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移动通信技术浅谈 一 基础概念 通信网组成 接入网 AN ADSL VDSL PLC BSC BTS RNC NodeB WLAN WIMAX传输网 ATM SDH WDM PDH业务网 基础业务 GSM CDMA PSTN IP VOIP增值业务 彩铃 飞信用户驻地网信令网 No7同步网网管网 TMN 用户终端 话务量 话务量是指通信设备被占用的程度话务量公式为 A Cxt C是呼叫次数 单位是个 t是每次呼叫平均占用时长 单位是小时单位为erl 爱尔兰 接通率 接通次数 试呼次数拥塞率 拥塞次数 试呼次数忙时话务量早忙时晚忙时BHCA忙时试呼次数用于衡量交换机呼叫处理能力dB是一个表征相对值的值 当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时 按下面计算公式 10lg 甲功率 乙功率 中继 基本概念 基本概念 信令 信令是通信网的神经系统 在通信网中任意两个用户之间建立接续必须通过相关通信设备内的机件按一定的指令及操作程序动作才可实现 完成和实现这些指令和操作程序控制的各种信令就叫电话网的信令系统用户线信令局间信令交换机和交换机之间的信令 在局间中继线上传输 用来控制呼叫接续和拆线局间信令可以分为随路信令方式和公共信道信令方式 关于No7信令 SPSTPDPC和OPCSPC国内信令点编码本地信令点编码信令链路信令路由信令链路集 HSTP SP A面 省内信令网 B面 HSTP HSTP HSTP HSTP HSTP LSTP LSTP LSTP LSTP LSTP LSTP SP SP SP SP 全国信令网结构示意图 移动通信技术发展历程 多址技术 多址技术 SDMA 空分多址大大增加系统容量 基带数字信号处理为每条信道提供一条赋形天线发射波束 频率 提高频谱利用率是无线通信的核心问题频率 无线信号的发射频率联通800MCDMA频段是 移动台 825MHz 835MHz基站 870MHz 880MHz联通900MGSM的频段是 移动台 909MHz 915MHz基站 954MHz 960MHz移动900MGSM的频段是 移动台 897MHz 909MHz基站 942MHz 954MHz1800MGSM的频段是 移动台 1710MHz 1785MHz基站 1805MHz 1880MHz频点是给固定频率的编号 GSM900的频段可以分成125个频点 实际可用124个 其中1 95属于中国移动 96 124属于中国联通 小区 频率复用 二 GSM通信技术 GSM移动通信系统结构 终端 移动终端就是 机 它可完成话音编码 信道编码 信息加密 信息的调制和解调 信息发射和接收 SIM卡就是 身份卡 它类似于我们现在所用的IC卡 因此也称作智能卡 存有认证客户身份所需的所有信息 并能执行一些与安全保密有关的重要信息 以防止非法客户进入网路 主要设备 MSCMSC是NSS的核心 MSC是交换机 在接口上的信道与通向其它MSC或PSTN的信道之间建立交换连接 呼叫控制和计费 具有移动用户呼叫建立和控制 位置更新 切换 数据查询 移动应用 信令连接 用户保护和话音加密等移动功能 HLR中央数据库 存着用户所有相关数据 识别号码 访问能力 用户类别 补充业务等 移动用户是运动的 一旦发出呼叫会出现主叫者不知被叫移动台位于何处 因此 在交换系统中需要建立一些数据库 用来保存MS的踪迹 当一个人购买了一个GSM移动机后 他的订单将被登记在HLR中 HLR中包含用户信息 如补充业务和鉴权参数 此外 还要有关MS位置的信息 即MS当前停留在哪个MSC区 这一信息将随MS的移动而相应改变 MS要把它的位置信息 经由MSC VLR 发往它的HLR 这样便提供了能接收呼叫的先决条件 主要设备 VLR拜访位置寄存器 VLR 也是一个数据库 是动态数据库 它包含了当前处在本区 MSC区 的全部MS的有关信息 当某一个MS用户漫游到新的MSC区 与该MSC连接的VLR就向其HLR请求该MS的有关数据 与此同时 其HLR将通知该MS当前正处在哪一MSC区 如果该MS用户想建立呼叫 则VLR将建立该MS用户所必须的全部信息 无需每次都要传送给HLR AUC存贮鉴权算法和密钥 保证各种保密参数的安全性 向HLR提供鉴权参数 EIR存贮移动设备的国际移动设备识别码 IMEI 确保入网移动设备是入网许可的 不是失窃的和无故障的 主要设备 基站子系统BSC 基站控制器 BaseStationController 具有对一个或多个BTS进行控制的功能 它主要负责无线网路资源的管理 小区配置数据管理 功率控制 定位和切换等 是个很强的业务控制点 BTS 基站收发信台 BaseTransceiverStation 无线接口设备 它完全由BSC控制 主要负责无线传输 完成无线与有线的转换 无线分集 无线信道加密 跳频等功能 直放站 室内分布系统 利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落 从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖 HLR MSC BSC 基站 LSTP LSTP MSC 基站 BSC HSTP TMSC1 HSTP MSC BSC 基站 TMSC1 TMSC2 GMSC 小区 小区 小区 Um空间接口 省际汇接 PLMN 其他PLMN网 TMSC2 信令信令 