资格考试第8章移动通信网ppt课件.ppt

本章主要内容8 1概述8 2移动通信主要技术8 3移动通信网8 4GSM移动通信系统简介8 5CDMA移动通信系统简介8 6第三代移动通信系统 3G 8 7个人通信8 8移动通信的发展趋势 第四代移动通信系统 4G 第8章移动通信网 1 8 1概述 移动通信是一种无线通信方式 在移动通信中 信息的发出者 接收者可能处于移动状态 这种在移动状态下进行的通信称为移动通信 由于通信主体可能处于较大范围的移动状态 必须采用无线通信技术来满足移动的需要 而且这种无线通信技术还必须适应千变万化的复杂传输环境 克服各种自身的和外界产生的干扰 才能保证通信的正常进行 因此可以说移动通信系统是一个非常复杂的通信系统 2 8 1 1移动通信系统的分类移动通信的分类方式较多 按系统用途划分可以分为如下几种 1集群移动通信 2蜂窝移动通信 3卫星移动通信 4 无绳电话 3 8 1 2移动通信系统的特点1移动性 2波传播条件复杂 信号接收不稳定3噪声和干扰严重 4通信系统和网络结构复杂 5要求频带利用率高 设备性能好 4 8 1 3移动通信系统的基本组成 5 8 1 4移动通信传输特性1 多普勒效应问题 在移动通信中 当移动台移向基站时 其工作接收到的基站频率变高 远离基站时 其工作接收到的基站频率变低 这种随着移动台的移动而产生的频率偏移称为移动通信中的 多普勒效应 通常移动台的移动速度的大小决定着频率偏移的大小 速度越快 频偏越大 6 7 2 信号衰落较大 由于城市中的高楼林立 高低不平 疏密不同 形状各异 使移动通信中无线电波的传播路径进一步复杂化 导致其传输特性变化十分剧烈 移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波 反射波 散射波的矢量叠加 而各种波的空间传输路径的不同 使它们具有不同的时间差和相位差 这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定 这种现象称为衰落 8 8 1 5移动通信中的调制方式目前已在数字蜂窝移动通信系统中得到广泛应用的有 正交相移键控QPSK QuadraturePhaseShiftKeying 正交调幅QAM QuadratureAmplitudeModulation 和最小移频键控MSK MinimumShiftKeying 高斯滤波最小移频键控 GMSK 等方式 在全球通GSM系统中 采用的是最小高斯滤波频移键控 GMSK 调制技术 9 8 2移动通信主要技术 8 2 1多址接入技术1 频分多址FDMA技术 FDMA是用信号的载波频率不同来区分信道的 10 11 12 FDMA技术的特点是技术成熟 稳定 容易实现且成本较低 对信号功率控制要求不严格 它的主要缺点是频谱利用率较低 每个用户都要占用一定的频带 基站需要多部不同载波频率发射机同时工作 设备多且容易产生信道间的互调干扰 FDMA系统通常应用在模拟移动系统中 如模拟移动网TACS系统 就是使用频分多址接入技术 13 2 时分多址TDMA技术 TDMA技术采用基于时间分割信道的方式 即把时间分割成周期性重复的时间段 帧 对一个帧再分割成更小的时间段 时隙 以周期性重复的时隙作为传送信道 然后根据一定的分配原则 使每个移动用户只能使用指定的时隙作为传输信道收 发信号 14 15 16 3 码分多址CDMA技术 在CDMA技术中 不同用户传输信息所用的信号不是用频率不同或时隙不同来区分的 而是用各自不同的编码序列来区分 即靠信号的不同地址码来区分 各个地址码相互具有准正交性 以相互区别地址 而在频率 时间和空间上都可以重叠 17 18 19 8 2 2蜂窝技术从理论分析中发现 用正六角形的图形结构来构造小区要比其它形状结构 如圆形 正方形等 效果更好 衔接更紧密 产生的相互干扰更小 因此现在划分小区都采用这种正六角形的图形结构 该结构看上去像是蜂窝 所以称为 蜂窝式移动通信 20 21 常见的蜂窝移动通信系统结构可以分为三类 它们是宏蜂窝结构 微蜂窝结构以及智能蜂窝结构 1 宏蜂窝结构 2 微蜂窝技术结构 3 智能蜂窝技术结构 22 8 3移动通信网 8 3 1移动通信网的组成移动通信网由移动台MS MobileStation 基站收发信机BTS BaseTransceiverStation 基站控制器BSC BaseStationController 移动交换中心MSC MobileservicesSwitchingCenter 访问位置寄存器VLR VisitorLocationRegister 归属位置寄存器HLR