移动通信的神话
现在的移动通信，相信大家都不陌生，呼机，手机早就走入千家万户。
其实我们的远古老祖先，也有过这样的向往呢！大家应该会记得《西游记》中的一幕：玉皇大帝派二郎神抓拿孙悟空，众神都在凌霄宝殿上观战，正当底下打的正厉害的时候，忽然孙悟空不见了，于是玉皇大帝就叫出“千里眼”和“顺风耳”，“千里眼”和“顺风耳”一个看，一个听，很快就把孙悟空找到了。
日本也有关于“顺风耳”的神话故事，日本传说中，深山里住着一种“回声”妖怪，平时我们对着深山喊，深山里的回声就是它附和着人的声音发出来的，听起来挺恐怖，不过这种妖怪是不伤害人的。而且它还有一种法力，可以一下子把声音传到远方你想通话的人那里去。有它帮助通话非常方便。
其他涉及这方面的一些神话故事还有很多，可见古代中外的人们由于交通不便，联系起来十分费劲，于是他们都想象着“顺风耳”的出现，可以和远 方的亲人尽快的联系。
如今，古人的梦想已经被我们实现了。“顺风耳”真的出现了，那就是现在的移动通信，无论你要找的人在那里，通过移动通信你就可以尽快的和他联系。呼机，手机等等这些现代化的通信工具给予我们极大的方便。它可以把你远方的亲人的声音原原本本地送到你面前。让你充分领略到科技的力量。科技带给人们的便利，将伴随着科技的进一步发展体现在我们的面前。
在下面的学习中，你将不仅仅了解移动通信的历史，现在和未来。还会对移动通信的工作原理有进一步的了解。
无线通信趣事(上)
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关于无线通信发展的趣事 |
一项伟大的科学成果从发现到为人类所利用，往往需要经过几代人前赴后继的努力。麦克斯韦预言电磁波的存在，但却没有能通过亲手实验证实他的预言；赫兹透过闪炼的水花，第一次证实电磁波的存在，但却断然否认利用电磁波进行通信的可能性。他认为，若要利用电磁波进行通信，需要有一面面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜。但是，“赫兹电波”的闪光，却照亮了两个年轻人不朽的征程。这两个年轻人便是波波夫和马可尼。
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关于无线通信发展的趣事 |
1895年5月7日，年仅36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学会的物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。当他的助手雷布金在大厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接收机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。几十年后，为了纪念波波夫在这一天的划时代创举，当时的苏联政府便把5月7日定为“无线电发明日"。
1896年3月24日，波波夫和雷布金在俄国物理化学协会的年会上，操纵他们自已制作的无线电收发信机，作了用无线电传送莫尔斯电码的表演。当时拍发的报文是“海因里希·赫兹”，以此表示他对这位电磁波先驱者的崇敬。虽然当时的通信距离中只有250米，但它毕竟是世界上最早通过无线电传送的有明确内容的电报。从此，无线通信揭开了新的一章，人类的通信也从此进入一个新世纪。
无线通信趣事（下）
也是在1896年的6月，年方21的意大利青年马可尼也发明了无线电收报机，并在英国取得了专利。当时通信距离只有30米。
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关于无线通信发展的趣事 |
马可尼1874年4月25日生于意大利波伦亚。他自幼便有广泛的爱好，对电学、机械学、化学都有浓厚的兴趣。13岁那年，他便在赫兹证实电磁波存在的论文的启发下，萌发了利用电磁波进行通信的大胆设想。他时而在阁楼上，时而在庭院或农场里进行无线电通信的试验。1894年，他成功地进行了相距2英里的无线电通信的收与发。
马可尼发明之路荆棘丛生。他在申请政府赞助落空后，于1896年毅然赴英。在那里他得到了科学界和实业界的重视和支持，取得了专利。1897年，马可尼建议了世界上第一家无线电器材公司--美国马可尼公司。这一年的5月18日，马可尼进行横跨布里斯托尔海峡的无线电通信获得成功。1898年，英国举行游艇赛，终点是距海岸20英里的海上。《都柏林快报》特聘马可尼用无线电传递消息，游艇一到终点，他便通过无线电波，使岸上的人们立即知道胜负结果，观众为之欣喜若狂。可以说，这是无线电通信的第一次实际应用。
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关于无线通信发展的趣事 |
二极管的发明，对马可尼的研究起到了积极推动作用。1901年，他成功地进行了跨越大西洋的远距离无线电通信。实验是在英国和纽芬兰岛之间进行的，两地相隔2700公里。从此，人类迎来了利用无线电波进行远距离通信的新时代。
