第4章-数字移动通信网.ppt

,第四章数字移动通信网,通信网视频中国移动通信鄂尔多斯无线城市宣传片_高清.mp4,发展历程,早期发展阶段,1,上世纪40年代中期至60年代初期,2,上世纪60年代中期至70年代中期,3,蓬勃发展时期,4,数码移动通信发展和成熟时期,5,早期发展阶段,在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统,该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段。特点是专用系统开发，工作频率较低。,上世纪40年代中期至60年代初期,公用移动通信业务开始问世,1946年，贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”,美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题,人工交换台,特点：从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。,上世纪60年代中期至70年代中期,在此期间，美国推出了改进型移动电话系统，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。,德国也推出了具有相同技术水准的B网,特点：采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续,这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段,蓬勃发展时期,1978年，美国贝尔试验室研制出先进的移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。,该阶段称为1G，主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。,世界上第一台手机,第一代蜂窝移动通信(1G),特点：制式：FDMA业务单一：模拟话音与传输频谱利用率低保密性差技术简单主要代表：美国AMPS系统英国TACS系统我国已在2001年12月31日关闭模拟移动网,移动通信大发展的原因,用户要求迅猛增加,微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出,提出并形成了移动通信新体制，随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。,数码移动通信发展和成熟时期2G,2G手机以数码语音传输技术为核心，无法直接传送如电子邮件、音视频等信息；只具有通话和短信的传送的功能。,主要采用的是时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术，与之对应的是GSM和CDMA两种体制。,第二代蜂窝移动通信(2G),特点：主要业务：语音、低速率数据（9.6kb/s）短消息(SMS)、彩信（MMS）等频谱利用率较高、数字化制式：FDMA+TDMA,或CDMA代表系统：欧洲的GSM系统（大多数国家使用）：FDMA+TDMA制式美国的D-AMPS系统（主要在美国使用）日本的JDC系统（仅在日本使用）：TDMA制式美国高通公司开发的IS-95ACDMA系统（美、日、韩、中等国）：CDMA制式我国1992年开始使用GSM系统，2001年引进了IS-95ACDMA系统。,5/20/2020,数码移动通信发展和成熟时期2.5G,2.5G是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，要从目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的2.5G。,较2G服务，2.5G无线技术可以提供更高的速率和更多的功能,数码移动通信发展和成熟时期3G,3G是指支持高速数据传输的第三代移动通信技术。与1G、2G相比,不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet,能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务,满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。,3G的标准,国际电联的3G标准有三个欧洲和日本共同提出的：WCDMA该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略美国以高通公司为代表提出的：CDMA2000该标准提出了从CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略中国以大唐集团为代表提出的：TD-SCDMATimeDivisionSynchronousCDMA(时分同步CDMA)是由我国大唐电信公司提出的3G标准该标准提出：不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级,2015年2月10日。国家发展改革委对高通公司滥用市场支配地位实施排除、限制竞争的垄断行为依法作出处理，责令高通公司停止相关违法行为，处2013年度我国市场销售额8%的罚款，计60.88亿元。