移动通信网络基础知识及3G简介.ppt

移动通信网络基础知识及3G简介,3,目 录,移动通信的发展,GSM系统结构,手机的一般呼叫流程,3G及NGN简介,本地网络的改造与升级,4,移动通信的发展,第一代：模拟系统。 例如：AMPS、TACS 第二代：数字系统。 例如：GSM、CDMA（ANSI-95）、TDMA(ANSI-136) 第三代: Wideband 、CDMA2000、TD-SCDMA,5,一、 GSM发展历史,GSM是Global System for Mobile Communications的缩写; 意为全球移动通信系统; 是世界上主要的蜂窝系统之一.,6,GSM数字移动通信系统史源于欧洲。 1982成立了一个 “移动特别小组Group Special Mobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）。,一、 GSM发展历史,7,1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。 1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。 中国：1987年第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并商用。1995年，GSM数字电话网开通。,一、 GSM发展历史,8,目 录,移动通信的发展,GSM系统结构,手机的一般呼叫流程,3G及NGN简介,本地网络的改造与升级,9,二、GSM系统结构,GSM系统的主要设备 无线覆盖 交换网络 智能网业务,10,GSM系统网络结构,AUC:鉴权中心 HLR:归属寄存器 MSC/VLR:移动交换中心/拜访位置寄存器 EIR:设备识别寄存器 OMC:操作维护中心 SMS:短信中心 BSC：基站控制器 BTS：基站,11,GSM系统网络结构,BTS BASE TRANSCEIVER STATION 基站（负责无线信号的收发） BSC BASE STATION CONTROLLER 基站控制设备（ 处理所有与无线信号有关的工作：小区切换、小区配置、控制和管理所连接的BTS 、无线信道分配和管理）,12,GSM系统网络结构,MSC MOBILE SERVICES SWITCHING CENTER 移动业务交换中心（负责移动用户的呼叫建立） MSC服务区可由一至多个LA组成 用户所在的MSC/VLR地址存于HLR中 GMSC GATEWAY MSC MSC关口局（连接MSC和其它网络如PSTN）,13,GSM系统网络结构,VLR VISITOR LOCATION REGISTER 拜访位置寄存器（临时存放在该地的手机用户的用户数据，是临时的HLR。如MSISDN、IMSI、目前用户所在LAI、用户申请的各种业务） HLR HOME LOCATION REGISTER 归属位置寄存器（与GMSC、MSC、AUC相连。数据库存放属于该寄存器的所有用户数据，如MSISDN、IMSI、目前用户所在MSC/VLR号、用户申请的各种业务。负责向VLR发送用户数据）,14,GSM基站简介,基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。,15,GSM基站简介,基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。,16,GSM基站简介,全向基站 信号发射、接收均为360度范围 容量小，一般不多于4个载频 设备简单，主要用于话务量较低的地区 定向基站 一般分三个扇区，发射、接收均有方向性 可作大容量基站,17,GSM基站简介,基站设备,基站外观,18,机架中的电路板和模块,19,移动业务交换中心（MSC）,移动业务交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。,20,MSC 交换机房,21,访问用户位置寄存器（VLR）,访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。 VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。,22,归属用户位置寄存器（HLR）,归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域扔关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择 路径送到被叫的用户。,23,鉴权中心（AUC）,GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。,24,移动设备识别寄存器（EIR）,移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。目前中国地区未使用此设备。,25,GSM的无线覆盖,GSM无线覆盖由许多六边形小区组成 根据需要，有定向和全向两种小区,26,GSM小区,移动小区的理想形状是正六边形，许多小区成蜂窝状排列，所以也叫蜂窝小区或宏小区。其有效覆盖范围决定于基站和移动台的发射功率、天线高度、传播损耗、接收灵敏度、受干扰情况等因素，一般为几百米几公 里。