1937年7月20日，马可尼病逝于罗马。罗马上万人为他举行了国葬；英国邮电局的无线电报和电话业务为之中断了2分种，以表示对这位首先把无线电理论用于通信的先驱者，以及1909年诺贝尔物理学奖获得者的崇敬与哀悼。
永不消失的电波
（一）频率
其实在实际的生活中我们经常地接触到“频率”这个词，相信很多朋友对此都不会陌生。在移动通信中，我们用无线电波进行相互之间的通信，因此电波的频率就是我们不得不考虑的问题。大家都听过收音机，我们接受一个台的时候总要调一个旋钮，直到听清楚为止，如果我们换台，就旋转旋钮调到另外的一个台的频率去，看到这里，相信大家都清楚了，每一个台都有自己的无线电波的频率。
为什么要这样呢？因为如果所有的电台都采用同一个频率，那么会出现一片混乱，收音机里什么也听不见，所有的电台的信号都夹杂在一起了。所以全国各地对每个电台都有严格的限制和审核，北京地区调频(FM)信号就有一定的间隔，所有的私人电台都是不允许的。
在通信中，我们对频率也有很严格的限制，因为我们可以利用的频率资源（也就是频率范围）是有限的。如果我们对频率的使用没有严格的审核和限制，就会发生通信一片混乱的情况。因此，国际上采用了比较统一的标准，比如移动通信就划分了一定的频率范围，每一个（连续的）频率范围我们称为频段。其他的频段用于卫星通信，微波通信等等。
（二）相位
有一些朋友可能对“相位”这个词不太了解，其实我们在生活中也是经常遇到的，比如说“三相交流电”，其中的相也是这个意思，在这里我们简单解释一下“相位”，每一频率的电波有其相应的波长（波长就是指一个单位电波的长度，单位为米），我们把一个波长对应为2π的相位，比如有两路相同频率的电波，在传输过程中，有一路电波比另外一路电波快了半个波长那么我们就说该电波比另外一路超前了π相位，另外一路就比前面一路滞后了π相位。
想具体了解相位的朋友可以参照一些关于通信的参考书。
移动通信之路（一）
世界范围的移动通信的发展进程，回顾起来可分为四个阶段。
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世界移动通信发展的历程 |
第一阶段：从二十世纪20年代至40年代初，移动通信有了初步的发展，不过当时的移动通信使用范围小的可怜，主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信以及运用在军事通信中，使用频段主要是短波段（比如现在的收音机用的频段），限于当时的技术限制，移动通信的设备也只是采用电子管的，不仅又大又笨重，而且效果还很差。当时也只能采用人工交换和人工切换频率的控制和接续方式，接通时间和接通效率都与今天的移动通信差的太多。不过当时的工程师们都看到了移动通信的潜力，将大量的人力物力投入在移动通信的发展上。
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世界移动通信发展的历程 |
第二阶段：到了40年代中至60年代末，移动通信有了进一步的发展，在频段的使用上，放弃了原来的短波段，主要使用VHF（甚高频）频段的150MHz，到了后期又发展到400MHz频段。同时技术上的进步--60年代晶体管的出现，使移动台向小型化方面大大前进了一步。效果也比以前有了明显的好转，由于移动通信的便捷性，在美国、日本、英国、西德等国家开始应用汽车公用无线电话（MTS或IMTS），与此同时，专用移动无线电话系统大量涌现，广泛用于公安、消防、出租汽车、新闻、调度等方面。同时此阶段的交换系统已由人工发展为用户直接拨号的专用自动交换系统。接通效率也有了很大改善。这时，移动通信逐步走进了公众的日常生活，人们已经看到了未来个人移动通信的曙光。这时的移动通信，开始快速地向小型化，便捷化以及个人化发展。
移动通信之路（二）
第三阶段：到了70年代至80年代，集成电路技术、微型计算机和微处理器的快速发展，以及由美国贝尔实验室推出的蜂窝系统的概念和其理论的在实际中的应用，使得美国、日本等国家纷纷研制出陆地移动电话系统。可以说，这时的移动通信系统真正地进入了个人领域：具有代表性的有美国的AMPS（Advanced Mobile Phone System）系统，英国的TACS系统，北欧（丹麦、挪威、瑞典、芬兰）的NMT系统、日本的NAMTS系统等等，这些系统均先后投入商用。这个时期的系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式工作（这些名词将在以后的文章中解释），使用频段为800/900MHz（早期曾使用450MHz），故称之为蜂窝式模拟移动通信系统，或为第一代移动通信系统。
这一阶段是移动通信系统不断完善的过程。系统的耗电、重量、体积大大缩小，服务多样化，系统大容量化，信息传输实时化，控制与交换更加自动化、程控化、智能化，其服务质量已达到很高的水平。世界上第一个蜂窝系统是由日本的电话和电信公司（NTT）于1979年实现。进入80年代，可以说移动通信已经达到了成熟阶段。