高通公司在CDMA、WCDMA、LTE无线通信标准必要专利许可市场和基带芯片市场具有市场支配地位，实施了以下滥用市场支配地位的行为：收取不公平的高价专利许可费。没有正当理由搭售非无线通信标准必要专利许可。是在基带芯片销售中附加不合理条件。,国家发展改革委对高通公司垄断行为罚款60亿元,2005年，欧盟接到诺基亚、爱立信等六家公司的投诉后，曾对高通专利授权定价过高展开反垄断调查，经过四年的调查，这桩官司最终因为各家厂商的和解撤诉而终止。2009年高通曾在韩国长达三年的反垄断调查结束。韩国官方认为“高通对客户实行差别性对待，对其中一些客户收费较高”，为此韩国公平贸易委员会向高通开出约2亿美元罚单。,2014年8月27日，高通再次面临欧盟反垄断调查，如果欧盟判定高通确实违反欧盟规定的话，高通可能面临最高达154亿元人民币的罚金,数码移动通信发展和成熟时期4G,4G是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。,4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。,国际上主流的4G技术主要是LTE-Advanced和802.16m两种技术。TD-LTE-Advanced(LTE-AdvancedTDD制式)是中国继TD-SCDMA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素，体现了我国通信产业界在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。2004年，中国在标准化组织3GPP提出了第三代移动通信TD-SCDMA的后续演进技术TD-LTE，主导完成了相关技术标准。,数码移动通信发展和成熟时期,2G,2.5G,1G,3G,4G,移动通信的发展趋向,5G畅想,5G，第五代移动通信技术，目前正在研究中。还没有任何电信公司或标准订定组织的公开规格或官方文件有提到5G。,5G与4G的对比,总的来说，5G相比4G有着很大的优势：在容量方面，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率提升10到100倍，峰值传输速率可达10Gbps（4G为100Mbps），端到端时延缩短5倍；在可接入性方面：可联网设备的数量增加10到100倍；在可靠性方面：低功率MMC（机器型设备）的电池续航时间增加10倍。,5G的发展现状,欧盟宣布成立METIS，投资2700万欧元用于5G技术应用研究。据了解，METIS由29个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。三星已开展5G技术试验，透过64根天线，以28GHz频段进行最快达1.056Gbps的速度进行无线传输，最远传输距离可达2公里，其速度几乎是4G的百倍以上。,我国5G研究现状,我国工信部已成立工作小组进行5G研发，早在2013年电信研究院就曾透露，工信部牵头成立了MG2020推进组，正式启动我国5G标准化研究，抢占先机。作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。,4.1.1移动通信的发展历程1.移动通信发展简史,4.1移动通信概述,目前，3G（我国的TD-SCDMA）4G（我国的TD-LTE-Advanced）,2.我国移动通信的发展状况,3.移动通信的发展趋势,宽带化、智能化、分组化、综合化、个人化,4.第四代移动通信系统（1）建立在新的频段上（2）基于分组数据的高速率、大容量传输（3）真正的全球统一的系统，兼容性更加平滑（4）灵活性更强,4.1.2无线传播环境,无线通信系统由收发信设备、天馈系统和无线信道三部分组成。移动通信电波传播的最显著的特点是多径效应。无线电波在传输过程中会受到地形、地物的影响而产生反射、绕射、散射等，从而路径不同，信号到达接收点的时间存在多径时延，产生信号的频率选择性衰落和时延扩展等现象，这些被称为多径衰落或多径效应。（1）快衰落（2）慢衰落,4.1.3多址技术,为了提高信道的利用率，提出了复用技术，将若干彼此独立的信号合并为一个在同一信道上进行传输。目前常用的多址技术有：频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、时分/频分多址、码分/频分多址等。,1、频分多址（FDMA）：将通信系统的总频段划分为若干个等间隔的频道分配给不同的用户使用，这些频道互不交叠。,频分多址以频率来区分信道，因此，频道就是信道。早期的模拟蜂窝移动通信采用这种多址方式。,2、时分多址（TDMA）：将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙,然后根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收各移动台的信号而互不混扰。,时分多址以时隙（时间间隔）来区分信道，因此，时隙就是信道。这种方式只能传送数字信息。,3、码分多址（CDMA）：基于码型来分割信道，不同用户传输信息所用的信号用各不相同的编码序列来区分。此时，码型就是信道。