HomeLocationRegister 鉴权中心AUC AuthenticationCenter 设备识别登记器EIR EquipmentIdentificationRegister 短消息中心SC ShortmessageCenter 操作维护中心OMC OperationandMaintenanceCenter 组成 23 1移动交换中心MSC 移动交换中心MSC是移动通信网络的核心 对所属区域中的系统设备进行各种管理 控制 其主要功能包括 1 信道的管理和分配 2 呼叫的处理和控制 3 越区切换和漫游的控制 4 用户位置信息的登记与管理 24 5 用户号码和移动设备号码的登记和管理 6 服务类型的控制 7 对用户实施鉴权 8 为连接移动通信网中其它的MSC提供链路接口 保证用户在转移或漫游的过程中实现不间断的服务 9 为连接其它公用通信网络 如公用交换电信网 PSTN 综合业务数字网 ISDN 和公用数据网 PDN 提供链路接口 使移动用户与固定用户之间能够实现通信 25 2 归属位置寄存器HLR 归属位置寄存器HLR是一种用来存储本地用户位置信息的数据库 在蜂窝通信网中 通常设置若干个HLR 每个用户都必须在某个HLR 相当于该用户的原籍 中登记 登记的内容分为两类 一种是永久性的参数 如用户号码 移动设备号码 接入的优先等级 预定的业务类型以及保密参数等 另一种是暂时性的需要随时更新的参数 即用户当前所处位置的有关参数 即使用户漫游到HLR所服务的区域外 HLR也要登记由该区传送来的位置信息 这样做的目的是保证当移动用户发出呼叫时 可由该移动用户的原地位置寄存器HLR中获知它当时处于哪一个地区 进而建立起通信链路 26 3 访问位置寄存器VLR 访问位置寄存器VLR是一种用于存储来访用户位置信息的数据库 一个VLR通常为一个MSC控制区服务 也可为几个相邻MSC控制区服务 当移动用户漫游到新的MSC控制区时 它必须向该地区的VLR申请登记 VLR要从该用户的HLR数据库中查询该用户有关的数据 给该用户分配一个新的漫游号码 MSRN 并通知其HLR修改该用户的位置信息数据 准备为其它用户呼叫此移动用户时提供路由信息 如果移动用户由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时 HLR在修改该用户的位置信息后 还要通知原来的VLR 删除此移动用户的位置信息 27 4 鉴权中心AUC 鉴权中心AUC的作用是可靠地识别移动用户的身份 只允许有权用户接入网络并获得服务 5 设备标志寄存器EIR 设备标志寄存器EIR是存储移动台设备参数的数据库 用于对移动设备的鉴别和监视 并拒绝非移动台入网 6 操作和维护中心OMC 操作和维护中心OMC的任务是对全网进行监控和操作 例如系统的自检 报警与备用设备的激活 系统的故障诊断与处理 话务量的统计和计费数据的记录与传递 以及各种资料的收集 分析与显示等 28 7消息中心SC 消息中心SC即可支持点对点的短信息业务 类似数字寻呼业务 实现全国联网 又可支持广播式公共信息发布业务 另外配有语音信箱 可支持语音留言业务 当移动被叫用户暂不能接通时 可接到语音信箱留言 提高网络接通率 8移动台MS 移动台MS就是便携台 手机 或车载台 也可以配有终端设备 TE 或终端适配器 TA 完成话音编码 解码 信道编码 解码 信息加密 解密 信息的调制 解调 信息发射 接收等功能 移动台是物理设备 它还必须包含用户识别模块 该识别模块和硬件设备一起组成移动台 29 9 基站收发信机BTS 基站收发信机BTS包括无线传输所需要的各种硬件和软件 如发射机 接收机 支持各种小区结构 如全向 扇形 星状和链状 所需要的天线 连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等 10 基站控制器BSC 基站控制器BSC是基站收发信机BTS和移动交换中心MSC之间的连接点 也为基站收发信机BTS和操作维修中心OMC之间交换信息提供接口 30 移动通信网的长途网络一般为三级结构 在大区中心设立一级移动业务汇接中心 以网状网结构相连 在各大都市设立二级移动业务汇接中心 与相应的一级业务汇接中心以星型网结构相连 在移动业务本地网中设一个或若干个移动端局MSC 也可视业务量由一个MSC覆盖多个移动业务本地网 31 32 8 3 2移动通信网与固定电话网的互连 33 8 3 3我国的五种移动电话网我国的五种移动电话网又被称为A B C D G网 其中A网和B网是模拟网 C D G网是数字网G网是指 全球通 GSM 数字移动电话网 D网是指DCS1800系统的网C网是指CDMA 