 天线的基本性能和参数
天线的性能能够用许多参数来衡量。根据互易定理—即天线用作
发射和接收时进行能量转换过程的可逆行，它们的参数于发射和接
收时保持不变。因此于研究天线性能时，有些参数不必指明是发射
天线仍是接收天线，但有些参数，如额定功率等，通常只对发射功
率才有意义。
环境
传播系统
天线
分集集成结构
增益 带宽 方向图
邻近效应
人体效应
多路径
衰落
延迟
距离
区域
天线的基本性能和参数
1.于定向辐射的能力方面，要求天线具有这样或那样的方向性，
为了表示天线的方向性，人们就引入了水平方向图波瓣宽度、
垂直方向图波瓣宽度等参数。
2.天线实际上是作为馈线的负载，它从馈线取得功率，变换成电
磁能，发射到空间。天线馈电端输入电压和输入电流的比值，
就是天线的输入阻抗，只有当天线的输入阻抗和馈线匹配时，
传输的效率最高，功率最大限度的被送到天线。
3.天线是开放性的辐射装置，它的输入阻抗于壹定程度上取决于
周围的辐射环境。实际上天线和馈线不能和完全的匹配，阻抗
的偏差需要规定壹定的容限，其表示方法是驻波比。
4.极化是指天线辐射的电场矢量于空间的取向。能够分为线极化、
圆极化、椭圆极化等各种形式。线极化又有垂直极化和水平极
化之分。不同极化的电波于传播时有不同的特点。根据移动台
天线接近地面的特点，移动通信大多使用垂直极化。
5.天线包括它的匹配、平衡、移相或其他耦合装置，其所能承受
的功率是有限的。用作发信的天线，应该根据发信的功率对天
线提出功率容限的要求。
·水平方向图波瓣宽度、垂直方向图波瓣宽度
·输入阻抗
·驻波比
·垂直极化和水平极化
·功率容限
6.上述所有的电参数实际上均和频率有关，这些电参数均是于壹定
的工作频率上设计的，但实际上天线且非工作于点频，而是存于
着壹定的工作频率范围。工作频率偏离设计频率时，往往要引起
天线各个电参数的变化，例如，方向图波瓣宽度的增大、旁瓣电
平的增高、输入阻抗的改变以及极化特性的改变等。当然，天线
的各种特性参数于壹定的频率范围内随频率变化而变动也是容
许的，通常根据采用此天线的无线电设备的要求，规定天线电参
数容许的变动范围。当工作频率变化时，天线的各种电参数不超
出规定的容许变动范围的频率范围，称为天线的频带宽度。
·频带宽度
二、移动通信中使用的各种类型天线
a.全向天线
全向天线，即于水平方向图上表现为 360°均均匀辐射，也就是
平常所说的无方向性，于垂直方向图上表现为有壹定宽度的波
束，壹般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线于移动通
信系统中壹般应用和郊县大区制的站型，覆盖范围大。
b.定向天线
定向天线，于于水平方向图上表现为壹定角度范围辐射，也就
是平常所说的有方向性，于垂直方向图上表现为有壹定宽度的
波束，同全向天线壹样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线
于移动通信系统中壹般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，
用户密度大，频率利用率高。
c.泄漏电缆
泄漏电缆，顾名思义也就是通过电缆或馈线开缝，放射少量的
射频信号，达到覆盖的目的。这种天线比较适合和隧道或地铁
等情况。
d.微蜂窝天线
微蜂窝天线根据微蜂窝的特性，即覆盖区域小（半径 2～3百米），
或只有室内覆盖，它的天线增益也就比较小，壹般小于 10个
db，宏蜂窝天线壹般大于 10个 db，微蜂窝天线也有全向的和定
向的。
全向天线
定向天线
移动通信中使用的各种类型天线
泄漏电缆
微蜂窝天线
三、移动天线产品技术走向
从技术面分析，移动系统天线将向自适应多波束技术发展，天
线技术的主流是多波段、电调、双极化及自适应智能天线。
a.双极化技术
单极化天线所采取的空间分集方式比双极化方式效果要稍好
壹些，但壹个基站所需的天线是双极化天线的俩倍且占用的空间太
大，双极化天线最主要的优点是节省空间，方便安装；目前主推±45