,实现条件：（1）要有数量足够多、相关性能足够好的地址码；（2）必须用地址码对发射信号进行扩频调制；（3）在接收端，必须具有与发送端完全一致的本地地址码。,图4-2三种基本多址方式示意图,4.1.4抗衰落技术,干扰和衰落是影响通信质量的主要因素。分集接收技术交织编码技术RAKE接收技术自适应均衡技术,1.分集接收技术分集的基本思想是将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，然后把这些多路分离信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比。分集接收包括两个方面的内容：一是如何把接收的多径信号分离出来使其互不相关，二是将分离出来的多径信号恰当合并，以获得最大的信噪比。一条支路上的传输可能失败，但是所有支路上的传输不可能同时失败（一个接收机有越多的可用支路，整个通信链路的抗噪声和误码率性能就越好）。,图分集接收仿真示意图,2.交织编码技术大部分的差错控制编码能够纠正随机差错，而对于长突发形式的成串错误比特，信道编码就无能为力了。采用交织编码的目的是使误码离散化，使突发差错变为随机差错，在接收端纠正随机离散差错，从而改善整个数据序列传输质量。,3.Rake技术RAKE接收技术实际上是一种多径分集接收技术，可以在时间上分辨出细微的多径信号，对这些分辨出来的多径信号分别进行加权调整、使之复合成加强的信号。这种作用有点像把一堆零乱的草用“耙子”把它们集拢到一起那样，英文“RAKE”是“耙子”的意思，因此被称为RAKE技术。,4.自适应均衡技术均衡技术可以用来削弱符号间干扰引起的误码问题。由于移动衰落信道具有随机性和时变性，这就要求均衡器必须能够实时地跟踪移动通信信道的时变特性，因此这种均衡器又称为自适应均衡器。,4.1.5数字蜂窝移动通信系统组网技术,任何移动通信网都有一定的服务区域，一个基站能在其天线高度的视距范围内为移动用户提供服务，这样的覆盖区称为一个无线电区，简称小区。根据服务区覆盖方式的不同，可将移动通信网分为大区制和小区制。,大区制就是用一个基站覆盖整个服务区。其特点是基站只有一个天线，架设高，功率大，覆盖半径大（2050km），但容纳的用户数有限（几百户），扩容非常困难。特点：网络结构简单、组网成本低、控制简单，适用于用户密度不大、通信容量较小的系统。,1.大区制与小区制,小区制就是将整个服务区划分为若干个小区，在各小区中分别设置基站，负责本小区移动通信的联络和控制。另外设立移动交换中心，负责与各基站之间的联系和对系统的集中控制管理。特点：有效地解决了频道数量有限和用户数增大之间的矛盾。其次是由于基站功率减小，也使相互间的干扰减小了。,从发射功率来说，3G基站的发射功率仅相当于一部手机。就密度而言，基站密度越高，手机信号越强，辐射强度越低；基站越少，人体受手机辐射的可能越高。,（1）小区形状的选择,2.区域覆盖,小区制的服务区有带状服务区和面状服务区两种，面状服务区是地面移动通信服务区的主要形式，带状服务区主要用于铁路、高速公路和沿江通信。一个全向天线辐射的覆盖区是个圆形，为了不留空隙地覆盖一个面状服务区，一个个圆形辐射区之间一定会有很多的重叠区域。去除重叠之后，每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。,面状服务区的小区形状,选择形状时考虑的问题：,邻接小区中心间距d越大越好，间隔大则干扰小；单位小区的有效面积越大越好，面积大则使一个区域小区个数少，使用频率数少；重叠区域面积小为好，重叠的地方少使得同频干扰减小；重叠距离要小，使移动通信便于跟踪交接；所需无线电频率个数越少越好。,综合结论：采用正六边形面状服务区蜂窝式移动通信网,4.1.5数字蜂窝移动通信系统组网技术,（2）无线区群的构成蜂窝移动通信网通常是由若干邻接的无线小区组成一个无线区群，再有若干个无线区群构成整个服务区。每个区群内不同的小区使用不同的频率，另一区群中对应的小区可重复使用相同的频率。不同区群中相同的小区之间将产生同频干扰，但当两个同频小区间隔足够大时，同频干扰不会影响正常通信。,区群又称为“簇”，区群的构成应满足两个条件：（1）区群之间可以邻接，且无空隙无重叠地进行覆盖；（2）相邻无线区群中，同频小区之间的距离相等且为最大。,N=4N=7不同小区数N构成的区群形状,3.激励方式,在每个小区中，基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区，称为“中心激励”。,将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三个互相成120扇形定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，称为“顶点激励”。,中心激励与顶点激励,(a)中心激励,(b)顶点激励,4.小区的分裂,因各个服务区内的用户密度不均匀，比如市区用户密度比郊区高，市区商业地带比城市其他地区高。因此，一个城市的各个小区的服务半径并不一样大。用户密度较低的郊区小区半径较大，用户密度高的市中心小区半径则较小些。,用户密度不相等时的小区结构,5.直放站在组网布局时，出于经费及地形等方面的考虑，会出现覆盖不到的地域，通常称为盲区或死角。为了消除盲区，通常在适当的地方建立直放站，以沟通盲区移动台与基地站的通信。,6.