码分多址 制式的移动电话网 34 8 4GSM移动通信系统简介 GSM GlobalSystemforMobileCommunications 数字移动通信系统是由欧洲开发出来的 在蜂窝系统的基础上发展而成的数字移动通信系统 该系统采用开放式网络结构 与ISDN兼容 频率利用率高 成本低 目前已广泛应用于全球移动网中 35 8 4 1GSM通信系统组成GSM蜂窝移动通信系统是由网络子系统NSS 基站子系统BSS和移动台 MS 三大部分组成 36 8 4 2GSM主要技术1 工作频段的分配 1 工作频段 37 2 频道间隔 在GSM上行 下行 信道频段范围内 有49个载频 每个载频相隔200KHz 采用TDMA多址接入方式 分为8个时隙 传送全速率 13Kbit s 话音信息时为8个话音信道 传送半速率 6 5Kbit s 话音信息时为16个话音信道 38 3 频道配置 频道序号和频点标称中心频率的关系为 上行信道 移动台发 基站收 FL n 890 200MHz n 1 0 200MHz下行信道 基站发 移动台收 FH n FL n 45MHz其中n 76 124频道 39 GSM900系统采用等间隔频道配置方法 频道序号为76 124 1 75为其它移动通信系统使用 共49个频点 40 2 时分多址技术 TDMA 在GSM系统中 每个无线载频上是采用时分多址 TDMA 方式复用的 每载频上可分成8个时隙 每一时隙为一个信道 因此 一个载频最多可有8个移动用户同时使用 41 3空间分集技术 在若干个支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号 然后通过合并技术将各个支路信号合并后输出 那么便可在接收终端上大大降低深衰落的影响 分集的方法有空间分集 频率分集 极化分集 角度分集 时间分集和分量分集等多种 在移动通信中 通常采用空间分集 42 4话音编码 在GSM系统中 为了降低每个话音信道的编码的比特率 以在规定的有限带宽信道中传输 而采用一种特殊的 线性预测编码LPC LinearPredictiveCoding 长期预测LTP LongTermPrediction 规则脉冲激励RPE RegularPulseExcitation 编码器 即 LPC LTP RPE编码器 其输出比特速率为13kbit s 43 5 跳频技术 跳频就是使发射机发射的频率不断跳变 通过跳频 包含字码一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏 从而提高系统的抗干扰能力 可见 跳频相当于频率分集 44 8 4 3GSM系统编号和拨号方式1GSM系统移动台ISDN号码MSISDN CC NDC SNMSISDN MobileStationInternationalISDNNumber 号码是指主叫用户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中用户所需拨的号码 号码的结构为 其中 1 CC为全球移动网中国家码 我国为86 2 NDC为国内移动网中目的地码 即网络接入号 对于中国移动GSM网NDC为139 138 137 136 135 对于中国联通GSM网为NDC130 131 132 133 对于中国卫星移动网NDC为134 45 3 SN为国内移动网用户编号 采用等长8位编号 目前 中国移动GSM网的SN号码结构是H0H1H2H3ABCD 其中H0H1H2H3为中国移动国内GSM移动网每个移动业务本地网的HLR编号 ABCD为移动用户编号 中国联通GSM网的SN号码结构是H0H1H2ABCDE 其中H0H1H2为中国联通国内GSM移动网每个移动业务本地网的HLR编号 ABCDE是移动用户编号 46 2 国际移动用户识别码IMSI InternationalMobileSubscriberIdentity 号码结构为 MCC MNC MSIN其中 1 MCC为国家号码 由3位数字组成 唯一地识别移动用户所属的国家 我国为460 2 MNC为移动网号 由2位数字组成 用于识别移动用户所归属的移动网 在我国中国电信GSMPLMN网号为00 中国联通GSMPLMN网号为0l 3 MSIN为移动用户识别码 唯一地识别国内GSM移动通信网中移动用户 号码总长不超过15位数字 47 3 位置区识别码LAI LocationAreaIdentity 位置区识别码用于移动用户的位置更新 其号码结构是 MCC MNC LAC其中 MCC为移动用户所属国家码 同IMSI中的前三位数字 MNC为移动网号 同IMSI中的MNC