图解通信原理与案例分析-14：“大哥大”与1G模拟蜂窝移动通信案例--频率调制与频分多址FDMA

性格外向的人，会整天手拿大哥大，吃饭喝茶谈判，往桌上一放，就像押上了一个富贵的筹码和权杖，立刻会获得多一份尊重，生意谈判也因此变得轻松。性格收敛的人，会将大哥大放在擦得铮亮的老板包中，老板包夹在腋下。适当时拿出来，拉出长长的天线，花上一元一分钟的话费，在人群里喊上一句：“喂！喂！听不清，你再说一遍。”便引来无数惊羡的目光。那个年代的人们很淳朴，从不隐藏自己对别人的仰慕之情。很多人因为有了大哥大，迅速打开了自己的社交圈。一时间，梳大背头、抹发胶、手持大哥大，成了不少人理想中的富人形象。

当年人们一丝一毫也不会料想到，在多年以后的今天，就连街边拾荒者手里都会有一个小巧玲珑的手机。2001年6月，中国移动通信集团公司完全关闭模拟移动电话网。大哥大，成为历史名词。

虽然粗笨的大哥大和它的长天线已定格在了历史的长卷中，但那些妙趣横生的场景，仍值得人们反复品味。因为横空出世的大哥大，曾经把中国人的生活引向一个新境界。

本文将拆解大哥大背后的1G模拟蜂窝移动通信系统的基本原理以及主要的无线通信技术。

第二章 1G模拟蜂窝移动通信系统的架构

2.1 1G模拟蜂窝移动通信系统概述

1G模拟蜂窝移动通信系统诞生于70年代末，通过使用电话交换技术（有线核心网）和蜂窝无线电技术（无线接入网）。

第一代无线网络技术的一大成就就是去掉了将电话连接到网络的电话线，用户第一次能够在移动状态下无线接收和拨打电话。

第一代无线网络技术主要技术是模拟频率调制与频分多址FDMA。

FDMA 技术把系统带宽分成若干个子带，通过给不同的用户分配不同的频率子带，即频率复用，并利用带通滤波器来进一步减少不同用户之间的干扰，但频谱利用率低，设备复杂，容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。

说起第一代移动通信系统，就不能不提大名鼎鼎的贝尔实验室。1978年底，美国贝尔试验室研制成功了全球第一个移动蜂窝电话系统—先进移动电话系统（AMPS，Advanced Mobile Phone System）。5年后，这套系统在芝加哥正式投入商用并迅速在全美推广，获得了巨大成功。

同一时期，欧洲各国也不甘示弱，纷纷建立起自己的第一代移动通信系统。瑞典等北欧4国在1980年研制成功了NMT-450移动通信网并投入使用；联邦德国在1984年完成了C网络（C-Netz）；英国则于1985年开发出频段在900MHz的全接入通信系统（TACS，Total Access Communications System）。

在各种1G系统中，美国AMPS制式的移动通信系统在全球的应用最为广泛，它曾经在超过72个国家和地区运营，直到1997年还在一些地方使用。同时，也有近30个国家和地区采用英国TACS制式的1G系统。这两个移动通信系统是世界上最具影响力的1G系统。我国主要采用的是TACS。TACS实际是根据地缘特点对AMPS的修订版本。

本文将以我国部署的TACS为案例拆解1G模拟蜂窝移动通信的基本原理。

从上图可以看出：

有两大主要的不同的逻辑信道：语音业务信道、信令控制信道

语音业务信道：采用模拟频率调制,即频率调制FM.

信令控制信道：采用数字频率调制,即频移键控FSK.