与此同时，许多无线系统已经在全世界范围内发展起来。寻呼系统和无绳电话系统在扩大服务范围。许多相应的标准应运而生。
第四阶段：90年代至今，随着数字技术的发展，通信、信息领域中的很多方面都面临向数字化、综合化、宽带化方向发展的问题。第二代移动通信系统是以数字传输、时分多址或码分多址（这些名词将在以后的文章中解释）为主体技术，目前国际上已进入商用和准备进入商用的数字蜂窝系统有欧洲的GSM、美国的DAMPS（IS－54目前用IS－136）、日本的JDC系统及美国的IS－95系统等。
进入90年代中期，世界各移动通信设备制造商和运营商已从对第三代移动通信系统的概念认同阶段进入到具体的设计、规划和实施阶段。在开发第三代系统的进程中形成了北美、欧洲和日本三大区域性集团。它们又分别推出了W－CDMA、TD/CDMA和宽带CDMA One的技术方案。为实现第三代移动通信系统（IMT－2000）全球覆盖与全球漫游，三种技术方案之间正在相互做出某些折中，以期相互融会。
移动通信之路（三）
第三代移动通信是综合的全球个人通信网，它是2000年以后的移动通信网络。目前规划与研究比较典型的系统有：
1.未来公用陆地移动通信系统（FPLMTS），它是一个由国际无线电咨询委员会建议的系统，计划将所有的移动通信系统综合于一体，为移动用户在全球范围内提供高质量的话音和非话音服务，并能与其它通信网互连。
2.通用移动通信系统（UMTS），它是欧共体于1988年开始的“欧洲高级通信研究”发展计划的一部分，计划在2000年左右在欧洲投入使用。通用移动通信系统将具有三个重要特点，即：（1）是一个综合了现有移动通信的综合系统；（2）是一个提供多种服务的综合业务系统；（3）通用移动通信系统可用于各种环境。
第二代移动通信系统在提供话音和低速数据业务方面已取得了巨大的成功，而且在以后多年里将继续被广泛使用。通过增强网络元件功能，使这些老一代标准的网络继续得到发展或升级。而第三代移动通信系统将能够提供目前只有固定接入才能实现的更先进的业务和更高的数据速率，以及一系列新业务。此外，第三代移动通信系统已将“全球漫游”作为一项关键要求，从而可为全球移动用户开创更广泛的市场，挖掘更大的设备（尤其是用户设备）通用潜力，并提高经济效益。
第三代移动通信系统应提供的特性包括：名副其实的无处不在、无缝高效的无线数据能力，能够吸引在固定通信领域日益增长的数据业务。
无线电波的脾气
我们需要澄清一下，无线通信与移动通信虽然都是靠无线电波进行通信的，但却是两个概念，首先移动通信肯定是无线通信，无线通信有包含移动通信的意味。但无线通信侧重于无线，移动通信更注重于其移动性。比如我们一个在北京，一个在广州，我们之间通过无线电波进行通信，这就是无线通信，如果我们更强调我们通信中的移动性，就是移动通信。
正是因为如此，移动通信对无线电波频率的选择更加谨慎，要求更高，也正因为这样，在移动通信的发展过程中，正如前面介绍的，移动通信的频率选择做了几次变动。现在我们国家采用的第二代移动通信（GSM）技术，频率为900MHz和1800MHz。
这个频段的电波特点是由于频率比较高，所以传播的过程中，发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地形的影响。
大家观察光线的时候，会注意到光线在光滑的镜子上会反射，在凹凸不平的物体上会向各个方向反射，称为漫反射。
在900MHz和1800MHz这个频段的电波也有这个特点，所以电波在传播的过程中就会有反射和漫反射现象，同时，前面提过，电波还有绕射现象，就是障碍物的大小和电波的波长差不多或比其小的时候，电波可以绕过障碍物传播。所以移动通信中电波的传播是很复杂的，接收端的电波常常是直射波，反射波，绕射波的合成。
应用系统入门
很多人一提到移动通信，往往首先想到的是手机，其实移动这个概念不仅仅在于手机，它其实包括蜂窝移动，集群调度，无绳电话，寻呼系统和卫星系统。我们平时所提的手机仅仅是蜂窝移动系统中的移动台，移动台的概念包括手机，呼机等等移动终端。
因此我们要了解两个基本的名词：基站和移动台，因为这是我们以后所提到的基本术语。
首先说说移动台，顾名思义，移动台是移动的终端，它是接收无线信号的接收机，在移动通信中，它以各种不同的形式出现，包括手机，呼机，无绳电话等等，当然他们的工作原理是不相同的，但是由于他们都在移动通信中扮演着移动的角色，具有移动性，接收的是无线信号，所以我们把它们统称为移动台。
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移动通信的应用系统简介 |
另一个名词是基站，基站在移动通信中是必不可少的，它是与移动台联系的第一个固定收发机，移动台脱离了基站自然就无法工作，因为是基站接收移动台的信号与交换局相连，从而完成移动台的收发工作。基站与移动台之间的联系靠天线收发无线电波。