LAC为位置区号码 为一个2字节BCD编码 在一个GSMPLMN网中可定义65536个不同的位置区 一个位置区可以包含一个或多个无线小区 LAC信息在每个小区广播信道上的系统消息中周期发送 48 4 拨号方式 1 移动电话用户拨打国内固定电话用户 含模拟移动用户 方式为 0XYZ 长途区号 PQRABCDE 固定用户电话号 2 本地固定电话用户拨打本地移动电话用户方式为 13xH0H1H2H3ABCD 3 本地固定电话用户拨打外地移动电话用户方式为 013xH0H1H2H3ABCD 49 4 移动电话用户拨打移动电话用户方式为 13xH0H1H2HABCD 5 移动电话用户拨打特服业务方式为 0XYZ 长途区号 lXX其中 对火警只须拨119 对匪警只须拨110 对急救中心只须拨120 对交警中心只须拨122 6 国际电话用户拨打移动电话用户方式为 国际长途有权字冠 13xH0H1H2H3ABCD 7 移动电话用户拨打国际电话用户方式为 00 国家代码 该国内有效电话号码 50 8 4 4SIM卡 SubscriberIdentityModule 用户识别卡技术 它通过鉴权方式来防止未授权用户的接入 这样保护了网络运营者和用户的利益 它以一个临时代号替代用户标识 使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户 51 8 4 5呼叫处理主要过程1 GSM系统中移动台的状态 MS开机时网络对它做 附着 标记MS关机从网络中 分离 MS忙状态2 周期性登记 3 MS初始化 52 8 4 5呼叫处理主要过程4 位置更新 不同MSC VLR业务区间的位置更新相通MSC VLR不同位置区的位置更新 53 5切换 同一个BSC内的切换相同MSC VLR业务区 不同BSC之间的切换不同MSC间的切换6 寻呼 7 MS做主叫过程 8 MS作被叫过程 9 释放过程 54 8 5CDMA移动通信系统简介 码分多址CDMA CodeDivisionMultipleAccess 是一种采用不同频谱地址码使多用户同时共享传输信道 实现多址接入的通信技术 在移动通信中采用CDMA技术 并结合先进的扩频通信技术 使其具有频谱利用率高 系统容量大 网络规划简单 语音质量好等优点 因此 CDMA技术已成为第三代移动通信 3G 的首选技术 55 8 5 1CDMA移动通信系统基本原理码分多址CDMA技术原理是给每一用户分配一个唯一的序列码 地址码 并用该序列码对承载信息的信号进行编码传输 在接收端 只有知道该序列码的接收机才可以将收到的信号进行正确的解码 恢复出原始数据 56 由于扩频信号扩展了信号的频谱 所以具有一系列不同于窄带信号的性能 1 很强的抗干扰能力2 可进行多址通信 3 安全保密 4 抗多径干扰 57 8 5 2CDMA移动通信网的特点1 系统容量大 2 系统容量的灵活配置 3 通话质量好 4 频率规划简单 5 延长手机电池寿命 6 建网成本下降 58 8 5 3CDMA移动通信系统的关键技术1 功率控制技术 功率控制的目的就是克服 远近效用 它调整各个用户发射机的功率 使其到达基站接收机的平均功率相等 从而使系统既能维护高质量通信 又不对其他用户产生干扰 功率控制分为前向功率控制和反向功率控制 反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台 基站同时参与的闭环功率控制 59 2 伪随机序列PN码技术 要求PN码自相关性要好 互相关性要弱 实现和编码方案简单等 目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列 m序列作为地址码 利用它的不同相位来区分不同用户 60 3 RAKE接收技术 RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调 然后叠加输出达到增强接收效果的目的 则可达到变害为利 把原来是干扰的信号变成有用信号组合在一起 它是一种空间分集技术 61 4 软切换技术 当移动台移出原先的服务小区 将要进入另一个服务小区时 原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代 这就是切换 当移动台开始与一个新的基站联系时 并不立即中断与原来基站之间的通信 这种切换方式即为软切换 62 5 话音编码技术 目前CDMA系统的话音编码主要有两种 即码激励线性预测编码 CELP 8kbit s和13bit s 8kbit s的话音编码达到GSM系统的13bit s的话音水平甚至更好 13bit