蜂窩移動通信系統

蜂窩移動通信系統是一種移動通信硬體架構，分為模擬蜂窩系統和數字蜂窩系統。由於構成系統覆蓋的各通信基地台的信號覆蓋呈六邊形，從而使整個覆蓋網路像一個蜂窩而得名，下面介紹蜂窩移動通信系統的相關知識。

基本介紹

• 中文名：蜂窩移動通信系統
• 外文名：Cellular Mobile Communication System
• 也叫：“小區制”系統
• 劃分：為若干個小區
• 性質：進一步提高系統容量

概念

在蜂窩移動通信系統中，把信號覆蓋區域分為一個個的小區，它可以是六邊形，正方形，圓形或其它的一些形狀，通常是六角蜂窩狀。這些分區中的每一個被分配了多個頻率（f₁-f₆），具有相應的基站。在其它分區中，可使用重複的頻率，但相鄰的分區不能使用相同頻率，這會引起同信道干擾。

增加容量。與單一基站相比，蜂窩移動通信系統在不同分區中可以使用相同的頻率完成不同的數據傳輸（頻率復用）。而單一基站在同一頻率上，只能有一個數據傳輸。然而，蜂窩移動通信系統中相同頻率的使用不可避免地會干擾到使用相同的頻率的其它基站。這意味著，在一個標準的FDMA系統中，在兩個使用相同頻率的基站之間必須有一個不同頻率的基站。

頻率復用示意圖（4個頻率）

圖1頻率復用示意圖（4個頻率）

簡史

第一代蜂窩通信系統（1G）：1G是基於模擬技術，且基本面向模擬電話的通信系統。它誕生於80年代初，是移動通信的第一個基本框架——包含了基本蜂窩小區架構、頻分復用，和漫遊的理念。高級行動電話服務（AMPS）就是一種主流1G技術。

第二代蜂窩通信系統（2G）：2G網路標誌這移動通信技術從模擬走向了數字時代。這個引入了數位訊號處理技術的通信系統誕生於1992年。2G系統第一次引入了流行的用戶身份模組（SIM）卡。主流2G接入技術是CDMA和TDMA。GSM是一種非常成功的TDMA網路，它從2G的時代到現在都在被廣泛使用。2.5G網路出現與1995年後，它引入了合併包交換技術，對2G系統進行了擴展。

第三代蜂窩通信系統（3G）：3G的基本思想是在支持更高頻寬和數據速率的同時，提供多媒體服務。3G同時採用了電路交換和包交換策略。主流3G接入技術是TDMA、CDMA、寬頻帶CDMA（WCDMA）、CDMA2000，和時分同步CDMA（TS-CDMA）。

第四代蜂窩通信系統（4G）：廣泛普及的4G包含了若干種寬頻無線接入通信系統。4G的特點可以用MAGIC描述，即移動多媒體、任何時間任何地點、全球漫遊支持、集成無線方案，和定製化個人服務。4G系統不僅支持升級移動服務，也支持很多既存無線網路。

第五代蜂窩通信系統（5G）：對於5G和超4G無線網路通信，有一系列的構想。一些人認為它將是高密度網路，有著分散式MIMO以提供小型綠色柔性小區。先進的串擾和移動率管理也伴隨著不同傳輸點和重疊的覆蓋區之間的協作而實現。對每個小區的上行鏈路和下行鏈路傳輸，資源的使用也將更加靈活。用戶連線支持多種無線接入技術，並且在它們之間切換時真正做到無縫兼容。人們普遍期待的認知無線技術，即智慧型無線技術，將會在主用戶離開時，通過自適應查找並使用未占用的頻譜，支持不同的無線技術高效共享同一個頻譜。這一動態無線資源管理將基於軟體無線電技術實現。

實際上，世界上主要有兩個不同的組織分別沿著兩條道路，進行著3G到4G的技術推進。它們分別是：
-全球範圍互通性微波接入(WiMAX)：WiMAX主要由Sprint，Clearwire，和Intel主導。
-長期演進（LTE）：LTE主要由Ericsson、Nokia，和其他幾家公司組織主導。

分類

常見的蜂窩移動通信系統按照功能的不同可以分為三類，它們分別是宏蜂窩、微蜂窩以及智慧型蜂窩，通常這三種蜂窩技術各有特點。

宏蜂窩技術

蜂窩移動通信系統中，在網路運營初期，運營商的主要目標是建設大型的宏蜂窩小區，取得儘可能大的地域覆蓋率，宏蜂窩每小區的覆蓋半徑大多為1 km～25 km，基站天線儘可能做得很高。在實際的宏蜂窩小內，通常存在著兩種特殊的微小區域。一是“盲點”，由於電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區域，該區域通信質量嚴重低劣；二是“熱點”，由於空間業務負荷的不均勻分布而形成的業務繁忙區域，它支持宏蜂窩中的大部分業務。以上兩“點”問題的解決，往往依靠設定直放站、分裂小區等辦法。除了經濟方面的原因外，從原理上講，這兩種方法也不能無限制地使用，因為擴大了系統覆蓋，通信質量要下降；提高了通信質量，往往又要犧牲容量。近年來，隨著用戶的增加，宏蜂窩小區進行小區分裂，變得越來越小。當小區小到一定程度時，建站成本就會急劇增加，小區半徑的縮小也會帶來嚴重的干擾，另一方面，盲區仍然存在，熱點地區的高話務量也無法得到很好的吸收，微蜂窩技術就是為了解決以上難題而產生的。

微蜂窩技術

與宏蜂窩技術相比，微蜂窩技術具有覆蓋範圍小、傳輸功率低以及安裝方便靈活等優點，該小區的覆蓋半徑為30 m～300 m，基站天線低於屋頂高度，傳播主要沿著街道的視線進行，信號在樓頂的泄露小。微蜂窩可以作為宏蜂窩的補充和延伸，微蜂窩的套用主要有兩方面：一是提高覆蓋率，套用於一些宏蜂窩很難覆蓋到的盲點地區，如捷運、地下室；二是提高容量，主要套用在高話務量地區，如繁華的商業街、購物中心、體育場等。微蜂窩在作為提高網路容量的套用時一般與宏蜂窩構成多層網。宏蜂窩進行大面積的覆蓋，作為多層網的底層，微蜂窩則小面積連續覆蓋疊加在宏蜂窩上，構成多層網的上層，微蜂窩和宏蜂窩在系統配置上是不同的小區，有獨立的廣播信道。

智慧型蜂窩技術

智慧型蜂窩技術是指基站採用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應天線系統，智慧型地監測移動台所處的位置，並以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動台的蜂窩小區。對於上行鏈路而言，採用自適應天線陣接收技術，可以極大地降低多址干擾，增加系統容量；對於下行鏈路而言，則可以將信號的有效區域控制在移動台附近半徑為100~200 波長的範圍內，使同道干擾大小為減小。智慧型蜂窩小區既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩。利用智慧型蜂窩小區的概念進行組網設計，能夠顯著地提高系統容量，改善系統性能。