移动通信基础PPT参考课件.ppt

移动基础原理 1 移动通信的发展 2 CDMA的基本概念 5 CDMA系统网络结构 4 编号计划 3 CDMA的特点和关键技术 第一代 模拟蜂窝通信系统 第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术 蜂窝概念由贝尔实验室提出 70年代在世界许多地方得到研究 当第一个试运行网络在芝加哥开通时 美国第一个蜂窝系统AMPS 高级移动电话业务 在1979年成为现实 英国TACS 全接入通信系统 北欧NMT 北欧移动电话 模拟移动通信的缺点 A 各系统间没有公共接口 B 无法与固定网迅速向数字化推进相适应 数字承载业务很难开展 C 频率利用率低 无法适应大容量的要求 D 安全利用率低 易于被窃听 易做 假机 第二代 数字蜂窝移动通信系统 由于模拟制式存在的各种缺点 90年代开发出了以数字传输 时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统 称之为第二代移动电话系统 代表产品分为两类 TDMA系统 有代表性的制式有 泛欧GSM 美国D AMPS和日本PDC N CDMA系统 N CDMA 码分多址 系列主要是以高通公司为首研制的基于IS 95的N CDMA 窄带CDMA A 频带太窄 不能提供如高速数据 慢速图像与电视图像等的各种宽带信息业务 无法满足新业务的需要 B 无线资源频率紧张 采用小区裂变方式引起切换频繁 干扰严重 降低了通话质量 有限的频率资源利用率低 而随着科学技术和通信业务的发展 需要的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的宽带 综合 数据 多媒体网络 第二代移动电话系统的不足 第三代 IMT 2000 IMT 2000 它的关键特性有 1 提供高速率和多种速率等很大范围的业务 速率可达2Mbit s 2 世界范围设计的高度一致性 各种通信系统的全面综合 实现无缝业务传递的全球服务 3 IMT 2000内业务与固定网络的兼容 4 提供高质量的业务 5 体积小 功耗低 实现无缝的全球漫游 6 灵活的频率和无线资源管理 系统配置 7 较多的用户容量 主要存在两个标准 1 以Qualcomm公司为代表提出的与IS 95系统反向兼容的宽带cdmaOne建议 美国考虑在IMT 2000网络发展目标上 支持宽带分组交换网为核心 将当前的从功能上分层的网络模式演变成端到端的客户 服务器模式 2 专门开发与GSM系统反向兼容的UMTS标准 包括两个子方案 日本的W CDMA欧洲的TD CDMA 具有代表性的第三代移动通信系统技术 CDMA发展历史和现状 1993年7月 第一个CDMA标准IS 95发布 1995年香港开通世界第一个CDMA商用移动网 1996年 韩国汉城附近开通最大的商用CDMA网 目前 日本 美国 澳大利亚等一些国家都建有CDMA商业网络 1997年 新加坡开通亚洲第一个个人CDMA通信网 中国北京 西安 上海 广州等地建有CDMA实验网2000年2月 联通与QUALCOMM签署知识产权框架协议 开始建CDMA网 2000年11月 全世界已有7000万CDMA用户 2001年 可以将现有CDMA网络平滑升级到第三代的cdma20001x系统将全面进入试验阶段 移动通信系统的演变及趋势 AMPS AdvancedMobilePhoneSystemTACS TotalAccessCommunicationSystemGPRS GeneralPacketRadioServices 通用分组无线业务 800MCDMA频率分配 A段10M825MHz 835MHz 基本信道 B段10M835MHz 845MHz A 段1 5M835MHz 846 5MHz B 段2 5M846 5MHz 849MHz 辅助信道 A段 B段 A 段 B 段 共10M7个载频 共5M3个载频 未分配 联通网 长城网 联通GSM CDMA频谱分配 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 954MHz CDMA的基本概念 CDMA概念 所谓CDMA 