1.2 典型移动通信系统
移动通信应用范围不断扩大，系统的类型也越来越多，下面介绍几种典型的移动通信系统。
1.2.1 蜂窝移动通信系统
初期的移动通信系统采用大区制，在其覆盖区中心设置大功率发射机，采用高架天线把信号发送到半径可达几十公里的整个覆盖区域。这种系统能够提供给用户使用的信道数极为有限，远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要。
1.小区制
20世纪70年代，美国贝尔实验室提出了蜂窝网的概念。蜂窝通信网络把整个服务区划分为若干个小区，每个小区用小功率发射机进行覆盖，许多小区就像蜂窝一样覆盖任意形状的服务区，如图1-2所示。
图1-2 小区覆盖示意图
2.频率再用技术
一般来说，相邻的两个小区不能使用相同的频道，否则会发生同道干扰。但由于各个小区通信时所使用的功率较小，任意两个小区之间的空间距离只要超过某一数值，即便使用相同的频道，也不会产生显著的同道干扰。因此，可以把若干相邻的小区按一定数目划分成区群，同一区群的不同用户在同一时间不能占有相同的频道，但任意两个区群内可以存在同频小区，同频小区的用户可以同时使用相同的频道进行通信而不会产生显著的同道干扰，这种技术称为频率再用。图1-2中采用七小区群制，图中相同字母小区可采用相同的频率。另外，还可采用九小区群制、十二小区群制等。频率再用技术是蜂窝移动通信的基本技术之一，它是蜂窝移动通信系统解决用户增多而受到有限频谱制约的重大突破。
3.小区分裂技术
通常小区越小，单位面积所容纳的用户数越多，则频谱利用率越高。因此，当用户数增多到小区所能服务的最大限度时，可以把这些小区分割成更小的蜂窝状区域，并相应减小新小区基站的发射功率，再继续采用相同的频率再用模式，分裂后的新小区能支持和原小区同样数量的用户，也就进一步提高了系统单位面积可服务的用户数。当分裂后的新小区所能支持的用户数又达到饱和时，还可以将这些新小区再进行分裂，以适应持续增长的业务需求，这种将小区逐渐变小的过程称为小区分裂。小区分裂是为适应业务需求的增长而逐步提高其容量的独特方式。
但小区不能无限分裂，一方面是因为小区基站的建设费用昂贵，尤其是在市内建设基站占用的资源十分昂贵。另一方面，小区分裂导致小区变小，频率再用距离缩短，相邻区群的同频小区之间的同道干扰增强，有可能会使同道干扰大于预定的门限值，使通信质量恶化。只有频率再用距离足够大，才能保证这种同道干扰低于预定门限值，这也就限制了小区不能无限分裂。
4.越区切换技术
当移动用户在蜂窝服务区中快速运动时，用户之间的通话常常不会在一个小区中结束。快速行驶的汽车在一次通话的期间内可能跨越多个小区。当移动台从一个小区进入另一相邻小区时，其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区，这一过程称为越区切换。整个切换过程自动完成，通话用户并不知道，也不会中断行进中的通话。越区切换过程如图1-3所示，当移动用户从蜂窝B越区到蜂窝A时，切换在移动交换中心的控制下进行。
图1-3 越区切换过程
越区切换必须准确可靠，且不影响通信中的语音质量，它是蜂窝移动通信系统中的关键技术。移动台的运动速度越快或小区半径越小，通信中的越区切换就越频繁。越区切换过于频繁不仅增加切换控制难度，也导致系统附加开销增大。
1.2.2 无绳电话系统
无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，也可以说它是有线电话网的无线延伸。它具有发射功率小、省电、设备简单、价格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速。以PHS技术为基础的“小灵通”数字无绳电话系统在我国得到了广泛的应用。
1.无绳电话
无绳电话是指用无线信道代替普通电话线，在限定的业务区内，给无线用户提供移动或固定公共交换电话网业务的电话系统，它是一种无线接入系统。由一个或若干个基站和多部手机组成，允许手机在一组信道内任选一个空闲信道进行通信。