,27,GSM的无线覆盖,全向基站 信号发射、接收均为360度范围 容量小，一般不多于4个载频 设备简单，主要用于话务量较低的地区 定向基站 一般分三个扇区，发射、接收均有方向性 可作大容量基站 特殊情况下可配置四扇区基站,28,小区分裂,若小区内业务量激增时，宏小区可以缩小，分成多个小区，这在蜂窝网中称为小区分裂 小区分裂增加了单位面积内的信道数，解决了高话务量地区的通信阻塞问题 小区分裂不能无限制地进行下去，最终受系统抗干扰能力限制,29,室内分布天线系统,为了更好地解决大型商场、宾馆、写字楼内的覆盖问题，可以采用室内分布天线系统,30,室内分布天线系统,在室内每隔一定距离装上一个小型天线，使室内具有良好的信号覆盖(适中的信号强度） 信号源可以是周围基站，也可以是微蜂窝,31,GSM使用频段,GSM900 上行（移动台发，基站收）：890915MHz 下行（基站发，移动台收）：935960MHz GSM1800 上行：17101785MHz 下行：18051880MHz 我国规定17101755，18051850MHz为GSM1800频段,32,三、GSM呼叫流程,条件 正常运营的网络 正常工作的终端设备 有效的用户识别卡,33,目 录,移动通信的发展,GSM系统结构,手机的一般呼叫流程,3G及NGN简介,本地网络的改造与升级,34,移动台待机状态,位置区（Location Area）：由若干个小区组成。系统按位置区寻呼移动台。,LA1,LA3,LA5,LA6,MSC,VLR,35,移动台待机状态,开机后，移动台扫描所有的射频信道，计算平均强度，守候在最强的广播（BCCH）信道上 在广播（BCCH）信道上，系统通知移动台应当监视哪些BCCH载波 移动台不断更新6个最强BCCH载波的测试表,36,移动台待机状态,如果位置区发生变化，移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求 系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个SDCCH（独立专用控制信道） 移动台在SDCCH上完成登记。在SACCH（慢随路信道）上发控制指令，移动台返回空闲状态,37,移动台主叫流程,移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求 系统通过AGCH为移动台分配一个 SDCCH 通过SDCCH交换进一步的建立信息（鉴权加密、移动台识别、被叫号码等），在SACCH上交换控制信息（测试报告、功率控制） 在TCH上通话,38,移动台被叫流程,系统通过PCH寻呼移动台 移动台通过RACH发寻呼响应作应答 系统通过AGCH为移动台分配一个SDCCH 系统与移动台交换必要的信息（鉴权、加密模式、移动台识别、被叫号码等）。在SACCH上发送测试报告和功率控制 分配TCH，开始通话,39,GPRS的定义,GPRS（通用分组无线业务）是GSM标准化组织制定的一套标准,以实现移动分组数据业务 GPRS的实现是在GSM网络上增加分组数据服务设备，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供分组数据业务,40,GPRS网络与GSM网络,41,新增GPRS网络节点,在GSM网络中，GPRS引入了SGSN、GGSN两个新的网络节点，从而使得用户能够在端到端分组模式下发送和接收数据 SGSN (服 务 GPRS 支 持 节 点) 负责GPRS 移 动 性 管 理,数 据 压 缩,加 密 和 计 费 ，类似于 GSM中的MSC。 GGSN(网关GPRS 支 持 节 点) 提 供 分 组 数 据 网 的 路 由,协 议 转 换，类似于GSM中的GMSC。,42,GPRS网络结构图,43,GSM与GPRS数据业务,44,GPRS和现有GSM网络对比,45,目 录,移动通信的发展,GSM系统结构,手机的一般呼叫流程,3G及NGN简介,本地网络的改造与升级,46,什么是3G?,ITU（International Telecomunication Union）提出了第3代移动通信技术标准IMT-2000（International Mobile Telecomunications 2000） 3G的三种主要制式：WCDMA、CDMA200、TD-SCDMA。,47,什么是3G?,第三代移动通信系统，是一种能提供多种类型，高质量、高速率的多媒体业务；能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与其它移动通信系统、固定网络系统、数据网络系统相兼容；主要以小型便携式终端，在任何时间、任何地点、进行任何种类通信的移动通信系统。