每个信道带宽：在12.5KHz-30KHz之间。其中TACS为25KHz。

2.2 TACS 1G模拟蜂窝移动通信系统架构

（1）手机间无法直接通信，必须基站+移动电话机才能进行通信

（2）手机与基站之间为无线信道，上行与下行采用不同的频率范围的电磁波，称为频分双工。

（3）每个方向上传输的信道包括：语音信道+控制信道，语音信道传送模拟的语音，采用频率调制；控制信道传送数据的控制信令，采用FSK调制。

语音信道为手机专用信道

控制信道分为手机专有信道+所有手机的共享信道。

（4）不同手机占用不同的专有信道，不同专有信道，占用不同的频谱带宽，称为频分多址。

（5）基站：提供无线接入

（6）移动电话局：移动手机之间的数据交换。

（7）固定电话聚：移动手机与固定电话之间的数据交换。

2.3 无线通信点对点连接到星型连接的网络拓扑架构的演进

（1）单个半双工无线对讲机点对点通信模型

同时通信的用户数量: 2个
同时所需的载波频点：1个
支持的无线连接个数：1个
支持的通信连接个数：1个

（2）单个全双工无线对讲机点对点通信模型

同时通信的用户数量: 2个
同时所需的载波频点：2个
支持的无线连接个数：1个
支持的通信连接个数：1个

（3）多个全双工无线对讲机点对点通信模型

同时通信的用户数量: M个
同时所需的载波频点：2*M个
支持的无线连接个数：M个
支持的通信连接个数：M个

缺点：终端之间通信，通信的双方必须进行点对点频率匹配。

（4）多个无线终端星型通信模型：单基站

同时通信的用户数量: M个
同时所需的载波频点：2*M个
支持的无线连接个数：M个
支持的通信连接个数：M * (M-1)/2

优点：

终端之间通信，通信的双方不需要进行点对点频率匹配，只需要与无线基站进行频率匹配就可以了。

缺点：

基站需要支持M路的独立的调制解调的硬件单元，消耗大量的硬件资源。
每个终端有两套调制解调：（1）用于信令传输的FSK数字调制解调；（2）用于语音传输的FM调制解调
信令与语音使用不同的载波信道。

（5）多个无线终端星型通信模型：多基站

同时通信的用户数量: M * N个
同时所需的载波频点：2 * M * N个
支持的无线连接个数：M * N个
支持的通信连接个数：(M*N) * (M * N-1)/2

第三章 FDD频分双工技术

TACS模拟蜂窝移动通信系统中，通信的双方是手机与基站。

手机发送数据，基站接收数据，称为上行。

手机接收数据，基站发送数据，称为下行。

该系统采用了频分双工FDD方式支持全双工通信，如下图所示：

单工模式：只支持数据在一个方向上传输；比如广播通信，就是一种单工通信，广播电台只能发送数据，收音机只能接收数据。

半双工模式：允许数据在两个方向上传输，但是某一时刻只允许数据在一个方向上传输；比如对讲机，在发送的时候不能接收语音信息，在接收语音信息的时候，不能发送，只能通过按键进行切换，默认情况下，只接收语音信息。

全双工的模式：同时在两个方向上传输，是两个单工通信的结合，要求发送设备和接收设备同时具有独立的接收和发送能力。TACS模拟蜂窝移动通信系统的终端"大哥大”就能够进行全双工通信。采用的技术为频分双工FDD.

频分双工FDD（Frequency Division Duplexing），是一种双工通信方式，通过不同的频率来区分发送与接收，操作时需要两个独立的无线信道。一个信道用来向下传送信息，另一个信道用来向上传送信息。两个信道之间存在一个保护频段，以防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰。就像高速公路，通过马路，分不同的方向。TACS的包含频段为45M.

第四章频率复用技术概述

在点对点通信中，两个需要通信的终端，需要人为的保障，采用相同的载波“频率对”。

在星型连接的模拟蜂窝移动通信，分配给TACS模拟蜂窝移动通信的无线频带（一段频率谱）为有限的25M * 2 = 50M, 上下行个占用25M带宽, 如下图所示：

这些频带资源为所有的基站设备下的所有无线终端共享，每个终端的语音基带信号的带宽为3KH，频率调制后的带宽为25K, 计算公式如下：

语音基带信号的带宽为：3KHz

调频的最大频偏为：9.5KHz

调制后的带宽 = （9.5+3）* 2 = 12.5KHz * 2 = 25KHz。

可以看出调频比调幅需要更大的带宽，但25KHz的带宽，对于数字通信来说，是很小的带宽，因此模拟蜂窝移动通信属于窄带通信。

由于每个用户单向只需要25KHz的带宽，为此，可以把25M的总频谱带宽, 按照25KHz为单位进行切分，每个25KHz为一个载波通道。

一共可以切分25MHz % 25KHz = 1000 个通道，因此，理论上讲，如果不采取其他技术手段，一个TACS模拟蜂窝移动通信最大支持1000个用户同时在线通话。很显然，对于一个移动通信系统量，同时1000个同时在线的用户数量有点太少。

