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第11章 信息技术与信息化(4)

在1895年无线电发明后的大约10年,出现了船舶通信,那是最早的移动通信。陆上公用移动通信是在20世纪40年代后期(第二次世界大战以后)开始兴起的。大家知道,堪称“汽车王国”的美国在第二次世界大战以后私人汽车就已经相当多了,与此同时,电话也相当普及了。可是,当人们驾车行进在高速公路上时,纵有再紧急的事也无法同人通信,进行联络,这给“汽车王国”带来了莫大的烦恼。于是科学家们开始研究如何实现边开车、边通信,以便给人们解忧排难。

1946年,在美国密苏里州的圣路易斯开通了世界上第一个汽车移动电话系统,为解除上述烦恼迈出了第一步。但是,这些早期的系统都是采用单区制,即在一个服务区设一个基站。由于设备庞大、昂贵,容量和服务范围有限,频率不敷使用等原因,这些系统远远满足不了日益增长的需求。

移动通信是靠电磁波传递信息的,电磁波通达的地方叫无线电覆盖区域。人们手持移动电话或其他移动通信工具,只要在这个区域内都可以进行通信。通常移动通信的无线电波覆盖区域和一个城市的大小一致。要覆盖这么宽广的面积,采用什么形状的覆盖区好呢?

无线电波是通过基台的天线向四周发射信号,覆盖区域是一个圆。随着使用移动电话的人不断增多,而频率资源有限。为了充分利用无线频率,解决“僧多粥少”的问题,美国贝尔实验室的通信专家提出了建立蜂窝式移动电话系统的建议。

将无线小区划分成蜂窝状,这种理念来源于人们在大自然中发现一个奇妙的现象:蜜蜂的窝是由许许多多正六边形的“小房”紧密地排列起来的。蜂窝的这种构造引起了科学家的注意。分析表明,正六边形占有空间最大,有效地利用了材料。

于是,人们将这种结构也应用到无线电覆盖区域上。无线电话的基地台采用的是全向天线,覆盖形状大体是一个圆。但因小区彼此邻接,用圆形小区进行排列,必然会产生较大的空隙或重叠。如果分别把同样大小的正方形、菱形、正三角形、正六边形等等,紧密地排列在平面上,你会发现,只有正六边形、正三角形和正方形,可以不产生空隙和重叠。实际上,每个小区有效覆盖区是一个圆内接多边形。如果小区选用正三角形的话,相邻两区之间重叠部分太大,正方形会好些,重叠最小的还是正六边形。

蜂窝式移动通信网

所以,选用正六边形可使无线电覆盖小区有效面积最大,覆盖同样面积的服务区域所需小区个数最少,这样可以节省建设投资,且只要对发射的无线电波的强度进行控制,使它限制在小区之内就行了。同时,在相邻的小区中,选用不同的频率进行通话,就可避免干扰。这样,相隔一定距离的小区中可以使用相同的频率,频率可以重复使用,从而解决了频率资源不足的难题。因此在移动通信中,采用正六边形无线电小区相互邻接覆盖整个服务区是最优方案。

正六边形无线电覆盖区域的形状如同蜂窝,蜂窝式无线电小区和蜂窝式移动电话网便由此得名。

知识点个人数字助理

个人数字助理简称PDA(PersonalDigitalAssistant)一种手持式电子设备,具有电子计算机的某些功能,可以用来管理个人信息,也可以上网浏览,收发电子邮件等,一般不配备键盘,俗称掌上电脑。PDA可使用户以无线方式发送和接收数据。由于现在可买到许多应用软件,PDA已不仅仅是一种流动的电子秘书,也是一种股票顾问和通向全球的信息银行和通信的电子公路的IT产品。尽管PDA通常被看做是掌上型计算机,但PDA在这一词语的真正意义上并不是计算机。一种更为贴近真实的解释是消费者也许在从掌上型机或PDA中寻找台式计算能力。同时,PDA还作为可提供双向信息交换的便携式移动个人信息装置。

移动电话与移动通信

在蜂窝通信的带动下,其他移动通信手段,如无线寻呼、无绳电话和移动卫星等系统也在蓬勃发展或正在兴起,并将携手一起奔向更高的目标——个人通信。

移动通信卫星个人通信把传统的“服务到家”的通信方式变成“服务到人”,使任何人随时随地可以同任何地方的另一个人进行通信,不管通信的双方处于静止状态还是移动之中,都能利用分配给个人的号码完成通信。实现个人通信需要完成三个发展阶段,即终端个人化,逐步实现每个用户都有一部手持机,不论走到哪里都能打电话;传送个人化,通过个人号码把信息送到个人,同时把账也记在个人头上;服务个人化,按照个人的意愿来给用户提供服务,满足不同用户的需求。