简单的无绳电话机把普通的电话单机分成座机和手机两部分，座机与有线电话网连接，手机与座机之间利用无线方式进行连接，允许携带手机的用户在一定范围内自由活动，如图1-4所示。
图1-4 无绳电话系统示意图
2.无绳电话的发展
无绳电话自20世纪70年代发展至今，经历了CT0、CT1、CT2、CT3、DECT等几个阶段。
第一代无绳电话（CT1）为模拟无绳电话系统。它存在一些固有的缺陷，例如，频谱利用率低，信道数目少，服务范围小，相互干扰严重，音质差，难以保密，不易进行数据通信等。
第二代无绳电话（CT2）是第一个数字无绳电话标准，紧接着北美、日本都有了自己的数字无绳电话标准。CT2不仅适用于家庭、办公室等室内场合，还可以用于公共场合，它采用语音编码、时分双工（TDD）等数字技术，通话质量较高，保密性强，抗干扰性好，克服了模拟无绳电话存在的一些固有缺陷，但CT2无越区切换和漫游功能。
1992年，欧洲电信标准协会（ETSI）推出了欧洲数字无绳电话系统（DECT）新一代数字无绳电话标准。1993年，日本推出了个人便携电话系统（PHS）。1994年美国通信委员会的联合技术委员会通过了个人接入通信系统（PACS）。这些数字无绳电话系统具有容量大，覆盖面宽，支持数据通信、越区切换、漫游，应用灵活等特点，已成为目前无绳电话的主流。
1999年，国际电信联盟ITU-R将DECT数字无绳电话作为IMT-2000的无绳通信标准。由于IMT-2000标准充分体现了第三代移动通信网络对于带宽和移动性的需求，而数字无绳电话标准充分考虑了前向兼容性，协议体系能够提供不断演进的应用和服务，因而能够迅速拓宽带宽，适应多媒体业务的需求。
1.2.3 集群移动通信系统
集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网，它采用多信道共用和动态分配信道的技术，主要以无线用户为主，即以调度台与移动用户之间的通话为主。
1.集群移动通信
集群的含义是指无线信道不是仅给某一个用户群专用，而是若干个用户群共同使用。集群移动通信系统采用的基本技术是频率共用技术。它的基本做法是：移动用户在通信过程中不是固定地占用某一个信道，而是按下发话开关后才能占用某一个信道进行通话，一旦松开发话开关，信道将被释放，变成空闲信道，允许其他用户占用该信道。此外，为了提高系统的频带利用率，以便在有限的频段内为更多的用户服务，集群移动通信系统除具有限时通话的功能外，还把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地分配信道，以便容纳数目更多的用户。
集群移动通信系统同蜂窝移动通信系统相比，在技术上有很多相似之处，但在主要用途、网络组成、工作方式等方面也存在很大差异，如表1-2所示。
表1-2 集群移动通信与蜂窝移动通信的差异
随着通信技术的发展，上述两种系统的特征都会不断地发生变化，其中有许多技术甚至可以相互借鉴，但公用网和专用网的服务要求与运行环境不同，因而各有其不同的发展方向和发展策略，在某一个系统中行之有效的功能在另一个系统中不一定适用。
2.集群移动通信网络的基本结构
在集群网络的基本结构中，包含移动台、调度台、基站转发器、系统管理终端及有关的控制部分，如图1-5所示。
图1-5 集中控制方式的集群通信系统的基本结构
集群系统的基本设备如下。
（1）转发器。由收/发信机和电源组成。每个频道均配一个转发器。
（2）天线共用设备。包括天线、馈线和共用器（如收发天线共用器、基站的发射合路器和接收耦合器）。
（3）系统控制中心。分布式控制系统虽无集中控制中心，但在联网时，可通过无线网络控制终端。
（4）调度台。调度台可分为无线调度台和有线调度台。无线调度台由收/发信机、控制单元、操作台、天线和电源等组成。有线调度台可以是简单的电话机或带显示的操作台。
（5）移动台。移动台有车载台和手持机。它们均由收/发信机、控制单元、天线和电源等组成。
1.2.4 移动卫星通信系统
移动卫星通信系统是利用通信卫星作为中继站，为移动用户之间或移动用户与固定用户之间提供电信业务的系统，其通信过程示意图如图1-6所示。处于地球表面（陆地或海洋）的地球站A、B、C、D、E……之间是靠地球卫星的转发进行通信。