因此，需要通过一定的频率复用技术，确保不同基站之间终端、同一基站之间的终端之间无线通信不发生相互影响，且能支持更多的同时通话的用户数量！

4.1 空分复用

空分复用（SDM）技术是指利用空间的分割实现复用的一种方式。空分复用有很多种形式。

（1）光纤复用

光纤复用是指将多根光纤组合成束组成多个信道，相互独立传输信息。在光纤复用系统中，每根光纤只用于一个方向的信号传输，双向通信需要一对光纤，即所需的光纤数量加倍。光纤复用可以认为是最早的和最简单的光波复用方式。

（2）空间隔离

电磁波在传输中有能量的损耗，因此天线发送的电磁波有一定的覆盖范围，因此覆盖范围之外，就可以复用同频率的电磁波信号。如下图所示：

这种空间隔离的最大缺点就是基站之间必须有留空，以避免基站之间的同频率的干扰。基站之间的留空就是无线信号覆盖不到的区域，导致手机终端在留空的区域无信号，无法通话。很显然，这种方式，只适合孤岛或区域性通信，不适合需要连续覆盖的公众通信网。

（3）全向天线蜂窝小区制cell

第一代移动通信系统的最显著的特点就是以较小的频率支持一个或者多个用户，以小区（Cell）为基本单元，采用类似蜂窝状的小区频率规划实现频率复用，从而实现高系统容量。

小区制：蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。

一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户。通过在一个服务区中设置多个基站，从而实现容量的提升。

频率重用的思想如图a所示，图中，每7个蜂窝组成一组，每个数字代表了一组频率；每组频率都有一两个蜂窝宽的缓冲带，在缓冲带中该频率组不会被重用，从而保证了良好的隔离性和较低的干扰。

这就意味着，25M的总带宽，1000个25KHz的载波，被切换7个蜂窝组，每个蜂窝组可以最大占用143个25KHz的载波。

这种切分方法，确保相邻小区之间载波频率是不重叠的，相同变化的数字小区，其频率是相同的，但在空间是隔离的，因此可以复用小区的频率。

通过小区进行频率复用

频率是指蜂窝系统的基站工作频率，由于基站信号传播损耗只能覆盖一定距离，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。例如，用户超过一百万的大城市，若每个用户都有自己的频道频率，则需要极大的频谱资源，采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或系统容量。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，这是使系统容量趋于无限的极好方法。

如上图，这个就是频率复用的一个示意图。

假设小区1（Cell 1）使用的频率是f1，只要保证Cell 1相邻的6个小区Cell2~Cell7不使用f1，则理论上，Cell1里面无线信号就不会受到干扰，通话质量和容量都能够保证，那么围绕Cell 1一圈之外的小区外面，这可以重复使用Cell1的频率f1，又可以提供和Cell1一样的容量和语音质量。

就和地图涂色类似，只要保证相邻小区之间使用的频率不同，就形成了整个系统的频率复用。实现了频率复用了之后的移动通信系统，可以通过缩减小区覆盖而增加小区数量，这在理论上可以提供无限的系统容量，比如从之前覆盖10公里半径的小区改为几个覆盖5公里的小区，则在这个10公里范围里面的系统容量就增加了几倍。

上述是理论上的频率复用，在现实中的小区规划不会如此整齐，还有地形，发射天线的高度及用户分布等各种因素，因此形成了移动通信中特有的工作，无线网络规划和优化，规划是规划如何建站，如何分配频率，实现最优的频率复用。优化就是在当前现在的网络上，通过分析现在网络里面的干扰，调整网络参数，比如降低功率，更换频率，调整天线的角度等，减少小区之间的无线干扰，从而提高网络的质量和容量。

