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2004-12-26
发表于 2011-9-5 22:17:22 |显示全部楼层

2.1.2 资源是有限的——适于组网的无线频段



我们首先来看一下ITU按照电磁波频率或者说波长定义的电磁频谱系。

001.JPG


图2.4
电磁频谱系列

适宜于无线通信的波长,按ITU的定义,是从长波至微波不等,也就是自30KHZ至300GHZ不等,我们在2.1.1节建立的虚拟的电台通信系统,需要500000GHZ,显然是没有办法满足的。而要进行远距离的电台点对点通信,微波都不太适用,也就剩下长波到短波这一段了,资源都可以以MHZ来计算了,比起50000GHZ来,基本可以算是杯水车薪。
在无线频谱资源这一节里,我们要搞清楚两个事情,一是长波、中波、短波的用途,因为它们在生活中应用很广泛;二是几个主流移动通信比如GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000所使用的频段,这是我们日常工作中可能经常要打交道的事情。
长波主要沿地球表面进行传播,又称地波;也可在地面与电离层之间形成的波导中传播。传播距离可达几千公里甚至上万公里。长波能穿透海水和土壤,但波长越长,干扰噪声也越大。长波多用于海上、水下、地下的通信与导航。比如说潜艇,一般就用长波进行通信。也许有人会问:潜艇为什么一定要依赖长波台呢?因为无线电短波、中波都不能进入水里,只有长波能进入水下,最深可达40多米,这样邀游碧波下的潜艇,就不必浮出海面来接收陆上统帅部的指令,在水下就可收到,从而能更好地完成隐蔽和作业。
中波在白天主要靠地面传播,夜间也可由电离层反射传播。主要用于广播和导航。一般中波广播(MW: Medium Wave)采用了调幅(Amplitude Modulation)的方式,在不知不觉中,MW及AM之间就划上了等号。实际上MW只是诸多利用AM调制方式的一种广播.像在高频(3-30MHz)中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM,甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯(116-136MHz)也是采用AM的方式,只是我们日常所说的AM波段指的就是中波广播(M)。
短波主要靠电离层反射的天波传播,可经电离层一次或几次反射,传播距离可达几千公里甚至上万公里。适用于应急、抗灾通信和远距离越洋通信。
微波主要是以直线视距传播,但受地形、地物及雨雪雾影响大。传播稳定、传输带宽宽,地面传播距离只有几十公里;能穿透电离层,对空传播可达数万公里。主要用于干线或支线无线通信、卫星通信。在本书中,主要关注的是微波的300MHZ~3GHZ这一段,因为它是当前移动通信网组网的主要频段。


2.1.4
无线通信组网构想二:抄袭广电网络的架构行不行?
我们在2.1.1节中已经把用电台搭建无线通信网的想法给否决了,一时间大家是愁眉苦脸,在1940年那个时代,除了电台,跟通信沾边的事情也想不到别的了,没什么思路。也罢,我们把时间拨到1985年,距离马可尼发明无线电报已经整整90年了,但是这个时候中国暂时也没有移动通信网,大哥大也要两年后的1987年才出现,在这个时候,我们又会不会有新的思路呢?
有的!中国这时候黑白电视已经逐渐开始进入寻常百姓家,这个时候的电视是通过天线接收无线信号,并不是像后来一样是通过有线闭路接入。广电在每个城市几乎是最高的地方建一个发射塔,向四面八方发射信号。电视机作为接收终端,接收广电的信号,并解调出来,就这样就完成“通信”了。不仅电视,有的城市广播电台也是采取这种模式。
这个主意看起来不错,终端的大小看起来也不是问题,因为手持收音机的大小跟大哥大也差不多。那就这样吧,我们抄袭一把广电的模式,在每个城市里竖一个发射塔,不就可以了么?如果说你要我用高频段比如900MHZ发射,而900MHZ的绕射能力不如中波和短波,需要多建几个发射塔那就多建几个发射塔好了。事实上,这件事情还不是我们在这里说说,早期的移动通信系统还真是这么干的。20世纪70年代在纽约建立了贝尔移动系统。这个系统建在高塔上,用大功率的发射机来获得一个广覆盖,最广可以覆盖2800km2!
一个发射机就能覆盖2800平方公里的距离,让这么广大地区的人民可以享受随时随地通信的快乐,真是一件功德无量的事情,这一把抄袭抄得很值得。然而,这个通信系统有一个致命的缺陷,它竟然只有12个频道,只能容纳12个用户同时通话。也就是说,虽然它满足这个区域的人们“任何时间”、“任何地点”通信的梦想,但明显不满足“任何人”和“另外一个任何人”通信的需求。
广电模式不是运行得好好的么,一个广电的发射塔不是可以让千家万户看上电视么,怎么到了电信运营商这里这种模式就走不通了呢,问题出在哪里?
我们来看看广播和通信这两个词在英文里的区别,广播叫做“Broadcast”,广泛地扔,只需要发射塔向电视机发射信号,不需要电视机向发射塔反馈信息。假设现在在100MHZ的频段上25KHZ的带宽(从100.000MHZ到100.025MHZ),那么只需要发射塔来占用这25KHZ带宽发射就好了,所有电视机只接收信号不发射信号,不会产生干扰,如图2.7所示。

