移动通信技术简介

,移动通信技术简介,定义？,1.什么是通信？,2.什么是移动通信？,指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另一方。,通信中的一方或双方处于运动中的通信。移动通信(Mobilecommunication)是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。,分类？,释义,狭义的移动通信，专指公众陆地移动通信系统（即PLMN，PublicLandMobile-communicationNetwork），亦称蜂窝式移动通信系统。,为什么叫蜂窝式？,为什么采用蜂窝式？,在介绍蜂窝概念之前，我们有必要先认识一下移动通信系统的网络覆盖分布格局。如下图：,从上图中，我们可以看到：整个PLMN网的网络覆盖区，从范围大小来分，依次是:PLMN区MSC区LA区CELL区可见，CELL区是移动通信系统中的最小网络覆盖单位。CELL，中文译名“蜂房的巢室”，即蜂窝。,1、Cellular蜂窝技术：是一种无线通信技术。这种技术把一个地理区域分成若干个小区，称作“蜂窝”(即Cell)。因移动通信系统的最小覆盖单元，形似蜂窝。故名蜂窝式移动通信系统2、蜂窝式的结构的优越性：邻接小区的中心间距，大；单位小区的有效面积，大；交叠区域面积，小；交叠距离，小；所需最小无线频率个数，少。,初级通信阶段,近代通信阶段,现代通信阶段,以1838年电报发明为标志,以20世纪80年代后出现的光纤通信应用/综合业务数据网崛起为标志,以1948年香农提出的信息论为标志,通信发展史,通信业服务种类增多，成为产业支柱,通信行业发展,移动通信技术的出现是通信史上的一个里程碑,蜂窝理论提出,模拟移动网诞生,数字移动网诞生,数字数据移动网时代,第一代：美国AMPS英国TACS,第二代：泛欧的GSM美国的D-AMPS美韩的CDMA-95日本的JDC,第三代：欧洲的WCDMA美韩CDMA2000中国TD-SCDMA,2.5GGPRSCDMA1x,2.75GEDGE,移动通信发展史,目标:,了解移动通信基本原理掌握通信网络主要网元了解移动通信技术发展趋势,课程主要内容:,通信网基本理论发展史和GSM网络构成移动通信基本接续过程网络未来的发展展望,课程主要内容:,通信网基本理论1、交换基本理论2、交换网3、传输网,如何实现电话通信?-话音信号的接收和发送-话音信号的传输,用户A用户B两个用户的通信,用户A,用户B,用户C,三个用户的通信,交换基本理论,如何实现电话通信?N个用户时需要N(N-1)/2条线路必须解决话音交换问题,交换基本理论,%*%￥#,用户A用户B两个用户的通信,交换局,交换网,多台交换机组成交换网,省际话路汇接网,本地话路网,省内话路汇接网,ISC,TMSC1,TMSC1,TMSC1,TMSC2,TMSC2,MSC,MSC,MSC,TMSC1网状网,国际话路汇接网,网络结构,北京、上海、广州各建了一个移动国际话路交换机ISC，负责国际业务的话务疏通。国际通信关口局承载全国移动国际去话业务和部分国际来话业务（含联通、固定）。移动国际话路交换机ISC之间彼此以低呼损电路群相连，并分别与各自所在地的TMSC1、关口局设置直达电路。国内侧中继电路采用分区汇接方式组织，即将全国划分为三个区域，分别以每个国际局为中心，形成三个国际辖区。,网络结构,网络结构,上海,北京,武汉,传输网,按作用分为:用户接入网:用户交换机中继传输网：交换机交换机,按传输介质分为:金属线传输光缆传输,按传输信号类型分为：模拟传输系统数字传输系统,传输的概念,模拟（话音）信号数字化数字信号在中继网中传输，交换数字信号转化为模拟信号,中继传输网,课程主要内容:,通信网基本理论发展史和GSM网络构成移动通信基本接续过程网络未来的发展展望,移动通信基本知识,移动通信?通信双方,至少有一方在移动中进行信息交换.信息交换:模拟,数据,图象,传真等,移动通信分类,蜂窝移动通信系统无线寻呼系统卫星移动通信系统无绳电话系统,移动通信的发展史,模拟移动通信系统上世纪70年代,美国贝尔实验室研制成功了先进移动电话系统的AMPS,1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS模拟蜂窝移动通信系统.上世纪80年代,模拟蜂窝移动通信技术走向成熟,并在全世界得到广泛应用.代表:AMPS和TACS.,移动通信的发展史,1986年,我国开始建立模拟移动电话网。1991年8月TACS系统在郑州建成开通。,移动蜂窝电话系统.,通过采用蜂窝技术,建立若干个基站,将地理区域分割成相互有重叠的覆盖区,实现网络的大范围覆盖。,数字移动通信系统-1982年,欧洲邮电行政大会CEPT,设立了”移动通信特别小组”,开发第二代移动通信系统.-1986年对欧洲各国经大量研究和试验所提出的八个建议系统进行了现场试验.-1989年GSM标准生效-1991年,GSM正式欧洲商用,移动通信跨入第二代.,移动通信的发展史,移动通信的发展史,1994年,中国第一个GSM系统在广东开通。1995年,河南省开始建设GSM系统。2001年5月,全球GSM用户突破5亿,中国GSM用户突破1亿。