小区切换和位置更新：

采用蜂窝式组网后，由于每个基站的服务半径就会变得相对比较小。

比如大区制的基站，可以覆盖40-60公里以上，那么一个用户在通话中移动到小区外的概率还是比较小的，因此不需要做切换处理。

但是小区制就不一样了，因为小区变小，每个小区的半径可能只有1-2公里，那么用户如果是在汽车里面，只要1-2分钟就可能移动到小区边缘，为了保持用户的通话不断，就需要将这个用户从当前服务的小区切换到相邻的小区，因此切换技术就成为了蜂窝系统的一个关键技术，不同的多址接入系统切换技术也会有所不同。

位置更新是移动通信所特有的，由于移动用户要在移动网络中任意移动，网络需要在任何时刻都能联系到用户，以有效的管理移动用户，比如当有人需要打这个人电话的时候，系统就需要知道这个用户是A小区还是B小区，这个就需要用户的终端定时将自己的位置报告系统，完成这种功能的技术称为移动性管理。

（4）扇区天线Sector蜂窝小区制cell

由于宏基站覆盖的范围较大，如果通过全向天线，那么全向天线小区的功率就需要非常大，以支持覆盖足够远的距离。

为了降低每个小区的发送功率，同时要达到同等的覆盖范围，采用了一种120°扇区覆盖的技术。

扇区sector，是指覆盖一定地理区域的无线信号覆盖区，是对无线信号覆盖区域的划分，是由天线决定的。一个宏站基站通常会打出三个120°空间上独立扇区，每个扇区可以部署一个或多个小区。小区和载波组相关，一个扇区可以部署多个不同的载波组，支持一个扇区部署多个小区。即每个扇区使用一个或多个无线载波完成无线覆盖，每个无线载波使用某一载波频点。
而小区是为用户提供无线通信业务的一片区域，是无线网络的基本组成单位。基站支持的小区数=“扇区数×每扇区载频数”确定。

在3×2配置中，整个圆形区域分为3个扇区进行覆盖、每扇区使用2个载频，那么就一共有6个小区。（但一个基站对应的最大小区数不止6个）

第五章不同用户的频分多址FDMA

通过FDD频分双工，可以把上行和下行数据分开。

通过小区和扇区，实现了小区级或者说频道组之间的频率复用，那么在小区内部，如何进行频率复用呢？即如何通过不同的频率信道，区分不同的用户呢？在模拟蜂窝移动通信系统采用的是频分多址技术，在GSM中，采用的是时分多址技术，在CDMA系统中，采用的是码分多址技术，在LTE中采用的是频分+时分+空分+码分。

这里先讨论模拟蜂窝移动通信系统采用的是频分多址技术。

5.1 频分多址的定义

所谓多址技术，就是在无线通信系统中，多用户同时通过同一个基站和其他用户进行通信，必须对不同用户和基站发出的信号赋予不同特征。这些特征使基站从众多手机发射的信号中，区分出是哪一个用户的手机发出来的信号；各用户的手机能在基站发出的信号中，识别出哪一个是发给自己的信号。多址技术，除了频分多址FDMA，还有，时分多址TDMA、码分多址CDMA、空分多址SDMA。

FDMA把频带分成若干信道，同时供多个不同地址用户使用不同的载波（信道）来实现多址联接的通信方式，在一个频率信道中同一时刻只能传送一个用户的业务信息；或指以载波频率来划分信道，每个信道占用一个载频，相邻载频之间应满足传输带宽的要求。在模拟移动通信中频分多址是最常用的多址方式，每个载频之间的间隔为30kHz或25kHz。在数字移动通信中频分多址可以单独使用或与其他多址方式混合使用，一般多与时分多址或码分多址混合使用，这时每个载频可以有多个时分多址的信道（时隙）或多个码分多址的码道，载频之间的间隔也比较大，从几百kHz到几MHz。单独使用频分多址方式，每个载频只传输1个用户信号，频带占用较窄，移动台设备简单，但基站设备庞大复杂，有多少个信道就要有多少个收发信机，因此需要天线共用器，功率损失大；另外，越区切换较为复杂，切换时通信会中断数十到数百毫秒，对于数据传输会带来数据丢失。典型的例子如第一代蜂窝系统中的AMPS制式和TACS制式中所用的多址技术。光波通信，也采用频分多址技术，示意图如下：