即在发送端使用各不相同的 相互 准 正交的伪随机地址码调制其所发送的信号 在收端则采用同样的伪随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号 扩频通信概念 CDMA传输系统中采用了扩频技术 即是将原始信号的带宽变换为比原始带宽宽的多的传输信号 以来达到提高通信系统的抗干扰目的 其数学模型为Shanon公式 即在白噪声的干扰下 信道容量为 C BLog2 1 S N b 信道带宽 s n 信噪比 c 信道容量 FDMATDMACDMA 1 多址方式 CDMA采用码分多址 基本概念 2 码分多址 码型应用 WALSH码 区分前向信道 64阶WALSH函数 导频信道采用全为0的W0 同步信道采用0 1相间的W32 寻呼信道采用W1 W7 业务信道采用W8 W31 W33 W63 PN码 m序列伪随机序列码 自相关性好 互相关性弱m序列的周期P必须满足 P 2n 1215 1短码 区分基站可区分512个基站242 1长码 反向区分移动台 正向用于扰码 3 码分多址 信道划分 前向CDMA信道划分为 导频信道同步信道寻呼信道业务信道 反向CDMA信道划分为 接入信道反向业务信道 CDMA的特点与关键技术 覆盖范围大 覆盖半径是标准GSM的2倍 覆盖1000km2 GSM需要200个基站 CDMA只需50个基站 在相同覆盖条件下 基站数量大为减少 投资将相应减小 语音质量高 8K等于G网的13K 13K相当于有线 绿色手机 发射功率小 功率控制 语音激活 频谱利用率高 FDMA中 频谱效率取决于每赫兹信息比特和频率复用系数 需要C I 载干比 为1 7才能达到 也就是每小区必须站涌10KHZ的频谱才有一条活路 TDMA的频谱算法和FDMA基本相同 对于DAMPS 每小区必须占用70KHZ才有一条活路 CDMA的算法和上面两种不同 每小区只占用20KHZ就有一条活路 占有10MHz频谱 5MHz发送 5MHz接收 的情况参数CDMAGSM载频带宽1 25MHz0 20MHz载频数325 频率复用1 13 9有效载频3 1 325 3 8 3话音呼叫 载频25至40 7 25 话音呼叫 小区75至120 7 25 8 3 60 2扇区 小区33话音呼叫 扇区75至120 60 2 3 20 0Erlangs 扇区 64至107E13 2E 最优情况 对GSM和AMPS无保护带 比8话音呼叫 载频少0 75 用于开销功能 例如 控制 导频 基于2 的阻塞 网络规划简单 配置灵活 CDMA的系统容量大 相同的频谱 CDMA的容量是GSM的5 5倍 决定CDMA系统容量的主要参数有 处理增益 所需的EB N0 话音激活系数 频率复用系数和扇区数目等CDMA系统容量高的原因是由于它的频率复用系数远远超过其他制式的蜂窝系统 另一主要因素是它使用了话音激活技术 软切换 掉话少 CDMA小区 扇区切换采用软 更软切换切换是先接续再中断服务质量高 有效减低掉话其他无线系统小区 扇区切换采用硬切换切换是先中断再接续容易产生掉话 更软切换 同一基站 相同频率 不同扇区的CDMA信道间 软容量 小区呼吸功能 1 用户数目和服务质量之间可以相互折中 灵活确定 2 小区的呼吸功能 各小区的覆盖大小是动态的 通过调整小区的导频发射功率 使相邻小区负荷分担话务 相当于增加了容量 1 提高误帧率可增加可用信道数 这时通话质量降低 2 呼吸功能 调整基站导频值来调整小区覆盖大小 关键技术 1 地址码的选择 m序列的PN码作为地址码2 分集技术 空间 时间与频率分集3 功率控制 前向与反向功率控制 4 语音编码技术采用码激励线形预测编码技术 Q CELP 5 RAKE接收技术克服多径衰落 6 切换 软切换 更软切换与硬切换 软切换 移动台参与的切换 MS导频测试 新BSC导频大于 进入 值 MS向原BSC发消息 原BSC向MSC发消息 MSC让新BSC安排信道 原BSC指示MS切换 MS切换并同时与两个BSC联系 进入过程 MS导频测试 原BSC导频小于 退出 值 两BSC向MSC发消息 MSC让原BSC退出 原BSC指示MS退出 MS中止与原BSC的联系 退出过程 MS向两BSC发导频强度消息 编号计划 MDNIMSI