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GlobalSystemforMobileCommunications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GroupSpecialMobile 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 Globa1systemforMobilecommunications 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 BTSBASETRANSCEIVERSTATION基站 负责无线信号的收发 BSCBASESTATIONCONTROLLER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 MSCMOBILESERVICESSWITCHINGCENTER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GMSCGATEWAYMSCMSC关口局 连接MSC和其它网络如PSTN 13 GSM系统网络结构 VLRVISITORLOCATIONREGISTER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 HLRHOMELOCATIONREGISTER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 890 915MHz下行 基站发 移动台收 935 960MHzGSM1800上行 1710 1785MHz下行 1805 1880MHz我国规定1710 1755 1805 1850MHz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 LocationArea 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 InternationalTelecomunicationUnion 提出了第3代移动通信技术标准IMT 2000 InternationalMobileTelecomunications2000 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 WCDMA FDD TDD CDMA200核心网络 基于ANSI41和MIP无线传输技术 CDMA200 TD SCDMA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cdma20001x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 cdma20001x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CDMAIS95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 CDMA20001X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CDMA20001X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8 9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IP3G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 通过各种接入手段将各类用户连