在TACS或AMPS制式中，由于必须采用FDD方式，要为每个无线小区分配一组n对(上行和下行)频率信道，n对频率信道可供该无线小区中的所有用户共同使用，但只能供该无线小区的n个用户同时使用。某移动用户在发送信息时，占用一对频率信道中的上行频率信道，工作在该频率信道上的基站接收机就设置相应中心频率及带宽的接收带通滤波器接收该用户信息；而其他移动用户可在其他上行频率信道上同时发送信息。由于各频率信道上的基站接收机都设置了对应中心频率和一定带宽的接收带通滤波器，所以基站各接收机能正确地接收各用户的信息。同样，各移动用户接收信息时，在同一对频率信道中的下行频率信道上接收来自基站的信息。由于各移动台设置了相应中心频率及带宽的带通滤波器，也能正确地接收各自的信息。在900MHz频段，一对频率信道的上下行频率信道的频率间隔为45MHz。

按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。

如下图所示：

5.2 TACS的物理信道

TACS的总带宽是25M, 这样一共就有1000个独立的25K的子载波，通过小区级别的频率复用，每个小区理论上可以支持143对25KHz的物理载波信道。每对上下行的物理载波信道为用户提供双向的语音服务。

总体来看，载波信道分为两大类

（1）通过FM模拟频率调制技术，传送用户的语音数据；

（2）通过FSK数字调制技术，传送用户专有的控制信令和所有用户共有的广播信令和控制信令。

为此，需要对这143对子载波进行统筹规划，确定这些子载波的用途，哪些是固定的、哪些是动态分配的，哪些是公共的，哪些是特定用户私有。这个过程就是物理信道的划分。

蜂窝模拟通信中，每个物理信道，都是某个频点的子载波为基本单位的，一旦某个频点的子载波物理信道分配给某个用户，由于没有时分复用，因此，即使该用户没有数据发送，该频点子载波物理信道也是被某一用户独占的。

这里有几点需要特别注意：

（1）每个终端支持2对并行的调制解调器，一对是FSK数字频率调制器，用于基站的广播信令和控制信令以及专用用户的控制信令；另一对是FM模拟频率调制器，用于传送语音信息；

（2）基站有一对FSK数字频率调制器和N对并行的FM模拟频率调制器，用于为多路终端并行传送多路语音信息。

理论上讲，TACS系统，每个小区最大可以支持143路25KHz的模拟调制解调器，但这需要消耗大量的硬件资源，在实际系统中个，每个小区支持的25KHZ频道数倍这个要小。

（3）基站通过不同的滤波器，分离不同的信道。

（4）没有时分复用，一旦某一用户占用某一信道，在释放前，即使用户没有语音数据数据，也无法被其他用户使用，这是由频分多址的特性所决定的，用户独占某一载波信道，就像有线固定电话一样。这也是频分多址众多缺点中的一个。

第六章. 单路用户语音数据的调制：频率调制FM

在1G模拟蜂窝移动通信系统中，频率调制用于把用户的模拟语音信号，调制到分配给用户的子载波的载波频率上。

如何进行模拟的频率调制，参看：《图解通信原理与案例分析-13：无线对讲机案例--频率调制实现语音点对点无线通信》

https://mp.csdn.net/console/editor/html/108565043

第七章用户控制数据的调制：频移键控FSK

7.1 频移键控FSK的基本定义

在1G模拟蜂窝移动通信系统中，小区的广播信令、用户特定的信令，都是数字信息，因此很显然，模拟的语音频率调制，就不合适了，需要有新的调试方式，频移键控FSK就登场了。

以数字信号控制载波频率变化的调制方式，称为频移键控(FSK)。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统，二进制移频键控2-FSK。

2FSK（Frequency Shift Keying）为二进制数字频率调制（二进制频移键控），用载波的频率来传送数字信息，即用所传送的数字信息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“0”对应于载频 f1，而符号“1”对应于载频 f2（与 f1 不同的另一载频）的已调波形，而且 f1 与 f2 之间的改变是瞬间的。传“0”信号时，发送频率为 f1 的载波；传“1”信号时，发送频率为 f2的载波。可见，FSK 是用不同频率的载波来传递数字消息的。基本原理如下：