,48,移动通信技术的演进,49,为什么发展第三代移动通信,高速增长的移动通信用户数 2003年12月全球移动通信用户数达13.8亿，其中，中国移动用户数量达到2.69亿 移动通信用户数仍保持较快增长，市场潜力巨大 3G网络可以提供更大的容量，更高的频谱利用率 高速数据业务的需求 数据业务发展迅速，成为新的业务增长点，是提供差异化服务和提高竞争能力的重要手段 现有2G网络数据业务提供能力有限，不能满足需求 3G可以支持高达2Mb/s的数据速率，能够提供更加丰富的数据业务,50,3G对无线传输技术的要求,高速传输支持多媒体业务 室内环境至少 2Mbps 室内、外步行环境至少 384Kbps 室外车辆运动中至少 144Kbps 卫星移动环境至少 9.6Kbps 传输速率的按需分配 更合理、高效利用频率资源,51,3G核心技术CDMA技术,WCDMA 核心网：基于MAP和GPRS 无线传输技术：WCDMAFDD/TDD,CDMA200 核心网络：基于ANSI 41和MIP 无线传输技术：CDMA200,TDSCDMA 核心网：基于MAP 无线传输技术：TD-SCDMA,3G 体制,CDMA技术是3G的核心,52,WCDMA发展历程,GSM,GSM+GPRS,WCDMA,53,三种主要3G制式比较,54,WCDMA和CDMA2000的比较,WCDMA优势： (1) WCDMA使用的带宽和码片速率(3.84Mcps)是cdma2000 1x演进家族的三倍以上，因而能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。此外，更高的码片速率也改善了接收机解决多径效应的能力。 (2) WCDMA在小区站点同步方面的设计是使用异步基站，而cdma2000基站则通常通过GPS实现同步，这将造成室内和城市小区(采用室内天线)部署的困难。 (3)由于支持1xEV-DO的TDM接入系统采用共享时分复用下行链路，它具有固定时隙，因此cdma2000物理层兼容性较差。 (4) WCDMA较cdma2000能够更加灵活地处理话音和数据混合业务。 (5) WCDMA进行功率控制的频率几乎是cdma2000的两倍，达到每秒1500次(1.5kHz)，因而能保证更好的信号质量，并支持更多的用户。 (6) cdma2000的导频信道大约需要下行链路总传输功率的20%，相比之下WCDMA只需要约10%，因而可以节省更多的公用信道的开销。,55,WCDMA和CDMA2000的优劣,(7)为支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务(如计费、安全、漫游等)也支持WCDMA业务，而为了完善新的数据/话音网络，cdma2000 1x必须添加额外的网元或进行功能的升级。 (8)在混合话音和数据流量方面，WCDMA的系统性能比cdma2000也表现得更加出色。 (9)由于全球移动系统有85%都在用的GSM系统，而GSM向3G过渡的最佳途径就是历经GPRS演进到WCDMA，在全世界的漫游能力更好。 CDMA2000的优势： 从窄带CDMA IS95网络升级到CDMA2000比较平滑。 GSM都属于时分多址的复用技术，而3代的WCDMA采用了码分多址技术。虽然WCDMA会尽可能使用原有GSM网络的已有设备，在一定程度上可以使用GSM的核心网络，但只能在原有2G无线网络之外另外建设一个独立的3G无线网络。而CDMA2000技术就是在考虑兼容IS95网络的前提下做出的。CDMA2000 1X网络不仅可以充分利用原有的IS95窄带CDMA网络，而且只需要在IS95的基站上加两块电路板就可以过渡到CDMA2000 1X了。系统建设成本较低,升级较便捷。,56,国内3G状况,政府策略：“积极跟进，先行试验，培育市场，支持发展”16字方针 试验室测试 信息产业部组织的3G实验室测试工作(WCDMA/CDMA2000/TD_SCDMA)已于2003年9月完成 中国移动集团公司组织的3G实验室测试工作(WCDMA)也于2003年12月结束 现场测试 信息产业部组织各运营商进行的3G现场测试工作(WCDMA/CDMA2000)已于2004年3月开始，TD_SCDMA测试工作将于2004年5月开始。现场测试工作预计将持续到2004年89月 中国移动在北京、广州进行WCDMA测试，北京、重庆进行TD-SCDMA测试,57,什么是NGN？,所谓下一代网是一个定义极其松散的术语，泛指一个不同于目前一代的，以数据为中心的融合网络。NGN的出现与发展不是革命，而是演进。 从业务上看，应支持话音和视频业务及多媒体业务； 从网络上看，在垂直方向应包括业务和传送层，在水平方向应覆盖核心网和边缘网。 -电信网技术,58,什么是NGN？广义NGN,指下一代融合网，泛指不同于目前一代，大量采用新技术，以IP为中心，同时支持语音、数据和多媒体业务的融合网络,59,什么是NGN？狭义NGN,指以软交换为控制层，兼容语音网、数据网、视频网三网的开放体系架构,60,什么是NGN？从业务上看,支持语音、视频和多媒体业务： 对电话网而言，指软交换体系； 对移动网而言，指IP 3G和后3G； 数据网而言，指下一代因特网和IPV6；,61,什么是NGN？从技术特征看,希望有传统电话的普遍性和可靠性； 有因特网的灵活性；有以太网的运作简单性； 有ATM的低延时； 有光网络的带宽； 有蜂窝网的移动性； 有线电视网的丰富内容。,62,为什么要用NGN？,CENTREX,会议电视,局域网,PSTN/ISDN,宽带城域网,IN,?,视频网,无线网,X.25/DDN,63,NGN体系结构,边缘接入,核心交换,网络控制,业务管理,64,NGN体系结构,65,NGN的分层结构,边缘接入层：通过各种接入手段