图1-6 移动卫星通信系统示意图
1.移动卫星通信系统的特点
卫星通信系统利用卫星中继，在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区实现移动通信，具有独特的优越性。与蜂窝移动通信系统相比，移动卫星通信系统增加了卫星中继站，通过中继站延长了通信距离，扩大了用户活动范围。从某种意义上说，移动卫星通信系统是蜂窝移动通信系统的延伸和扩大。
2.移动卫星通信系统的基本组成及其工作过程
移动卫星通信系统主要包括发端地面站、收端地面站、上行链路、下行链路和通信卫星五大部分，如图1-6和图1-7所示。在地面站内，要构成双工通信工作方式，既要向卫星发射信号，又要接收从卫星转发其他地面站送给本站的信号。卫星通信系统的工作过程如图1-8所示。
图1-7 卫星通信线路的组成
图1-8 卫星通信系统的工作过程
当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时，甲地首先要把本站的信号变换成基带信号，经过调制器变换为中频信号（70MHz），再经上变频变为微波信号，经高功率放大器放大后，由天线发往卫星（上行信号）。卫星收到地面站的上行信号，经放大处理，变换为下行的微波信号。乙地收端地面站收到从卫星传送来的信号（下行信号），经低噪声放大器、下变频、中频解调，还原为基带信号，并分路送到各用户，完成甲端到乙端地面站信号的传输过程。乙地终端站发往甲地的信号过程与此相同，只是上行线、下行线的频率不同而已。
3.移动卫星通信系统的特点
与其他通信系统相比，移动卫星通信系统具有以下特点。
（1）覆盖面积大，通信距离远。一颗静止卫星可最大覆盖地球表面1/3，三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面，从而实现全球通信。
（2）设站灵活，容易实现多址通信。
（3）通信容量大，传送的业务类型多。
（4）卫星通信一般为恒参信道，信道特性稳定。
（5）电路使用费用与通信距离无关。（6）建站快，投资省。
卫星通信不足之处主要表现为：
（1）要求卫星严格，有高可靠性、长寿命。
（2）通信地面站设备较复杂、庞大。
（3）卫星传输信号有通话延迟感。
4.卫星通信系统的几种轨道形式
地球卫星都有自己的运行轨道，这种轨道有圆形，也有椭圆形。轨道所在的平面称为轨道面，轨道面都要通过地心，如图1-9所示。
图1-9 地球卫星的几种轨道
当卫星的轨道平面与赤道平面的夹角为0°时，地球卫星的轨道称为赤道轨道；当卫星轨道平面与赤道平面夹角为90°时，卫星的轨道称为极轨道；当卫星轨道平面与赤道平面夹角在0°～90°之间时，卫星轨道称为倾斜轨道；当卫星运行轨道在赤道面内时，称为赤道轨道。如轨道呈圆形，离地面高度为357866km时，此轨道称为同步轨道。同步轨道只有一个，是宝贵的空间资源。
在同步轨道上运行的卫星，其运行方向与地球自转方向相同，由西向东做圆周运动，卫星运行周期为恒星日（23小时56分4秒），一般认为24小时。它的匀速运动速度为3.07km/s，这时卫星相对于地球表面呈静止状态，在地球上观察卫星时，此卫星是静止不动的，把这个卫星叫做同步卫星或静止卫星，这个轨道也称为静止轨道。
移动卫星通信系统种类很多，可以根据应用领域、卫星轨道高度、提供的主要业务、卫星覆盖面等因素进行划分。通常按卫星轨道高度的不同，可分为高、中、低轨道移动卫星通信系统。中、低轨道移动通信卫星系统不能与地球自转保持同步，从地面上看，卫星总是缓慢移动的。如果要求地面上任一地点的上空在任一时刻都有一颗卫星出现，就必须设置多条卫星轨道，每条轨道上均有多颗卫星有顺序地在地球上空运行。卫星之间通过星际链路互相连接，这样就构成了环绕地球上空、不断运动但能覆盖全球的卫星中继网络。
低轨道移动卫星通信系统（LEO）一般都由多颗卫星组成卫星通信网。卫星离地面高度在1000km左右，其运转周期一般为几小时。低轨道移动卫星通信系统使用的卫星体积小、重量轻、发射容易、成本低，如铱卫星通信系统等。