信道(频率)配置,分区分组配置法：尽量减小占用总的频段，以提高频段的利用率；同一区群内不能使用相同的信道，以避免同频干扰；小区内采用无三阶互调的相容信道组，以避免互调干扰。,等频距配置法：按等频率间隔来配置信道，只要频距选得足够大，就可有效地避免邻道干扰。,7.多波道共用,移动通信系统中，为保证一定的用户容量，基站的无线频道数往往不止一个，多个无线信道在多用户间如何有效分配，是移动通信组网要研究的一个问题。移动通信信道的分配有固定信道分配和动态分配两种方式。,4.2GSM移动通信网,GSM发展背景模拟系统有四大缺点:1、各系统间没有公共接口；2、很难开展数据承载业务；3、频谱利用率低无法适应大容量的需求；4、安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。由于这些缺点的存在促使了第二代移动通信系的发展。,2G与1G相比提高了标准化程度及频谱利用率、全数字化、保密性强、容量大，干扰小，能传输低速的数据业务，全球可以漫游。在分组网络基础上加入窄带分组数据业务，2G网络就改造升级为的2.5G(GPRS)、2.75G网络，从而为系统演进到宽带系统打下了良好基础。,20世纪80年代中期，我国模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM，美国的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(现在改名为PDC)等数字移动通信系统。在这些数字系统中，GSM的发展最引人注目。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。,GSM发展趋势及现状,GSM数字移动通信系统源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT(北欧移动电话)和英国的TACS(全接入通信系统)，西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年，北欧国家向CEPT(欧洲邮电行政大会)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个、“移动特别小组(GroupSpecialMobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。,我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。目前我国主要的两大GSM系统为GSM900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在GSM900GSM1800GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。,GSM的分布全球范围116个国家196个运营商,中国移动GSM工作频段(上行885-909、下行930-954)中国联通GSM工作频段（上行909-915、下行954-960）中国联通CDMA工作频段（上行825-835、下行870-880）,对于无线通信而言，最为珍贵的是“空中接口的频率”。在中国，无线频谱资源是由政府直接分配给运营商的。而在欧洲的很多国家，运营商的频谱资源是通过拍卖获得的。对于无线信道我们无法改变电磁波在空气中的传播特性，无法有效地控制信号的传播路径，自然也就无法有效地控制同频率信号与信号之间的干扰。所以，我们用了这个频段在全国组网运营，其他人就不能再用这个频段了。,上行频段为890MHz915MHz,下行频段为935MHz960MHz，收发双工频率间隔为45MHz，相邻频道间隔为200KHz,每个频道采用TDMA方式，分为8个时隙,4.2.1GSM系统频率配置,4.2.2GSM系统结构,GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分为网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）。,GSM系统可通过MSC实现与多种网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN等,1、移动终端设备（MS）,移动台（MobileStation,MS）有三种类型：车载型、便携型和手持型。它由两部分组成：移动终端（MT）和用户识别卡（SIM）。（1）移动终端：主要完成话音编码、信息加密、信息的调制和解调、信息的发射和接收等功能。（2）用户识别模块：SIM卡中存有用户的个人信息并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法用户进入网络。,SIM卡芯片有8个触点，通常与移动设备连接需要6个触点,C1:Vcc（电源电压）C2:Reset（复位）C3:Clock（时钟）C4:RFUC5:Grand（接地）C6:Vpp（编程电压）C7:I/O(I/O数据）C8:RFU,传统SIM卡的物理结构,注：RFU（保留未用,ReservedforFutureUse）,2、基站子系统（BSS）,BSS由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）两部分组成。