002.JPG

图2.7
广电模式,只有下行,没有干扰



而通信这个词,在英文里叫做“Communication”,所谓“Com”,是指交互的意思,不仅发射塔要给用户终端发送信息,用户终端也要给发射塔发送信号!问题就来了,假设现在只有一个用户终端要和发射塔交互信息,那么发射塔还是如上述所示占用“从100.000MHZ到100.025MHZ”所示带宽,由于这25KHZ已经给发射塔发射的信号用了(也称作下行信号),那么用户终端就不能再占用这25KHZ的带宽给发射塔发射信号了,于是,用户终端对应的找一个频段,假设是“从50.000MHZ到50.025MHZ”的25KHZ的带宽来发射信号(称作上行信号)。这只是第一个用户,出现第二个用户怎么办呢?
如果说需要交互是电信模式和广电模式的第一个区别,那么每个用户的信息都各不相同则是电信模式和广电模式的第二个区别。早期的时候,可能只有一个电视台,每个用户看到的台都是一样的。当有用户想看第二个电视台的时候,广电就增加一个“频道”,也就是说增加“从100.025MHZ到100.050MHZ”的带宽,用于承载第二个电视台的信息,所谓CCTV-1到CCTV-13,就是通过将信号运行在不同的频段里来实现的。
同样,当出现第二个电信用户终端的时候,电信的发射塔也需要增加一个“频道”, 也即增加“从100.025MHZ到100.050MHZ”的带宽。不同的是,这个终端用户上行也需要增加同样多的带宽,即“从50.025MHZ到50.050MHZ”。假如说给贝尔移动系统分配上下行各分配300KHZ的带宽,那么能支持的用户数也不难算出,300KHZ/25KHZ=12个用户。
图   
003.JPG


图    图2.8
贝尔移动系统,从1,2到N个用户

300KHZ或许显得不是特别多,但是读者可以设想一下,在这种模式下如果要支持3000个用户、30000个用户需要的带宽又将会是多少?显然,这个模式是不足以满足现代无线通信的需要的。于是,先行者们想出了一个办法——降低发射塔的发射功率,缩小覆盖半径。这样可以让同一个频段在不同的空间内得到重复利用,称之为空分复用。原来我可以覆盖2800平方公里,我现在只覆盖2.8平方公里总行了吧,这2.8平方公里或许只有30个用户需要同时打电话,那么我只需要上下行各分配30*25KHZ=750KHZ就行了。这样,就形成了现代无线通信系统的雏形,如图2.9所示。覆盖同样的面积,图2.9所示的移动通信系统相对贝尔移动系统发射塔数量增加了100倍,同时在相同频谱带宽内能支持的用户数也大大增加(没有100倍,因为电磁波不可能控制得那么完美,不同发射台覆盖的区域完全无重叠,无干扰)。这些发射塔通常意义上也被称作基站,基站和基站之间的用户怎么实现通信呢?会有更上一级的通信设施基站控制器(BSC,Base Station Controller)乃至移动交换中心(MSC,Mobile Switching Center)进行处理,那是后话。

图2.9
现代移动通信系统雏形



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  上士

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2011-5-16
发表于 2011-9-5 22:37:05 |显示全部楼层
内容
继续看看 学习

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2010-8-11
发表于 2011-9-6 09:10:59 |显示全部楼层
期待下节更精彩

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发表于 2011-9-6 10:04:53 |显示全部楼层
感谢分享

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2010-11-27

爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2011-9-6 16:34:54 |显示全部楼层
终于等到LZ的第二贴了 激动啊,期待下一节,学习ing
PS:图2.9不能显示啊,LZ一般几天更新一次啊?

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  三级军士长

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2011-1-18
发表于 2011-9-6 20:27:26 |显示全部楼层
好,继续学习!

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2011-9-7
发表于 2011-9-7 14:15:04 |显示全部楼层
学习中。。。

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  上士

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2010-8-11
发表于 2011-9-7 16:50:39 |显示全部楼层
期待第三贴

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  二级通信军士

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2010-6-25
发表于 2011-9-7 17:27:00 |显示全部楼层
期待更新

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  一级通信军士

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2009-3-15
发表于 2011-9-7 21:43:25 |显示全部楼层

回复 41# 的帖子

高手哇,呵呵

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  三级通信军士

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2010-8-3
发表于 2011-9-7 22:54:54 |显示全部楼层
经典啊。。。。

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  中士

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2011-8-24
发表于 2011-9-8 08:35:09 |显示全部楼层
终于等到LZ的第二贴了 激动啊

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  新兵

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2008-5-25
发表于 2011-9-8 16:14:12 |显示全部楼层

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2010-3-27
发表于 2011-9-8 18:08:27 |显示全部楼层
:) 可能应该在分频段的时候再分下区,应该好些吧

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  新兵

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2011-9-9
发表于 2011-9-9 17:31:28 |显示全部楼层
好!

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2011-9-9
发表于 2011-9-10 09:33:51 |显示全部楼层
占位学习交流

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  大将

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2008-7-23
发表于 2011-9-11 16:51:55 |显示全部楼层
不错   值得好好 学习

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  列兵

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2011-9-11
发表于 2011-9-11 19:22:57 |显示全部楼层
搬个板凳乖乖坐着学习……

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  三级军士长

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2011-1-6

爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2011-9-12 14:15:24 |显示全部楼层
买了书,看了前面几张,很有趣!
期待新作!

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  新兵

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2011-9-12
发表于 2011-9-12 17:46:11 |显示全部楼层
mark
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