中轨道移动卫星通信系统（MEO）的轨道高度在10000km左右，发射十多颗卫星，就可完成全球通信任务。为了提高对地面的辐射功率，卫星上采用了多波速覆盖和频率再用技术，如海事卫星（INMARSAT）系统和Qbyssey系统等。
在2000年开通的阿斯特罗全球宽带卫星通信系统就是高轨道全球移动卫星通信系统（GEO），它由9颗新一代的高轨道全球卫星组成，向全球提供多媒体、互联网高速接入及私人公司的数据网络接入业务。此外，美国的Qualcomm系统也属于高轨道全球卫星通信系统。
1.2.5 其他移动通信系统
除了上述典型的移动通信系统外，业内人士也将蓝牙技术和GPS系统列为移动通信系统。
1.蓝牙技术
当今，世界范围内电子设备技术高速发展，瑞典的爱立信公司于1994年成立了一个专项科研小组，对移动电话及附件的低能耗、低费用无线连接的可能性进行研究，其最初目的在于建立无线电话与PC卡、耳机及桌面设备等产品的连接。
1）蓝牙技术具有巨大的潜在市场
随着蓝牙技术研究的不断深入，科研人员越来越感到这项技术所独具的个性和巨大的商业潜力，同时也意识到凭借一家企业的实力根本无法继续研究，于是，爱立信将其公诸于世，并极力说服其他企业加入到它的研究中来。它们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，并将此技术命名为“蓝牙”，来表达要将这种全新的无线传输技术在全球推广，并实现全球通用的雄心。
1998年2月，爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了蓝牙利益集团（SIG），这个集团包含了商业领域的最佳组合，构成了两个最大的移动通信公司，两个最大的手提电脑生产商，一个数字信号处理技术的领导者。之后，蓝牙引起了越来越多企业的关注。1999年11月，比尔·盖茨专程到拉斯维加斯一间只有11名员工的小公司访问，只因这家公司已研制成功一种含蓝牙技术的胸卡，随后，微软便宣布加入SIG。目前，包括索尼、惠普、戴尔在内的2000多家公司都签署了相关协议，共享这一先进技术。这说明基于此项蓝牙技术的产品具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场，没有人会否认它所代表的无线通信联络的时代潮流。
2）蓝牙技术特点
蓝牙技术具有如下特点。
（1）蓝牙最突出的魅力在于其“简单易用”的特点。通信时操作顺序很简单，由配备了蓝牙设施的通信设备搜索出位于半径10m以内的另外一台配备蓝牙的设备，经过双方认证后就可以进行通信。
（2）在通信速度及通信距离方面，与无线LAN的IEEE 802.11b传输速度11Mbps、距离50m相比，蓝牙的传输速度为1Mbps，但通信距离只有10m。
（3）价格是蓝牙面临的主要问题，价格相对较高仍然是蓝牙产品的一大特点。由于该项技术的综合成本很高，因而导致一些嵌入蓝牙技术模块设备的成本增高。
（4）通信距离极其有限。蓝牙无线通信有效距离较短，一般为10m左右，这也是目前蓝牙技术迫切需要研究和解决的一大方向。
（5）蓝牙的传输速度并不是最快，而且人们普遍认为蓝牙技术存在兼容性和安全性差的缺点。
2.GPS技术
GPS作为继子午卫星系统发展起来的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力，以及具有良好的抗干扰性和保密性。它已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并被视为20世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。
1）GPS技术的应用
GPS技术最初主要用于建立各种类型和等级的测量控制网，尤其在各种类型的测量控制网的建立方面，GPS定位技术已基本上取代了常规测量手段，成为主要的技术手段。目前它除了仍大量用于测量领域外，其他方面也得到了充分的应用，例如各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。
2）GPS的特点
GPS系统具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。