（1）基站收发信机（BaseTransciverStation,BTS）：受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、无线信道的加密、跳频等。具体来说,它可以接收来自移动台的信号,也可以把BSC提供的信号发送给移动台,从而完成BSC与无线信道之间的信号转换。,(2)基站控制器（BaseStationControl,BSC）：BSC在BSS子系统内充当控制器和话务集中器,它主要负责管理BTS,BSC同时具有对各种信道的资源管理、小区配置的数据管理、操作维护、观察测量和统计、功率控制、切换及定位等功能,是一个很强的功能实体。,3、网络交换子系统（NSS）,MSC：移动业务交换中心HLR：归属位置寄存器VLR：来访位置寄存器EIR：设备识别寄存器AUC：鉴权中心OMC:操作维护中心,（1）MSC：移动业务交换中心MSC是GSM系统的核心,它完成的主要工作有：（1）完成话音的接续功能，包括被叫用户所在地址查询与寻呼、信道的分配、话务量控制及计费等功能。,（2）配合HLR/AUC/和VLR完成移动用户位置登记、自动漫游、合法性检验等功能。（3）配合BSC完成跨BSC的切换，以及通过信令来指示无线信道的建立和释放。（4）提供面向系统其它功能实体和面向固定网（PSTN、ISDN等）的接口功能。,（2）HLR：归属地用户位置数据库HLR中的数据通常包含两类：第一类是静态数据，也称用户参数，包括用户号码（MSISDN）、移动用户识别码IMSI号、Ki号、接入的优先等级、补充业务等；第二类是动态数据，也称用户的位置参数，用户会经常漫游到HLR所服务区外，那么HLR需要登记由该区传来的位置信息。这样做的目的是当呼叫一个不知道所在区域的移动用户时，可由该用户的HLR获知其现在所处的地区，进而建立连接。,（3）VLR：访问位置寄存器VLR往往和MSC合并在一个设备实体中，因为每次呼叫，这两者之间总有大量的信令流通。VLR是用来存储用户当前位置信息的数据库。当用户漫游到新的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查询有关的参数，为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，准备为其他用户呼叫此移动用户提供路由信息。如果移动用户从一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区，HLR在修改了该用户的位置信息后，还得通知原来的VLR删除此移动用户的位置信息。,VLR也是一个动态的数据库，它也存储了两类信息：一是当前VLR下的用户参数，该参数是从HLR中获得的；二是当前交换区MS的位置区标识（LAI）。,HLR与VLR的关系你的手机（指的是一个SIM卡），数据会只存在于一个HLR，即你开户的那个地区（商丘）的HLR里，而你的漫游信息可能存储于上海的VLR（前提是你漫游到上海了），或者在北京的VLR里（你又漫游到北京了）。但你的注册信息只会存在于你的开户所在地（商丘）。,（4）AUC:鉴权中心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。保存关于用户的三个参数随机号码RAND、响应数SRES和密钥Kc。这几个参数用户确定移动用户的身份和对呼叫进行加密。（5）EIR：设备识别寄存器主要完成对移动台设备的识别，监视与闭锁等功能，以防止非法移动台的使用（6）OMC：操作维护中心用于对GSM系统的集中操作与维护，对网路进行管理与监控。H:通信网视频唐僧戏玉兔(一)95_高清.mp4,无线通信的困惑,困惑一：基站如何区分手机困惑二：手机如何找到基站困惑三：基站如何找到手机困惑四：如何识别手机用户的身份困惑五：如何保证对话不让他人窃听困惑六：如何保证“移动”着打电话不会有问题,困惑一：基站如何区分手机,让手机工作在不同频率上。（FDMA）,这么多人打电话，我知道谁是谁呀！,五分钟没有和老婆联系了，快打电话,谈判终于完成，向老板报喜,路人A,路人B，路人C。,让手机工作在不同时刻上。（TDMA）,手机滤波器对频率的区分能力比较强，所以，可以让手机工作在不同的频率上区分它们。另外，移动通信系统都是有自己的时间体系的，比如GSM，在中心交换机里用晶振产生时间，然后一级一级往下传送时钟，以形成全网时间的统一，所以也可以通过时间进行区分它们。,困惑二：手机如何找到基站,对于固定电话而言，想要找到通信网络是非常简单的，只要把电话线往墙上的接口一插就搞定了。而对于手机而言，要想找到移动网络则要复杂的多，因为手机并不知道要建立联系的基站在哪里，那手机是如何找到的基站的呢?,基站，你在哪里,就不告诉你，气死你,发现基站：基站总是一刻不停地向外广播信息，以便手机方便找到它。广播的内容：基站的标识、空中接口的结构参数（比如这个基站都使用了哪些频率、属于哪个位置区、手机选择小区的优先级等）。广播之间避免干扰,对于GSM系统，不同的基站广播信息时使用的频率不同。所以GSM手机必须扫描整个频段，按信号的强度从最强信号开始逐一检测，直到找到合适的基站广播信息。广播信息的内容包括基站的标识、基站使用的频率、所属位置区、手机选择该小区的优先级等。根据小区的各项信息，如果该小区不适合停留，则切换到别的小区去。对于CDMA系统，基站使用一个频率广播信息，手机只要调谐到这个频率，就可以收到基站的指引信息，从而找到基站。