,移动通信系统组成:,GSM移动通信系统组成,网络交换子系统NSS无线基站子系统BSS网络管理子系统NMS,移动台MS(MobileStation),移动台MS(MobileStation)移动设备ME(MobileEquipment)用户识别模块SIM(SubscriberIdentityModule),用户识别模块SIM,全尺寸SIM卡,迷你型SIM卡,SIM卡(SubscriberIdentityModule),SIM卡是一张插到移动设备中去的“智能卡”，因为它存有移动用户身份信息，因此称为SubscriberIdentityModule。SIM卡中包含的信息有：国际移动用户身份识别号IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)临时移动用户身份识别号TMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)位置区识别号LAI(LocationAreaIdentity)用户身份鉴权密键Ki(SubscriberAuthenticationKey)MSISDN(MobileStationInternationalServiceDigitalNetwork),基站系统BSS(BaseStationSystem),基站收发信台BTS（BaseTransceiverStation）基站控制器BSC（BaseStationController）压缩编码器XCDR（Transcoder）,网络交换系统,移动业务交换中心MSC（MobileServiceSwitchingCenter）归属位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）拜访者位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister）设备识别寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）鉴权中心AUC（AuthenticationCenter）,移动业务交换中心MSC,呼叫处理功能:路由选择移动性管理功能:切换,位置更新等安全保密功能BSC与MSC间信道管理收集计费数据,归属位置寄存器HLR,移动用户身份识别号（IMSI和MSISDN）当前移动用户所在的VLR(移动用户当前位置)移动用户具有的补充业务信息(如:当前呼叫前转的前转号码)移动用户状态(已登记,Registered或未登记,deregistered)鉴权密键(AuthenticationKey)和鉴权(AUC)功能,拜访者位置寄存器VLR,动态数据库移动台状态（忙/闲等）位置区识别号LAI（LocationAreaIdentity）临时移动用户识别号TMSI（TemporaryMobileSubscriberIdentity）,设备识别寄存器EIR,EIR是一个用来鉴别国际移动设备识别号IMEI（InternationalMobileEquipmentIdentity）的集中化数据库。EIR根据不同情况，将IMEI放到不同的列表（或称为名单）中：白名单存放的是已分配给合法移动设备的IMEI号。黑名单存放的是已挂失或因其它原因而被拒绝服务的移动设备的IMEI号灰名单存放有一些故障，但还不至于上黑名单的移动设备的IMEI号,鉴权中心AUC,AUC是一个处理系统，完成“鉴权”功能。AUC一般与HLR做在一起，因为AUC需要经常性的访问HLR中的移动用户数据。AUC/HLR可能和MSC在一起，也可能不在一起。一般当移动用户在系统中做“初始化”（Initializes）时，需要做鉴权处理。,操作与维护系统NMS,网络管理中心NMC（NetworkManagementCentre）操作与维护中心OMC（OperationandMaintenanceCentre）,NMC的功能,监视网络节点监视GSM网络元素统计数据监视OMC区域，并为OMC工作人员提供信息将某个OMC区域的统计数据信息传到另一个OMC，可解决一些故障有利于整网的长期规划,OMC的功能,小结:,移动通信的网络组成三个子系统?基站子系统网络交换子系统网管子系统,信号衰落信号叠加远近效应重选与切换无线环境的变化性用户活动的不确定性无线频率资源受限可容纳用户数的计算,移动通信特有的技术,1,信号衰落,信号叠加,2,远近效应,3,重选与切换,4,无线环境的变化性,5,城市的发展建设，地形基础设施变化（新商业区、街道、城区的重新安排）,用户活动不确定性,6,规划中预测的话务负荷与实际不符或实际用户和话务负荷在动态变化。例如：运动场,突发集会。较多的用户比期望的更频繁地使用电话。例如：旅游景区,话务负荷取决地点和时间。,无线频率干扰及资源受限,7,信息在空口以无线电磁波形式传播，易受到无线干扰应提升信息的抗干扰能力。网络规模的不断扩大与频率受限间的矛盾应提升无线频谱的利用率。,中国联通,GSM,DCS,上行：909915MHZ下行：954960MHZ,上行：17451755MHZ下行：18401850MHZ,96124共29个频点,687736共50个频点,中国移动,GSM,DCS,上行：890909MHZ下行：935954MHZ,上行：17101720MHZ下行：18051815MHZ,094共95个频点,512562共50个频点,可容纳用户数的计算,8,移动通信系统中，每个无线频点细分为8个子信道，最多可容纳8个用户同时通话。