MINTLDNHLRSIDNIDBSIDMSC VLRESNREG ZONE 号码类型 1 移动用户号码簿号码 MDN 此号码为主叫用户呼叫一个数字移动用户时所需拨的号码 CC SN MAC 国际移动用户DN号码 国内有效用户DN号码 号码组成 86N1N2N3H0H1H2H3XXXX 中国国家号为86国内有效移动用户号码簿号码由三部分组成 数字蜂窝移动业务接入号 N1N2N3 HLR识别号 H1H2H3 移动用户号 XXXX 数字蜂窝移动业务接入号 N1N2N3 为13X HLR识别号 H0H1H2H3 见表1 移动用户号 SN XXXX 由各HLR自行分配 H0一般为0 H3由各省自行分配 H1H2H3的分配应首先与PSTN本地网的一致 一个HLR可包含一个或若干个H2H3数值 表中空格处的H1H2 H1不等于0 为备用 备用部分根据发展另行分配 2 国际移动用户识别码 IMSI 在数字公用陆地蜂窝移动通信网中 唯一地识别一个移动用户的15位号码 MCCMNCMSIN国际移动用户识别国内移动用户识别移动国家号码MCC 460 移动网号MNC 03 移动用户识别码MSIN 10位十进制的数字 移动台识别码 MIN 为保证CDMA AMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的 体制要求MIN是IMSI的后10位 即MSIN XX 为分配给我国的MIN号码段 暂定为09H0H1H2H3 同MDN号码中的H0H1H2H3 ABCD 用户号码 3 临时本地用户号码 TLDN 由被叫所在的MSC VLR分配的用于选路由的临时号码 用于网络进行路由选择 联通暂时定8613344号段的100个号码为TLDN 4 MSC VLR号码 4600309H0H1H2H31000在NO 7信令消息中使用的 代表MSC VLR的号码 M1M2的分配同H1H2的分配 5 HLR号码 4600309H0H1H2H30000在NO 7信令消息中使用的 代表HLR的号码 6 系统识别码 SID SID号码是在CDMA AMPS蜂窝移动通信网中唯一地识别一个移动业务本地网的号码 它由国家标识比特组和本地系统比特组两部分组成 共包含15比特 本网首先使用比特14至比特9为110010的512个号码 每个本地网分配一个SID号码 SID的8到4位具体分配见下表 SID号码的分配 1 SID号码的分配 2 7 网络识别码 NID 在一个CDMA移动业务本地网中唯一地识别一个网络的号码 由16比特组成 NID由各地自行分配 可以用来区分不同的MSC业务区 仅在CDMA系统中使用该号码 0与65535保留 0用作表示在某个SID区中不属于特定NID区的那些基站 65535用作表示移动用户可在整个SID区中进行漫游 8 登记区识别码 REG ZONE 对CDMA 在一个SID区或NID区中唯一识别一个位置区的号码 它包含12比特 由各地自行分配 9 电子序号 ESN 电子序号用于唯一地识别一个移动台设备 每个双模移动台分配一个唯一的电子序号 它包含32比特4个字节 其构成如下 31 2423 1817 0厂家编号保留设备序号设备序号由厂家自行分配 10 基站识别码 BSID 一个16比特的数 唯一地识别一个位置区的号码 它包含12比特 由各本地网管理 CDMA系统组成 ZXC10系列产品组网示意图 中兴ZXC10 BSS基站系统 结构上基于高速ATM网络 接口协议为IS 95A J STD 008 cdma20001X 它既是成熟的IS 95A产品 又是面向3G的产品 ZXC10 MSS产品的简单组网模型如下图所示 Um E Abis A Q C B N G N MS BT S B S C PSTN ISDN PSPDN M S C SCP M S C SSP VLR HLR AUC SC VLR D SC S ME M M SME M SCP CDMA蜂窝移动通信系统网络结构图 MSS BTS BaseTransmitterStation 基站收发信台BSC BaseStationController 基站控制器BS BaseStation 基站MSC MobileSwitchCentre 移动交换中心VLR