°交叉双极化天线。
b.电调技术
随着移动用户的增加，系统网络变得越来越复杂，小区覆盖越
来越小，光靠天线机械调节角度，已经不适合无线传播的要求，因
为小区覆盖范围的减小主要靠调节天线的下倾角，如果机械调节下
倾角过大，会引起波束的畸变（特别是高楼林立，地形复杂的地区），
导致小区间重叠过多，干扰增大，引起掉话、串话等不利因素；为
了解决这方面的问题，最近发展起来的电调技术就是顺应了此类要
求；电调技术通过调节振子相位，使天线辐射信号于空间的各个方
向同时向下收缩，天线每个方向的场强强度同时增大或减小，从而
保证于改变倾角后，天线方向图形状变化不大。
c.自适应多波束天线
属智能天线范畴，根据移动用户量，通过调整振子相位等方式，
调整各波束的方向及强度，能有效的减少同频干扰，减少衰落，增
加覆盖，适应高话务量及环境复杂的移动通信环境。
移动天线产品技术走向
·双极化技术
·电调技术
·自适应多波束天线
第六章
GSM系统的发展方向
综述
第二代蜂窝移动通信系统于世界范围取得了巨大的成功，特别是
GSM（全球通）系统已于壹百多个国家拥有超过 亿用户，且正于
高速发展之中。据统计，截止到 1999年 4月底，我国的 GSM网络已
覆盖全国 96%之上的县市，移动用户 3000多万（其中中国电信用户
2800万，中国联通用户 200多万），且以超过 100%的年平均增长率高
速发展，中国电信早已成为全球最大的 GSM蜂窝网络的运营者。
目前，话音仍是第二代移动通信的主流业务，但随着互联网
（Internet）的高速崛起，移动接入互联网、电子商务、移动计算等
日益引起业界的广泛重视，通过无线空中接口的数据通信的需求飞速
发展，移动网的数据业务、多媒体业务被普遍见好。目前 GSM的标准
数据速率为 ，已可提供短消息业务（SMS）、语音信箱、电子
邮件等低速率业务。但这已不能满足社会对移动数据通信，特别是对
宽带多媒体移动通信日益增长的要求。为此，国际电信联盟（ITU）
正于组织进行第三代移动通信系统 IMT-2000的标准制定工作。
第二代移动通信系统：
话音业务（主流）
短消息业务（SMS）
低速率数据业务电子邮件（E-mail）
语音信箱
第三代移动通信系统：
话音业务
移动接入互联网
电子商务
高速率数据业务移动计算业务
图象及多媒体业务
其它高速数据业务
综述…
IMT-2000
主要是指第三代移动通信系统工作于 2000MHz频段且于 2000年左
右投入商用，目标是要将包括蜂窝系统、无绳系统和卫星通信系统等
等于内的所有网络及多种移动通信技术融为壹体，实现全球无缝覆盖。
它不但要满足多速率、多环境、多业务的要求，也应当具有将当下的
移动通信系统集成为统壹的可替代系统，实现全球化、综合化、个人
化能力。其提供业务的速率，广域移动业务速率达 384kbps，局域固
定业务达 2Mbps。
IMT-2000:
所有网络系统及多种移动通信技术融为壹体:
蜂窝系统
无绳系统
卫星通信系统
要求:
多速率
多环境
多业务
实现特点:
全球化能力
综合化能力
个人化能力
GSM系统应向第三代移动通信系统平滑过渡
鉴于第二代移动通信系统已建立了庞大的基础网络和拥有巨量的
用户，第三代系统将会和第二代系统于相当长的时间内共存。因此第
三代系统的发展策略是采用“家族”概念，尽可能利用第二代系统的
基础网络设施和接口协议，能支持第二代系统业务，可实现俩代系统
的互通、漫游和软切换，且支持现有第二代系统向第三代系统演进发
展，当演进系统于网络和业务能力上满足第三代系统要求，均可成为
IMT-2000的“家族”成员。
虽然中国的移动通信发展非常快，但目前普及率仍不到3%，发展
潜力仍然非常大，预计到2000年全国蜂窝移动电话用户将达4600万，
2005年将达1亿，普及率为8%，到2010年可能达到3亿左右的用户量。
因而，于网络上我们希望第二代移动通信系统即GSM系统能够平滑地
向第三代移动通信系统过渡，而且壹定要实现不同网络“家族成员”
的互联互通，以保证于不同网络之间的无缝漫游。