正因为基站的重要性，所以我们在建立移动通信网的时候要慎重地考虑基站的分布，以满足移动台的需要。基站分布确定以后，就覆盖了一定用户的活动区域，在地图上呈现一个网状结构，所以我们也把基站位置的规划称为组网。
另外我们还应该了解的名词有交换中心，所谓交换中心指的是交换各种信息的中心，比如你在北京，你的话音要传到广州去，你广州的朋友的话音要到北京来，所以我们必须把你们的信息做一个交换，这种机器叫做交换机，交换机的所在就叫做交换中心。交换中心分为有线和无线，有线交换中心顾名思义就是我们平时的电路交换中心，无线交换中心则是为移动台的所在基站之间提供服务。
无线电波传播复杂
移动通信中至少有一方处于移动状态下通信，我们不可能再用一条电话线和他们相连了，所以必须使用无线信道--靠无线电波传送信息。同时在前面提到，移动通信使用一定频率的电波进行通信，而且随着无线通信的发展，频率的使用也越来越优化，现在移动通信的频率范围在甚高频(VHF)、超高频 (UHF)的范围，它的传播方式受地形地物影响很大。
移动通信系统多建于大中城市的市区，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。据以上原因，使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，这种现象称为衰落。在后面的学习中你会了解到衰落又分两种：长期衰落和短期衰落 。
同时由于移动台的不断运动，当达到一定速度时，如超音速飞机，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，也就是说频率发生了变化，发生了偏移，通常把这种现象称为多普勒效应。在下面我们会具体说明。
另外，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、日晒雨林，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、小型、低功耗及能耐高、低温等。同时，要尽量使用户操作方便，以满足不同人群的使用。这给移动台的设计和制造带来很大困难。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、地址登记等跟踪技术。这就使其通信比固定网要复杂得多。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。
因而在移动通信中，要考虑的因素很多，因此移动通信就比一般的通信方式复杂多了。
矛锐盾更坚――抗干扰
在移动通信中，空间传播的电磁波除有用信号外，还存在大量的干扰电波。主要的干扰被我们称为互调干扰、邻道干扰及同频干扰等。
那么什么叫做互调干扰呢，专业点说互调干扰主要是系统设备中的非线性引起的，如混频选择不好，使非有用信号混入，而造成干扰。有兴趣的读者可以看看电子刊物，获取这方面的知识。不懂的读者也不要着急，互调干扰说的通俗一点，就是设备技术上的一些问题.常常我们做不到十分理想的设备，所以一些其他的没有用的信号也就混进去了，偶尔收音机里的串台，也是这个原因。
邻道干扰是指两个相邻的信道之间的干扰，是由于一个强信号串入弱信号中干扰弱信号而造成的干扰，说的通俗一点，比如两个车道，你在左边，我在右边，大家的路宽是一样的，可是你的车太大，就影响了我的车道......呵呵，意思就是这样了，为解决这个问题，在移动通信设备中采用自动功率控制电路，对强功率信号加以控制，在例子中，就是限制你车子的大小，大家就相安无事了。
同频干扰是指相同载频电台之间的干扰，是蜂窝式移动通信所特有的干扰，由频道重复利用所造成。为什么会这样呢，因为频率资源是一定的，来来去去就那几个频段，大家都要。只好分区间来用了，这个区用这个频段，那个区用那个频段，隔几个区后，难免又用回来了，这时就要考虑干扰的问题了，因为大家用的都是同一个频率啊！因此，无论在系统设计中，还是在组网时，都必须对干扰问题予以充分的考虑。
蜂窝移动通信系统
这种系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）设备及移动台（MS）（用户设备）以及交换中心至基站的传输线组成，如下图所示。目前在我国运行的900MHz 第一代移动通信系统（TACS）模拟系统和第二代移动通信系统（GSM）数字系统都属于这一类。
就是说移动台的移动交换中心与公共的电话交换网（就是我们平时所说的电话网PSIN）之间相连，移动交换中心负责连接基站之间的通信，通话过程中，移动台（比如手机）与所属基站建立联系，由基站再与移动交换中心连接，最后接入到公共电话网。
下面解释一下全双工，单工和半双工：所谓全双工工作就是通信双方可以同时进行收发工作；就是说，通信的双方都可以在同一时间又说又听，互不干扰，就叫全双工。
若某一时间通信的双方只能进行一种工作，即在一个时间里要么说，要么听，只可选择一样，则称为单工工作。