一个完整周期的载波1的正弦波，代表数字1，

一个完整周期的载波2的正弦波，代表数字0，

每个完整周期的正弦波，就称为一个符号，代表0或1. 无电磁波，表示无数据。

频移键控（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较早的一种调制方式,

它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用，比如蓝牙，Lora等物联网通信。

在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。

根据已调波的相位连续与否，频移键控分为两类：相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控。

7.2 二进制频率调制2-FSK

相位不连续的频移键控是由单极性不归零码对两个独立的载频振荡器进行键控，产生相位不连续的FSK信号，其原理图如图1所示。

{Ak}为输入的二进制比特流，每个二进制比特，通过控制开关门1或开关门2，来控制载波F1或载波2中的一个进行输出。导向器确保某一时刻只能有一个输出。输出的载波信号，通过加法器叠加在一起，便得到最终的波形。BFP为带通滤波器。

2-FSK的数学表达式如下：

这样可以得到内含两个不同的角频率的调制后波形，不同的频率，表示两个不同的数据状态1或1。而相位和则是(–π，π)内均匀分布的随机变量。如下图所示：

调制后信号的数学表达式：

7.3 二进制频率调制2-FSK的解调

相位不连续的FSK信号的接收可以采用两种不同的方法，即相干解调和包络检测的方法。

（1）包络检测

包络检测，又称为非相干解调。

非相干解调首先将得到的信号进行带通滤波后滤除载波频率以外的噪声以及干扰，使得信号可以完整的通过，

再经过全波整流器输出正极端的包络曲线，

然后经过低通滤波器或者整流模块输出基带包络信号，

再经过抽样判决器输出基带二进制信号。其中的抽样判决模块用到的抽样定时脉冲信号与

每一个码元的周期相同，并且在码元的中间位置进行抽样。包络检波各个部分的输出时间波形图，最终输出的波形在时间上相对于原基带二进制信号有一定的延时，这是硬件部分进行信号处理时无法避免的，在信号速率不大的情况下这种延时可以忽略。

包络检测的原理如图5所示，它与相干解调的区别是用线性包络检波器和起平滑波形作用的低通滤波器来代替相干解调时用的乘法器和用以滤去高频分量的低通滤波器。抽样判决采用比较判决方式，不需要设置判决门限电平。

相位不连续的FSK信号所需要的频带约为ASK信号的3倍，因此，在使用频移键控时常常使用相位连续的频移键控。

（2）相干解调

相干解调需要同步的本地相干载波，相干载波与原调制的载波信号必须同频同相，，FSK信号的相干解调原理如图4所示。

用乘法器替代包络检波器，显性化调制信号中的二进制分量，通过滤波器，滤除高频分量，获取调制信号中基带二进制分量。

第八章大哥大终端的通信过程

与点对点通信不同，帅哥A需要把自己的爱慕之前先发送到自己所在的基站，基站在发送到移动交换局，移动交换局再把帅哥A的爱慕之前转发到美女B所在的基站，然后美女B所在的基站把信息发送给美女B, 最后美女B才能收到帅哥传送过来的爱慕之情。

这里经过2次调制解调

第一次调制解调是：帅哥A的终端对语音数据进行调制，帅哥A所在的基站对语音数据进行解调。

第二次调制解调是：美女B所在的基站对转发过来的帅哥A语音数据进行调制，美女B的终端对语音数据进行解调。

8.1 初始状态(standby)：小区搜索

小区搜索就是UE和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。

TACS大概有1000个可以复用的25KHz的载波信道，但每个特定的基站，不会使用全部信道，只使用了其中的一部分信道。

因此，移动台开机接通电源后，就会对数字控制信道进行全扫描搜索，锁定在最强信号的信道上，从而锁定特定的基站，并时刻保持监视。这个过程随着移动台的移动或信道的变化会反复进行，以保证移动台不断跟踪能够提供最强信号的基站。