对于向第三代系统过渡，ETSI（欧洲电信标准协会）多年来进行
了俩方面的工作。壹方面是组织了UMTS系统的研究，目前已发展成
IMT-2000RTT的WCDMA提案，它采用全新的空中接口技术，工作于2GHz
的新频段以最佳地满足第三代系统的要求；另壹方面工作，于保留GSM
空中接口的时隙结构和频段的基础上，采取分阶段演进，以收到投资
少，见效快，充分利用前期对第二代系统的投入，开展第三代系统业
务的效果。
“家族”概念：
尽可能利用第二代系统的基础网络设施和接口协议，能
支持第二代系统业务，可实现俩代系统的互通、漫游和软切
换，且支持现有第二代系统向第三代系统演进发展。
优点：
投资少：充分利用前期对第二代系统的投入
见效快：迅速开展第三代系统业务
ETSI方案：
发展标准IMT-2000RTT提案WCDMA，采用全新的空中接口
技术和工作频段
采取分阶段演进，保留GSM空中接口的时隙结构和频段
GSM系统应向第三代移动通信系统平滑过渡…
演进的第壹阶段GSM2和GSM2+，其标准已于1997年底通过其产品正
进行现场试验，不久将会投入商用。GSM2+定义了HSCSD
（High-SpeedCircuit-SwitchedData高速电路交换数据）和GPRS
（GeneralPacketRadioService通用分组无线业务）俩种工作模式，
以提高数据容量；演进的第二阶段，EDGE
（EnhancedDataRateforGSMEvolutionGSM演进增强数据速率）,它采
用高效的调制技术（8PSK）使传输速率提高至三倍，它包括ECSD
（EnhancedCircuit-SwitchedData）和EGPRS（EnhancedGPRS）俩种
工作模式，分别是HSCSDGPRS的进壹步发展。EDGE的标准正于制定中，
EDGE又分为俩个发展阶段，第壹阶段标准EDGEphase1预定1999年10月
底完成。
平滑演进：
第壹阶段：
HSCSD
高速电路交换数据
High-SpeedCircuit-SwitchedData
GPRS
通用分组无线业务
GeneralPacketRadioService
第二阶段：
EDGE
演进增强数据速率
EnhancedDataRateforGSMEvolutionGSM
包括：
ECSDEnhancedCircuit-SwitchedData
EGPRSEnhancedGPRS
GSM系统应向第三代移动通信系统平滑过渡…
我国建设GSM网络已投入了大量资金，通过投资少，见效快的演进
方法于原GSM网络上提供第三代系统的384kbps多媒体业务，是GSM系
统向第三代系统过渡的壹个经济有效的方法。它能够于相当长的时期
内充分利用GSM的无线频段、网络设施和接口协议，满足市场逐步增
长的对第三代系统多媒体业务的要求。
现有频段
新的频段
GSM系统向第三代系统的演进
发展第三代移动通信系统IMT-2000的现状及前景
IMT-2000系统的关键技术特性有：
*系统的全球性，要求设计上具有高度通用性，具有世界范围的
公用频段和漫游能力，具有世界范围的市场；
*业务上和固定网络业务的兼容性
*业务的多样性，不仅满足话音和数据等常用业务，仍要满足图
象及多媒体等新业务需求；
*高质量，要求各类移动通信的质量能达到和固定网相比拟的高
质量业务要求；
*具有全球漫游功能的小型的便携式终端。
基于之上原则，IMT-2000系统无线传输技术的基本要求包括较高
的频谱效率、适应多种无线运行环境、提供多种业务功能、较高业务
质量、网络的灵活性以及无缝覆盖能力等几方面。
IMT-2000系统的技术特性:
全球高度通用性
固定网络业务的兼容性
业务的多样性
高质量的业务要求；
全球漫游功能
小型便携式终端
IMT-2000系统无线传输要求：
较高的频谱效率
适应多种无线运行环境
提供多种业务功能
较高业务质量
网络的灵活性
无缝覆盖能力
IMT-2000现状
目前，国际电信联盟（ITU）共收到IMT-2000的各种提案16个，