话音信令 省内汇接 移动通信网络结构图 GSM系统主要接口 GSM系统的主要接口包括A接口 Abis接口和Um接口A接口 移动业务交换中心 MSC 与基站控制器 BSC 之间的互连接口 其物理链接通过采用标准的2 048Mb sPCM数字传输链路来实现Abis口 基站子系统的两个功能实体基站控制器 BSC 和基站收发信台 BTS 之间的通信接口 用于BTS 不与BSC并置 与BSC之间的远端互连方式 物理链接通过采用标准的2 048Mb s或64kbit sPCM数字传输链路来实现Um接口 空中接口 为移动台与基站收发信台 BTS 之间的通信接口 用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通 其物理链接通过无线链路实现 此接口传递的信息包括无线资源管理 移动性管理和接续管理等 信道 典型的呼叫过程 主叫 无线接入阶段和鉴权阶段 主叫 TCH指配阶段 取被叫漫游号码阶段 被叫 接入阶段 鉴权阶段 被叫TCH指配阶段 通话阶段 开机 关机 开机与位置更新通过BCCH得到所在地区LAI 通过RACH进行位置登记 MSC根据客户IMSI向客户所属HLR发送位置更新请求 HLR记录MSC号码并确认 MSC对应VLR记录该客户IMSI 设置 附着 标记 通知MS位置更新成功 MS在SIM卡记录该LAI 为了保证状态正确 通常采用周期性强制登记的方式 MS定期向BSC登记 发送 位置更新请求 消息 周期性登记的时间通过BCCH发送MS 关机最后一条RACH消息为分离消息 VLR设置 分离 标记 HLR不被通知 只有当该用户被寻呼时 才通知HLR用户已关机 位置更新 正常位置更新周期位置更新IMSI附着 分离 切换 越区切换 当前正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基站的过程 越区切换从技术上可分硬切换和软切换 硬切换 新的连接建立前 先中断旧的连接 例如GSM系统 软切换 指既维持旧的连接 又同时建立新的连接 例如CDMA系统 切换 漫游 漫游业务的提供分3个步骤 以固定呼叫移动为例 位置更新呼叫转移首先呼叫转到被呼用户HLR最近的GMSCGMSC通过7号信令向HLR询问被呼MS当前的位置 或是获得MSRNGMSC利用MSRN重选接续路由 转接至MS当前位置的MSC VLR呼叫建立MS当前位置的MSC VLR根据MSRN查出该MS的IMSI 将其转换成信令数据 在其控制区内的登记位置区中发出寻呼GMSC根据HLR提供的MSRN完成漫游中的中间路由转接至MSC V MS当前位置的MSC VLR 移动用户和固定用户的通话 GPRS GeneralPacketRadioService GSM EDGEAccessNetwork CircuitSwitchedCoreNetwork ExternalNetworks MSC VLR GMSC HLR SMSWAP BSC PCU PSTN NMS NewServices FastdataMobileInternetSMS WAPoverGPRSDataRoaming Pre pay SGSN GGSNFirewall IPBackbone LIG CGW Internet PacketSwitchedCoreNetwork GSM MAPCore 三 CDMA通信关键技术 CDMA CDMA技术中包含两层含义扩频信息带宽扩展码分用户信道和基站均依靠码识别扩频的意义一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽vs单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致宽带系统通常能够带来频率分集的优势码分的含义基站的识别 不同相移的PN序列信道的识别 正交的Walsh函数用户的识别 周期足够长的PN序列 信号 脉冲干扰 白噪声 扩频通信示意图 CDMA关键技术 RAKE接收技术 时间分集采用符号交织 检错纠错编码等方法 频率分集通过将信号能量在宽频带中扩展实现的 CDMA将信号扩展到整个1 25M上 空间分集基站采用双接收天线 在手机和基站采用RAKE接收 合并不同传输延时的信号 软切换的时候 移动台和多个基站同时联系 从中选出最好的帧送给交换机 CDMA关键技术 RAKE接收技术 S t 发射信号 接收技术无线环境 多径效应 CDMA关键技术 RAKE接收技术 RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能 接收机 单径接收电路 单径接收电路 单径接收电路 搜索器 计算信号强度与时延 合并 合并后的信号 t S t 每个用户对于其他用户都相当于干扰 远近效应严重影响系统容量 采用功控技术减少了用户间的相互干扰 提高了系统整体容量 CDMA关键技术 功率控制 远近效应与功率控制 前向功率控制 小区发射功率 上报功率控制比特 手机发射信号 功率控制命令 反向功率控制 克服远近效应和多径衰落减小多址干扰 保证网络容量延长电池使用时间 CDMA关键技术 功率控制 调整CDMA系统容量 多址干扰 远近效应功率控制的目标 所有的信号到达基站的功率相同 上行 减少对其他基站的干扰 下行 功率控制可以补偿衰落有三种功率控制原理 开环 闭环和外环开环 从信道中测量干扰条件 并调整发射功率 以达到期望的误帧率 误块率 闭环 测量信噪比 并向移动台发送指令调整它的发射功率外环 测量误帧率 误块率 调整目标信噪比 