8.2 随机接入过程

随机接入是UE和网络之间建立无线链路的必经过程，只有在随机接入完成之后。

8.2 主叫过程

首先是呼前拨号，

然后是按发送键将呼叫的号码和用户识别码通过反向信道发送给基站，

基站通过有线数据线路告知移动电话交换局，

移动电话交换局先为基站和移动台分配话音信道，

然后向被呼用户送振铃音。

电话振铃，被呼用户摘机即可通话。

8.3 被叫过程

包括寻呼、选择基站、寻呼响应、分配话音信道、振铃和通话等。

移动电话交换局收到被呼移动用户号码后，将其转换为移动台的识别号码并发出寻呼指令，让本服务区各基站通过前向控制信道选呼该移动用户。

若移动台开机，就会发现被呼信号，并选择信号最强的空闲基站在反向控制信道上发送识别码，由基站送到移动电话交换局。

移动电话交换局收到寻呼响应后分配话音信道，基站在前向控制信道上发送振铃信号，移动台摘机即可通话。

可见，移动台被呼之前一直在工作，只是用户感觉不到。

8.4 帅哥A信息的发送过程

（1）信源：帅哥A

（2）信息：对美女的爱慕之情

（3）消息：通过口腔，把爱慕之情通过模拟的声音信号表达出来：“I Love you"

（4）信源编码：通过话筒，声音信号转换成模拟的基带电信号

（5）高频调制/频谱搬移/混频

通过高频调制，（a）把低频基带信号的幅度调制到高频信号的幅度上；（b）把低频基带信号的频谱，搬移到高频载波信号频率附近。

需要注意的是：这时候的载波信道Fm，并不是由终端自己决定的，而是由所在的基站A分配的。

（6）功率放大：调制后高频信号，通过功率信号放大器，对信号进行放大。

至此帅哥A“I Love you"的音频信号变成了如下的高频载波信号：

（7）信号发送：功率放大后的信号，经过天线就可以发送了

至此，基带信号通过载波频率调制后，可以通过天线转换成电磁波信号，在基站A覆盖范围内的空中进行传输了。

8.5 信息的传输与交换

（1）信宿：基站A

（2）信号的接收：

基站A的天线，接收到帅哥A通过无线终端发送的电磁波信号。

（3）线性放大LNA：

由于电磁波信号在空中传播会发散和衰耗，因此基站A收到的电磁波信号其实是比如弱的，因此需要通过LNA对信号进行放大。LNA与功率放大器的区别是，LAN只放大信号电平，不放大噪声。

并得到如下的调制后的信号

（4）解调

通过模拟频率调制解调（包络检波或相干解调），在本地还原出还原成基带电信号。

（5）基站A把还原出的基带信号转发给移动交换局

（6）移动交换局查找美女B的终端所在的基站B，并把语音数据转发给对应的基站B。

注意：基站B可以与基站A是同一个基站，也可是不同的基站。

（7）高频调制/频谱搬移/混频

基站B对语音数据进行再次调制。

需要注意的是：这时候的载波信道Fn，并不是由终端自己决定的，而是由所在的基站B分配的。

（6）功率放大：调制后高频信号，通过功率信号放大器，被放大。

至此帅哥A“I Love you"的音频信号又重新变成了如下的高频载波信号：

（7）信号发送：功率放大后的信号，经过天线就可以发送了

至此，基带信号通过载波频率调制后，可以通过天线转换成电磁波信号，在基站B覆盖范围内的空中进行传输了。

8.6 美女B信息的接收过程

（1）信宿：美女B，无线终端

（2）信号的接收：

美女B的无线终端的天线，通过基站分配给美女B的载波信道 Fn，接收电磁波信号。

但美女B现在还不知道电磁波信号承载的是什么信息。

（3）线性放大LNA：

由于电磁波信号在空中传播会发散和衰耗，因此帅哥A的无线对讲机收到的电磁波信号其实是比如弱的，因此需要通过LNA对信号进行放大。LNA与功率放大器的区别是，LAN只放大信号电平，不放大噪声。