我们知道,传统的微波中继通信和新兴的光纤通信都只能沿中继或光缆线路传输,不在沿线上的城市和乡村就利用不上。这两种通信手段更不能适应移动中用户通信的需要。通信卫星的天线波束覆盖在地球上是一个面(或者叫一个“蜂窝区”),凡在这个面里边的用户,无论是固定的还是移动的,原则上都可以通过卫星中转来相互通信。

现有的通信卫星基本上都采用地球静止轨道卫星,因为这种卫星离地面高,能覆盖地面的范围广,更主要的是它相对于地球保持静止,因而大大减少了卫星通信地球站的复杂性。目前正在轨道上工作的200多颗通信卫星,包括国内通信、区域通信和国际通信,基本上都属于固定通信,即为地球上的固定用户之间通信。

用静止轨道卫星实现移动通信特别是个人移动通信,需要解决三个技术上的难点:一是静止卫星离地面很高,与用户之间的距离达到4万千米,信号传递衰减很厉害。对于固定通信,地面通信站可以用直径几米,十几米甚至更大的天线,而移动通信地面设备必须便于携带,它的天线就不能做得很大。二是用户通过卫星与另一用户之间通信,信号往返一次需0.6秒钟,有比较明显的滞后效应,通话需加回声抑制器,使人感到不习惯。三是静止卫星位于地球赤道上空,从中、高纬度地区看,卫星的仰角较小,通信易受地形和建筑物的影响,效果变差。因此,卫星移动通信并没有在民用上广泛地应用。

随着移动电话的普及,移动通信业务的商业市场也变得越来越庞大,越来越诱人,为此,国际上许多卫星公司投资角逐,竞相发展全球个人移动通信卫星系统。

全球个人移动通信卫星系统由三部分组成:卫星星座(又叫卫星群)、地面控制管理中心和信关站、用户机。

卫星星座由若干颗卫星组成,它们能覆盖全球,卫星天线波束在地面形成连续的蜂窝覆盖区,使地球上每个用户在任何时候、任何地点,都能看到至少一颗卫星。

控制管理中心用于监视和管理卫星和星座的工作状态;信关站则用于管理通信业务,包括识别与验证用户,接通电路、与公共电话网接口以及记录通话时间,计算话费等事项。

用户机可以是个人用的手持机,也可以是装载在车、船、飞机上的便携式通信机。

争夺卫星移动通信市场已成为当前国际卫星通信发展的一个焦点。许多卫星公司纷纷提出各自的全球卫星移动通信系统方案。为了克服地球静止轨道卫星移动通信所存在的难点,大多数公司提出了近地(低)轨道移动通信卫星系统或中高轨道移动通信卫星系统的方案。

低轨道移动通信卫星系统又分为两类:一类只传送低速数据和定位信息,称之为“小低轨”卫星系统;另一类除传送高速数据和定位信息外,还提供话音、寻呼、留言等业务,称之为“大低轨”卫星系统。根据其提供的业务不同,准备采用的通信频段也不同。

“小低轨”卫星系统采用1吉赫以下的极高频(UHF)频段;“大低轨”卫星系统采用1吉赫以上的L或S频段。有些卫星系统,卫星与卫星之间可直接传输信息称之为“星间链路”。

低轨道卫星系统最大的优点是卫星离地面近,只有1000千米左右,卫星的发射功率可大大降低,通信天线的尺寸也可大为缩小;通信产生的延时可以忽略。但是,事物总是一分为二,有利即有弊,低轨道系统的卫星星座要求卫星的数量多。轨道高度越低,卫星数目就越多;由于卫星相对于地面不再保持静止,就要解决地面控制管理中心和信关站同时对多颗卫星保持跟踪和测控的问题;有的还要实现星间链路的技术。

3G与蓝牙

3G

3G是英文The3rdGeneration的缩写,指第三代移动通信技术。也是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音(通话)及数据信息(电子邮件、即时通信等)。代表特征是提供高速数据业务。

相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、CDMA等数字手机(2G),第三代手机(3G)一般地讲,是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。

能够视频通话的3G手机3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升,它能够在全球范围内更好地实现无线漫游,并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务,同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务,无线网络必须能够支持不同的数据传输速度,也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps(兆比特/每秒)、384kbps(千比特/每秒)以及144kbps(千比特/每秒)的传输速度。

3G是第三代通信网络,目前国内不支持除GSM和CDMA以外的网络,GSM设备采用的是频分多址,而CDMA使用码分扩频技术,先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量,业界将CDMA技术作为3G的主流技术,国际电联确定3个无线接口标准,它们分别是WCDMA(欧洲版)、CDMA2000(美国版)和TD-SCDMA(中国版)。3G主要特征是可提供移动宽带多媒体业务。

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