s的话音编码已达到有线长途话音水平 CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理 只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替 63 8 5 4IS 95CDMA蜂窝移动通信系统1 IS 95CDMA移动通信系统结构 IS 95CDMA网络参考模型与GSM网络相似 是由移动台MS 基站收发信机BTS 基站控制器BSC 移动交换中心MSC 访问位置寄存器VLR 归属位置寄存器HLR 鉴权中心AC AuthenticationCenter 设备识别寄存器EIR 消息中心MC MessageCenter 短消息实体SME ShortMessageEntity 和操作维护中心OMC组成 64 2 编号计划 移动用户号码国际移动用户识别码 IMSI 与移动台识别码 MIN 电子序列号 ESN 系统识别码 SID 和网络识别码 NID 3 无线网络规划 工作频段无线覆盖半径多载波技术 65 8 6第三代移动通信系统 3G 话音质量应相当或接近于公众交换电话网 PSTN 的质量 满足移动性高比特率 可变速率业务的需求 快速移动环境下 数据速率达到144Kbit s 室内到室外或步行条件下 数据速率高达384Kbit s 室内环境下 数据速率最高达到2Mbit s 支持电路和分组交换数据业务 自适应无线接口技术支持Internet通信中下行链路流量大于上行链路流量业务 频谱高效的利用率 支持各类移动通信终端 可灵活增添新业务和技术 良好的兼容性能 66 1第三代移动通信系统的无线接口标准 IMT 2000所包含的CDMA无线接口技术标准有3个 IMT 2000CDMADS对应WCDMA 简称IMT DSIMT 2000CDMAMC对应cdma2000 简称IMT MCIMT 2000CDMATDD对应TD SCDMA 简称IMT TD 67 2 IMT 2000的系统结构 系统由终端部分 包括用户识别模块UIM UserIdentityModel 和移动终端MT MobileTerminal 无线接入网部分RAN RadioAccessNetwork 和核心网部分CN CoreNetwork 构成 68 3 IMT 2000的系统的主要特点 1 形成无缝漫游的系统 2 具有支持多媒体业务的能力 特别是支持Internet业务 3 便于系统过渡 演进 4 IMT 2000的系统主要技术 1 智能天线技术 2 WAP技术 3 快速无线IP技术 4 软件无线电技术 5 多载波技术 6 多用户检测技术 7 Rake多径分集接收技术 69 8 7个人通信 个人通信是指任何人 Whoever 在任何时间 Whenever 任何地方 Wherever 与任何人 Whomever 进行任何方式 Whatever 通信的一种全新理念的通信方式 70 个人通信的主要特点 是每一个用户有一个属于个人的唯一通信号码 取代了以设备为基础的传统通信的号码 现在的电话号码 传真号码等 是某一台电话机 传真机等的号码 电信网随时跟踪用户为他服务 71 实现个人通信 需要解决许多技术问题 主要有 1 跟踪用户和位置登记 2 自动灵活计费 3 独立的个人通讯码 4 合适的个人通讯终端 5 超大容量的数据库 6 无缝网 的实现 72 8 8移动通信的发展趋势 第四代移动通信系统 4G 未来移动通信技术将呈现以下发展趋势 网络业务数据化 分组化 移动Internet逐渐形成 网络技术数字化 宽带化 网络设备的智能化 小型化 应用于更高的频段 如毫米波 K 波段 有效利用频率 移动网络的综合化 全球化 个人化 各种网络的融合 高速率 高质量 低费用 73 74 未来移动通信技术将呈现以下发展趋势 网络业务数据化 分组化 移动Internet逐渐形成 网络技术数字化 宽带化 网络设备的智能化 小型化 应用于更高的频段 如毫米波 K 波段 有效利用频率 移动网络的综合化 全球化 个人化 各种网络的融合 高速率 高质量 低费用 75 14G的定义 4G为宽带 Broadband 接入和分布网络 具有非对称的超过2Mb s的数据传输能力 它包括宽带无线固定接入 宽带无线局域网 移动宽带系统和互操作的广播网络 4G标准比3G标准具有更多的功能 76 4G的主要技术指标有 根据速率从2Mb s提高到100Mb s 移动速率从步行到车速 甚至更快 满足3G不能达到在覆盖 质量 造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服务的需要 宽带局域网应能与宽带综合业务数