并得到如下的调制后的信号

（4）解调

通过模拟频率调制解调（包络检波或相干解调），在本地还原出还原成基带电信号。

（5）信源解码：通过听筒，把模拟的基带电信号转换成空气震动的声音信号。

（5）消息：美女B通过耳朵把空气震动的声音信号转换成：“I Love you"消息，即听到了帅哥A的电话表白。

（6）信息：美女B根据亲耳听到的“I Love you”语音信号或消息，感受到了帅哥A对自己的爱慕之情。

至此，帅哥A通过1G模拟蜂窝移动通信系统，把自己对美女的爱慕之情传递给了遥远处的美女B。

8.7 话终拆线

通话终了，必须及时拆线(包括无线和有线链路)，尽快释放信道，保证系统正常运行。

拆线过程决定于移动用户与市话用户哪个先挂机，与主呼、被呼无关。

第九章模拟通信与数字通信的比较

在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种多样的，但基本可以分为两大类：连续的和离散的。

连续的消息如话音，声波振动的幅度是随时间连续变化的。若把它转换为随时间连续变化的电压信号，信号幅度是时间连续函数。这样的信号称作模拟信号；

而离散消息，如打字机产生的消息，输出的消息符号个数是有限的。如信号的参数与离散消息对应而离散取值，这就是数字信号。

所以根据信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。

模拟通信

什么是模拟通信呢？比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”。

数字通信

数字信号与模拟信号不同，它是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)的波形，称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。

两者的对比

数字通信与模拟通信相比，具有明显的优点：

首先是抗干扰、抗噪声能力强。

模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。

一个模拟信号如果信号衰减20%的话，那就严重失真了。

而一个高电平的信号衰减20%时，它还是代表1。因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。再有数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。

其次，数字信号易于加密，信息传输比较安全。

数字信号的特殊形式，使得信息加密变得十分容易。例如把信息比特率按一定的长度分组，用相同长度的一个比特率（称为密钥）与这些分组进行模二加，便完成了信息的加密。在接收端，用相同的密钥与接收到的序列模二加，就恢复为原来的信息序列。

数字移动通信GSM系统就是采用这方法对信息加密的。模拟信号虽然也可以加密，但操作起来要复杂得多。此外，数字通信设备的产品重复性好，有利于生产以及通信的发展和普及。

即使这样，与数字通信系统相比，模拟通信系统也有自己比较好的一面，设计较简单，电路的功率消耗一般比较低。

因此数字通信与模拟通信的区别具体说就是调制方式不同而已。

模拟通信，技术很成熟，就是将模拟信号与载波进行调制，使其带有一定载波特性，又不失模拟信号的独特性，接受端通过低通滤波器，还原初始模拟信号。

而数字信号，首先进行采样，对于采样幅值进行编码（0，1编码），然后进行调制，相移键控等，接受端还原即可，信号传输率高。相对而言，数字通信优于模拟通信。

模拟通信用模拟信号，就是连续起伏的波形来传递信号。

数字通信用的跟电脑一样的数字信号，1跟0组成信号。

模拟信号的可以平滑的实现，

数字信号就算再怎么接近平滑它都是阶梯状的。

结束语：

无线通信的本质就是利用某个频率的电磁波传输信息，因此无线通信，首先想到的就是如何利用各个频点的电磁波信号。因此频分多址是蜂窝无线通信多址技术的鼻祖。

模拟蜂窝移动通信系统采用的频分多址方式，使每个用户占用一个频点。

虽然可以采取频率复用技术，但网络容量仍无法满足快速增长的需求；

同时，模拟蜂窝移动通信系统的移动台采用10位固定数字编码，很容易被盗用，安全性较差。

模拟通信在历史上曾经占有过主导地位。但近20年来，随着超大规模集成电路工艺的成熟以及计算机和数字信号处理技术的充分发展，数字通信发展迅速，在世界大部分地区，大多数的模拟通信系统已被数字通信系统所取代。

参考：

GSM的信道划分：https://wenku.baidu.com/view/f5d9c318650e52ea551898a5.html

GSM频率复用方式：https://wenku.baidu.com/view/db14f7db7f1922791688e817.html

频分多址：https://baike.baidu.com/item/FDMA/416408?fr=aladdin

模拟蜂窝系统：https://wenku.baidu.com/view/e9ec367202768e9951e738e7.html

第一代模拟蜂窝通信系统：https://download.csdn.net/download/xmh1954/5101090