VisitorLocationRegister 拜访位置寄存器HLR HomeLocationRegister 归属位置寄存器AC AuthenticationCentre 鉴权中心MC MessageCentre 消息中心SME ShortMessageEntity 短消息实体PSTN PublicSwitchedTelephoneNetwork 共用电话交换网ISDN IntegratedServiceDigitalNetwork 综合业务数字网PSPDN PacketSwitchedPublicDataNetwork 分组交换数据网 CDMA网包括 移动终端 BSS子系统 MSS子系统 OMM子系统等部分 基站子系统BSS可分为两部分 通过无线接口与移动台相连的基站收发信台 BTS 以及与移动交换中心相连的基站控制器 BSC BTS负责无线传输 BSC负责控制与管理 基站子系统BSS 移动交换子系统MSS完成CDMA的主要交换功能 同时管理用户数据和移动性所需的数据库 MSS子系统的主要作用是管理CDMA移动用户之间的通信和CDMA移动用户与其它通信网用户之间的通信 移动交换子系统MSS包括以下主要功能单元 移动交换中心 MSC 拜访位置寄存器 VLR 归属位置寄存器 HLR 鉴权中心 AUC 短消息中心 SC MSS子系统 移动交换中心 MSC MSC是CDMA网络的核心 MSC对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续的功能 也是CDMA网和其他网络之间的接口 另外 为了建立至移动台的呼叫路由 每个MSC还完成GMSC的功能 MSC从三种数据库 拜访位置寄存器 VLR 归属位置寄存器 HLR 和鉴权中心 AUC 中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据 反之 MSC根据其最新数据更新数据库 拜访位置寄存器 VLR VLR通常与MSC合设 其中存储MSC所管辖区域中的移动台 称拜访客户 的相关用户数据 包括 用户号码 移动台的位置区信息 移动用户识别码 批准数据 鉴权数据和用户服务清单等参数 VLR是一个动态用户数据库 VLR从移动用户的归属位置寄存器 HLR 处获取并存贮必要的数据 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将取消该移动用户的数据记录 归属位置寄存器 HLR HLR存储管理部门用于移动用户管理的数据 每个移动用户都应在其归属位置寄存器 HLR 注册登记 它主要存储两类信息 一是有关移动用户的参数 包括移动用户识别号码 电子序列号 用户号码 服务项目清单 批准有效时间等 一是有关移动用户目前所处位置的信息 以便建立至移动台的呼叫路由 例如MSC VLR地址等 电信业务数据业务智能业务短消息业务数据服务限制 如 漫游限制 补充业务参数 还包括下列信息 鉴权中心 AUC AUC属于HLR的一个功能单元部分 专门用于CDMA系统的安全性管理 用来鉴别用户身份的合法性以及对无线接口上的话音 数据 信令信号进行加密 防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全 鉴权中心一般与HLR合设 包括参数 A key SSD MIN IMSI AAV等 短消息中心的主要功能是接收 存储和转发用户的短消息 通过短消息中心能够更可靠地将信息传送到目的地 如果传送失败 短消息中心保存失败消息直至发送成功为止 短消息中心 SC 短消息实体 SME 合成与分解短消息 操作维护中心 OMC 为运营商提供对网络的操作和维护服务 管理签约用户信息 对网络进行规划 主要实现以下功能 1 维护测试2 障碍检测及处理3 系统状态监视4 系统实时控制5 局数据修改6 性能管理7 用户跟踪 告警8 话务统计等 OMC与各单元的关系 系统各个接口和协议 就CDMA系统与外界的联系 可划分为三大边界 因而也有了三大外部接口 CDMA 运营者 外部网络 用户 OSS MSS BSC MS 1 A接口 基站子系统与交换子系统之间的接口即A接口 其物理链路通过采用标准的2 048Mbit s的P