蜂窝移动通信系统

通信系统

蜂窝移动通信系统是一种移动通信硬件架构，分为模拟蜂窝系统和数字蜂窝系统。由于构成系统覆盖的各通信基地台的信号覆盖呈六边形，从而使整个覆盖网络像一个蜂窝而得名，下面介绍蜂窝移动通信系统的相关知识。

概念

在蜂窝移动通信系统中，把信号覆盖区域分为一个个的小区，它可以是六边形，正方形，圆形或其它的一些形状，通常是六角蜂窝状。这些分区中的每一个被分配了多个频率（f1-f6），具有相应的基站。在其它分区中，可使用重复的频率，但相邻的分区不能使用相同频率，这会引起同信道干扰。

增加容量。与单一基站相比，蜂窝移动通信系统在不同分区中可以使用相同的频率完成不同的数据传输（频率复用）。而单一基站在同一频率上，只能有一个数据传输。然而，蜂窝移动通信系统中相同频率的使用不可避免地会干扰到使用相同的频率的其它基站。这意味着，在一个标准的FDMA系统中，在两个使用相同频率的基站之间必须有一个不同频率的基站。

图1频率复用示意图（4个频率）

简史

第一代蜂窝通信系统（1G）：1G是基于模拟技术，且基本面向模拟电话的通信系统。它诞生于80年代初，是移动通信的第一个基本框架——包含了基本蜂窝小区架构、频分复用，和漫游的理念。高级移动电话服务（AMPS）就是一种主流1G技术。

第二代蜂窝通信系统（2G）：2G网络标志着移动通信技术从模拟走向了数字时代。这个引入了数字信号处理技术的通信系统诞生于1992年。2G系统第一次引入了流行的用户身份模块（SIM）卡。主流2G接入技术是CDMA和TDMA。GSM是一种非常成功的TDMA网络，它从2G的时代到现在都在被广泛使用。2.5G网络出现与1995年后，它引入了合并包交换技术，对2G系统进行了扩展。

第三代蜂窝通信系统（3G）：3G的基本思想是在支持更高带宽和数据速率的同时，提供多媒体服务。3G同时采用了电路交换和包交换策略。主流3G接入技术是TDMA、CDMA、宽频带CDMA（WCDMA）、CDMA2000，和时分同步CDMA（TS-CDMA）。

第四代蜂窝通信系统（4G）：广泛普及的4G包含了若干种宽带无线接入通信系统。4G的特点可以用MAGIC描述，即移动多媒体、任何时间任何地点、全球漫游支持、集成无线方案，和定制化个人服务。4G系统不仅支持升级移动服务，也支持很多既存无线网络。

第五代蜂窝通信系统（5G）：对于5G和超4G无线网络通信，有一系列的设想。一些人认为它将是高密度网络，有着分布式MIMO以提供小型绿色柔性小区。先进的串扰和移动率管理也伴随着不同传输点和重叠的覆盖区之间的协作而实现。对每个小区的上行链路和下行链路传输，资源的使用也将更加灵活。用户连接支持多种无线接入技术，并且在它们之间切换时真正做到无缝兼容。人们普遍期待的认知无线技术，即智能无线技术，将会在主用户离开时，通过自适应查找并使用未占用的频谱，支持不同的无线技术高效共享同一个频谱。这一动态无线资源管理将基于软件无线电技术实现。

实际上，世界上主要有两个不同的组织分别沿着两条道路，进行着3G到4G的技术推进。它们分别是：

-全球范围互通性微波接入(WiMAX)：WiMAX主要由Sprint，Clearwire，和Intel主导。

-长期演进（LTE）：LTE主要由Ericsson、Nokia，和其他几家公司组织主导。

分类

常见的蜂窝移动通信系统按照功能的不同可以分为三类，它们分别是宏蜂窝、微蜂窝以及智能蜂窝，通常这三种蜂窝技术各有特点。

宏蜂窝技术

蜂窝移动通信系统中，在网络运营初期，运营商的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区，取得尽可能大的地域覆盖率，宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1 km～25 km，基站天线尽可能做得很高。在实际的宏蜂窝小内，通常存在着两种特殊的微小区域。一是“盲点”，由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域，它支持宏蜂窝中的大部分业务。以上两“点”问题的解决，往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。除了经济方面的原因外，从原理上讲，这两种方法也不能无限制地使用，因为扩大了系统覆盖，通信质量要下降；提高了通信质量，往往又要牺牲容量。近年来，随着用户的增加，宏蜂窝小区进行小区分裂，变得越来越小。当小区小到一定程度时，建站成本就会急剧增加，小区半径的缩小也会带来严重的干扰，另一方面，盲区仍然存在，热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收，微蜂窝技术就是为了解决以上难题而产生的。

微蜂窝技术

与宏蜂窝技术相比，微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等优点，该小区的覆盖半径为30 m～300 m，基站天线低于屋顶高度，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸，微蜂窝的应用主要有两方面：一是提高覆盖率，应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区，如地铁、地下室；二是提高容量，主要应用在高话务量地区，如繁华的商业街、购物中心、体育场等。微蜂窝在作为提高网络容量的应用时一般与宏蜂窝构成多层网。宏蜂窝进行大面积的覆盖，作为多层网的底层，微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上，构成多层网的上层，微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区，有独立的广播信道。

智能蜂窝技术

智能蜂窝技术是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。对于上行链路而言，采用自适应天线阵接收技术，可以极大地降低多址干扰，增加系统容量；对于下行链路而言，则可以将信号的有效区域控制在移动台附近半径为100~200 波长的范围内，使同道干扰大小为减小。智能蜂窝小区既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝。利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计，能够显著地提高系统容量，改善系统性能。

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