对于用户容量的计算，有特定的方法：,可容纳的用户数,无线容量Erl,平均每个用户每小时呼叫次数,平均每次呼叫时长,每用户话务量,每用户话务量,课程主要内容:,通信网基本理论发展史和GSM网络构成移动通信基本接续过程网络未来的发展展望,找人?,A在英国,找一个中国人B去中国大使馆,大使馆去中国查B登记资料,出国到了哪个国家?返回信息到英国大使馆:在瑞士A与瑞士大使馆联系,瑞士大使馆查B的登记资料,找到B.A与B取得联系,固定PSTN拨打手机,固定用户A摘机拨手机号B:13XABCDEFGH.所拨号码信息送到GMSCGMSC向HLR查询有关被叫用户B现正在访问的MSC地址.HLR向用户访问的VLR请求分配漫游码MSRN.,固定PSTN拨打手机,GMSC,HLR,MSC/VLR,BTS,1,2,3,4,5,6,寻呼,手机打手机,在服务小区内,移动台MS1拨号后,向基站请求随机接入信道。在移动台MS1与移动业务交换中心MSC1及MSC2之间建立信令连接的过程。被访MSC2从VLR获得有关客户数据,并通过位置区的所有基站BTS向移动台MS2发送寻呼消息,被叫移动台MS2发回寻呼响应消息。MSC1通过直达路由与MS2所属的MSC2建立通路,并向被叫客户MS2振铃,向住叫客户MS1回送呼叫接通证实消息。被叫MS2取机应答,向MS1发送应答连接消息,最后进入通话阶段。,手机打手机,寻呼,-1-,1,2,3,4,4,5,6,小结:,固定打手机的接续?,课程主要内容:,通信网基本理论发展史和GSM网络构成移动通信基本接续过程网络未来的发展展望,1、无线数据业务开发,移动通信网，要支持高速上下行无线数据传输。,2、三网融合,3、全球漫游,全球统一的通信制式。,移动通信技术发展,1G：模拟交换网FDMA频分多址仅提供基本话音业务2G：数字交换网GSM-TDMA时分多址IS-95窄带CDMA码分多址基本实现全球通信，除话音以外还提供承载业务,移动通信技术发展,2.5G：GPRS通用分组无线业务实现低速数据传输，按量计费，快速登陆，永远在线，自如进行话音/数据切换。3G：WCDMACDMA2000TD-SCDMA高速宽频数据传输，高质量的话音业务。,未来发展展望,GPRS通用无线分组业务3G宽带多媒体通信与Internet紧密结合,GeneralPackageRidioService,2.5GGPRS,2.5G：GPRS通用分组无线业务实现低速数据传输，按量计费，快速登陆，永远在线，自如进行话音/数据切换。速率由9.05171.2KBIT/S,GPRS面临的问题,传输速率比理论值低GPRS理论上数据传输速率最大值是171.2KBIT/S，但要求只有一个用户占有所有的8个时隙，并且没有任何防护措施。,GPRS的网络组成,丰富多彩的3G世界,可视电话消息类：图片、录象、录音、文本、传真，音乐片段、精彩视频等手机购物Internet浏览手机炒股,电子商务,展望3G,国际电信联盟通过的三种基于CDMA的无线互联标准：W-CDMA，CDMA2000，TD-SCDMA。目前已有美国、日本、韩国、香港、澳大利亚、以及欧洲的10个国家将3G投入商用。,HLR/AC/EIR,MSC/VLR,IP网,SGSN,GGSN,BTS,ATM,RNC,SRR,网络结构：3G,小结,移动通信技术发展?3GGPRSGSM模拟,核心网现状概览,规模大、厂家多、质量好，为4亿用户提供优质的移动通信服务,GGSN,SGSN,GPRS网,MSC,PSTN,信令网,交换网,MSCServer,TMSCServer,MGW,MGW,TMG,TMSC,长途汇接网,网络结构：正在向IP化演进，但TDM承载仍与IP软交换并存。网络规模庞大，网元种类和处理环节多，运营维护复杂。,业务能力：主要提供话音、短信等窄带业务，以及彩信、WAP浏览等非实时移动数据业务。,STP,STP,WDM/DWDM,SDH,SynchronousNetwork,IP专网,CMNet,移动网络拓扑介绍,核心网现状交换网,交换网（核心网电路域）主要承载GSM语音业务和CSD（电路交换数据）业务；目前有TDM交换和IP软交换两种架构并存。,三级结构、两级路由,控制面分级组网、承载面平面组网,移动网络拓扑介绍,核心网现状信令网,信令网作为核心网的支撑网络，主要用于疏通MAP、CAP等7号信令，为核心网电路域和分组域提供省内和省际的信令传送，目前承载主要采用TDM的方式。,B平面,HSTP,LSTP,LSTP:全网36对,SP,MSC/GMSC、SGSNHLR、SCP、短信中心,MSC/GMSC、SGSNHLR、SCP、短信中心,三级和二级混合结构、双平面组网,SP,A平面,HSTP:全网31对,HSTP兼LSTP,HSTP兼LSTP,HLR:773台SCP:317套,CMCC，2007年5月,移动网络拓扑介绍,ZZH1/ZZH2,移动网络拓扑介绍-省际信令网拓扑图,移动网络拓扑介绍,移动网络拓扑介绍-省际TDM话路网拓扑图,移动网络拓扑介绍,温州A1,深圳A1-A2,宁波A1,厦门A1,广州A1A6,石家庄A2,南京A2,济南A2,西安A2,南