其中地面RTT技术10个，卫星技术6个。其中欧洲和北美的WCDMA和
cdma2000俩个提案最具有竞争力，中国电信传输技术研究所对WCDMA、
cdma2000和我国提交的TD-SCDMA三种提案成功地进行了链路级和系统
级仿真工作，下面是三种RTT技术的主要技术特点：
WCDMA
*能适应多传输速率，灵活提供多种业务；
*基站之间不需要同步，不用GPS系统；
*上/下行链路利用快速功率控制；
*反向相干调制技术；
*使电磁干扰更小的连续发射技术。
cdma2000
*基于IS-95标准，如码片速率、软切换、功率控制、GPS同步等，容
易从现有的基于IS-95的系统平稳过渡；
*多数据速率和RF信道带宽；
*高速分组数据业务中的先进媒体接入控制方式；
*灵活的信令结构，可广泛的无线接口信令选择；
*先进的多媒体QoS控制功能。
WCDMA技术特点：
适应多传输速率，灵活提供多种业务
基站之间不需要同步，不用GPS系统
上/下行链路利用快速功率控制
反向相干调制技术
电磁干扰更小的连续发射技术
cdma2000技术特点：
基于IS-95标准
多数据速率和RF信道带宽；
先进媒体接入控制方式；
广泛的无线接口信令选择；
先进的多媒体QoS控制功能。
TD-SCDMA
*基于SCDMA和TDMA技术；
*于固定带宽中的码片速率;
*每载频分为8个时隙，每时隙又分为16个码信道；
*自适应TDD方案：不对称数据速率业务，智能天线，费用低；
*高频谱效率；
*先进的同步CDMA，智能天线系统和软件无线电技术。
据悉我国提交的TD-SCDMA方案最终已被列入IMT-2000CDMATDD部
分。
实际上，WCDMA和cdma2000于技术特点上非常相似，其中很多不
同之处也主要是因为各支持厂商为避免出现IPR问题，从而形成
IMT-2000标准融合的巨大障碍。码片速率的不同是这俩种提，提案争
论的焦点，支持W-CDMA和cdma2000的各厂商互不相让，但最后可能会
采用的折中值。采用的同步方式也不壹样，俩种提案各有长
短。cdma2000的困扰于于必须GPS同步，于其商用化过程中必然会遇
到各种实际情况的限制，目前cdma2000的支持者试图采用GPS同步和
系统主从同步可选的方式。
TD-SCDMA技术特点：
基于SCDMA和TDMA技术
于固定带宽中的码片速率
每载频分为8个时隙，每时隙又分为16个码信道
不对称数据速率业务，智能天线，费用低
高频谱效率
先进的同步CDMA，智能天线系统和软件无线电技术
IMT-2000前景
当前的第二代/二代半移动通信系统主要是面向话音业务和中低
速数据业务（~64Kbps）第三代移动通信系统则面向于
144Kbps~2Mbps的高速数据业务，是基于满足用户可移动性的多媒体、
Internet等高速数据业务需要的，也是移动通信发展的必然趋势，它
将改变传统的通信方式。
我国数据通信业务近几年发展得很快，但所占比例和话音业务相
比仍显得很低，而于未来7~10年内移动通信市场仍将以话音业务为主
导。因此，第三代移动通信系统很难迅速取代和胜任第二代的任务，
几年内仍见不到会出现对第三代移动通信业务的迫切和大量的需求。
专家预计2005年左右第三代移动通信商用系统将于我国启用。届时我
国将有近1亿GSM用户，如何解决第二代系统向第三代系统平滑地过渡，
是当前的首要问题。
目前对第三代移动通信业务需求程度：
多媒体等业务的发展程度和收费水平
便携式电脑、可视电话等移动终端的普及程度
固定网基本能满足用户对 Internet、E-mail等业务的
需求
系统和终端的价格的可接受程度
第三代系统很难迅速取代第二代系统：
第二、第三代间设备成本差距较大
移动终端的性能（体积、重量、通话时间、品牌数量）
有较大差距
第三代系统话音质量方面不比第二代有明显优势
容量方面，二三代处于大致相同的水平
无论如何，第三代移动通信系统是移动通信发展的必
然趋势！
附录壹
几种常用的天线
天线壹：双极化 90°定向天线
天线二：全向天线
天线三：室内双频天线