CDMA关键技术 功率控制 小区呼吸是负载控制的主要手段 负载控制的主要目的是将某些 热点小区 的负载分担到周围负载较轻的小区中 提高系统容量的利用率 CDMA关键技术 功率控制 CDMA系统的切换 切换类型 CDMA系统支持多种切换技术 切换过程和效果 当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时 移动台执行切换 硬切换 FDMA TDMA CDMA系统小区的频率一致 软切换时 移动台同时与多个基站相连接软切换是为了降低对其他小区的干扰 并通过宏分集来改善性能当邻近小区的信号强度超过一个门限 但仍然低于当前小区基站的强度时 则进入软切换状态在上行链路 二个或多个基站可以接收同样的信号 在下行链路移动台可以相干地合并来自不同基站的信号 即宏分集由于新基站发射额外的信号给移动台 而由于RAKE的Finger数目有限 移动台不能合并所有的能量 在下行链路 软切换增加了对系统的干扰软切换的增益决定于宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失 软切换 上行软切换在RNC中进行多径合并 上行更软切换在NodeB中进行多径合并 下行的软切换都在UE中合并 移动台合并功率 各自小区的接收能量 四 移动通信网络运维相关概念 局数据 交换机中的数据包括局数据和用户数据局数据 号码分析和路由选择数据信令网管理数据蜂窝无线网管理数据计费管理数据 无线网络优化 GSM系统的优化指通过各种技术手段和措施 解决系统运行过程中存在的各种问题 使系统始终处于较好的运行状态 针对网络中存在的问题 调整不同类型的参数设置 包括 处理机参数中继群设置参数无线小区设计参数无线资源参数等无线网络优化主要是通过调整各种相关的无线网络工程设计参数和无线资源参数 满足系统现阶段对各种无线网络指标的要求 优化调整过程往往是一个周期性的过程 因为系统对无线网络的要求总在不断变化 无线网络规划和优化的流程 系统需求分析 系统容量极限 网络优化调整 系统增长 工程优化调整 工程实施 频率规划与干扰预测 覆盖预测与规划 勘察与站点初始布局 容量规划 移动网络关键考核指标 系统接通率 含用户行为 话务掉话比无线系统接通率交换系统接通率 不含用户行为 业务信道掉话率寻呼成功率业务信道分配成功率 不含切换 坏小区比例PPP连接成功率 五 移动通信新技术 重要名词解释 UMTS UniversalMobileTelecommunicationsSystemGPRS GeneralPacketRadioServiceEDGE EnhancedDataRateforGSMEvolutionWCDMA HSDPA HighspeedDownlinkPacketAccessCDMA20001XEV DO 1XRTTEvolution DataOptimizedCDMA20001XEV DV 1XRTTEvolution Data VoiceIMS IPMultimediaServiceTD SCDMA TimeDivision SynchronousCodeDivisionMultipleAccess 3G 3G主流技术 WCDMA 基于R4核心网 基于R5核心网 3G关键技术 智能天线 使用智能天线 能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态 不使用智能天线 能量分布于整个小区内所有小区内的移动终端均相互干扰 此干扰是CDMA容量限制的主要原因 智能天线的优势减少小区间干扰降低多径干扰基于每一用户的信噪比得以增加降低发射功率提高接收灵敏度增加了容量及小区覆盖半径 3G关键技术 联合检测 联合检测作用避免多址干扰检测动态范围急剧增大 无需软切换小区内干扰最小化联合检测原理特定的空中接口 突发 结构允许收信机对无线信道进行信道估计根据估计的无线信道 对所有信号同时进行检测 时分双工的优势 可用于不成对频段无需成对的有双工间隙的频段通过适配于用户话务需要 频谱效率得到了提高上行和下行使用同样的载频 因此无线传播是对称的最适用于智能天线技术的实现 TD SCDMA技术 时分双工技术 5ms 1上行时隙和6下行时隙用于文件下载 internet浏览等 适用于下行数据流量大 可达2Mbit s传输速率 5ms 5ms 对称结构 适用于语音呼叫等 6上行时隙 1下行时隙 文件上传等 灵活分配上下行话务信道 Example TD SCDMA技术 时分双工技术 TD SCDMA技术 同步CDMA 定义 上行链路各终端信号在基站解调器完全同步优点CDMA码道正交 降低码道间干扰 提高CDMA容量简化硬件 降低成本 基站解调器 码道1 码道2 码道N TD SCDMA技术 接力切换 MS和BS0通信BS0通知邻近基站信息 并提供用户位置信息基站类型 载频 定时等切换准备MS搜索基站 建立同步MS或BS发起切换请求系统决定切换执行MS同时和两个基站建立通信完成切换不使用宏分集 BS0 BS1 BS2 MS FMC Softswitch MultimediaNetwork CommonSIPServicesandApplications MSC MSC S SGSN FullyconvergedSIP basedApplication ServiceInfrastructure MGW CSCF MGCF MGW Switch Fixed Mobile 通信技术发展 NGN网络 SCP Servicemanageme