,困惑三：基站如何找到手机,真烦呀，到处都在喊，哥们我真的是无处可藏啊,XX,你在哪里,XX,你在哪里,XX,你在哪里,XX,你在哪里,上图的方法是通过所有的基站发“寻人启事”，这样的方法很有效，只要手机还在移动通信网的覆盖范围内，那么就一定可以找到。上图的方法虽然简单快捷，但是弊端也是显而易见的，要找一部手机要进行全程全网的寻找，太没有效率了。得想个办法解决。,先将一个城市的无线网络划成若干个位置区，手机通过侦听广播信息得知自己所在的位置，如果发现自己的位置发生了变化，则主动联系网络，上报自己所在的位置。无线网络收到手机发来的位置变更消息后，就把它记载在数据库里，这个数据库称为位置寄存器。等以后无线网络收到对该手机的被叫请求后，就首先查找位置寄存器，确定手机当前所处的位置区，再将被叫的请求发送到该位置区的基站，由这些基站对手机进行寻呼。,先将一个城市的无线网络划成若干个位置区，如图一。手机通过侦听广播信息得知自己所在的位置区，如果发生自己的位置区发生了变化，则主动联系无线网络，上报自己的位置。如图二。解决时效性问题，如图三。,你在哪里？,你在哪里？,你在哪里？,你说成功人士咋电话这么多呢,中心局房,刚刚那小子说他在睢阳，去那里找他去。,图一,知道了,老妈，我在睢阳,终端主动报告位置变更,图二,知道了,老妈，我还在睢阳,周期性更新,图3,位置变更消息还有一个时效性的问题。有时候你手机所处的位置区并没有变更，但网络也无法找到你，比如你的手机没电了，或是SIM卡被拔出来了。还有一种可能是你的手机位置发生了变化，但是网络无法得知，比如说你进入了无网络覆盖的区域。在这种情况下，继续对你寻呼无疑是浪费了网络的资源。为了避免造成浪费，我们通常设定一个周期性的时间，要求手机每隔一定的时间，不管位置区有没有变化，都要向网络汇报一下自己当前所在的位置区，对于逾时未报的，就把它当做“网络不可及”好了，直到收到它的下一次位置更新再改变状态。,困惑四：如何识别手机用户的身份,固网的终端一般直接接在用户家里或公司里，我们没有必要去确认你的身份，接口就在你家里，接口就是身份。移动网络里，情况就大不一样了：用户没有固定的位置，系统不能像固网一样根据物理位置确定其身份。在移动通信系统中，用户的标识称为IMSI号。这就相当于身份证，对于整个系统而言，每个用户的IMSI号是唯一的，用以标识和区分用户。IMSI号存储在SIM卡。核心网络也存储了IMSI号，好与SIM卡中的信息进行对比。显然，在当今这个造假年代，只有ISMI号肯定不安全的。所以采用的是“用户标识+密码”的方式来识别一个用户是否合法。,身份证拿来,不是吧，打个电话还要密码,你是谁,给,我是老王,密码呢,移动网络识别用户的方式,困惑五：如何保证对话不让他人窃听,数字通信系统一个很大的好处就是可以加密，数字通信的信号是一串串比特流，比如像011111001010011。我完全可以拿这一串比特流和另一串比特流进行与、或、非、异或等逻辑运算（可以理解为加密算法），产生一串新的数字序列。然后在接收端用相似的方式还原原来的信号。这样的话，即使我在空中发送的电磁波被别人拦截到，只要他不知道我的加密算法，那么他就无法知道我通信的内容。,或运算、与运算、与或运算，反正我知道是啥运算,好的,给你一串随机数，用来加密,嗯，的确是。,我是XX,鉴权过程,或与，与运算、与或运算反正不让你知道是啥运算。,0110010101010,加密过程,困惑六：如何保证“移动”着打电话不会有问题,在固话时代，你能移动的范围是有限的，其距离取决于电话的长度。而在移动通信完全不同。用户在通话过程中不断地变动，而每个基站的覆盖范围是有限的。用户总会从一个基站覆盖范围转移到另一个基站覆盖范围内，那么与另一个基站的通信业不可避免地要转到另一个基站上去，这就是-“切换”。如下图所示。,没问题！,兄弟，传说中的N12就交你了。,NOKIAN12,基站甲,基站乙,切换示意图,硬切换：终端首先切断与原来基站的联系，然后再接入新的基站，在切换过程中通信会发生瞬时的中断。软切换：若终端与相邻的两个基站同时保持联系，当终端彻底进入某一个基站的覆盖区域后，才断开与先前基站的联系，切换期间没有中断通话。,H:通信网视频outfile.flv,4.2.3无线空中接口,GSM系统内部主要有4个接口，分别是移动台与BTS之间的接口，称为Um接口；BTS与BCS之间的接口，称为Abis接口。BSC与MSC之间的接口，称为A接口；还有MSC与PSTN之间的接口。除Abis接口外，其他接口都是标准化接口，这样有利于实现系统设备的标准化、模块化与通用化。,4.2.3GSM系统的信道,4.2.5GSM系统的帧五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧时隙是物理信道的基本单元TDMA帧由8个时隙组成，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。复帧有两种类型由26个TDMA帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和FACCH由51个TDMA帧组成的复帧。用于BCCH和CCCH超帧是由51个26帧的复帧或26个51帧的复帧构成超高帧等于2048个超帧,4.2.6GSM系统的编号计划国际移动用户识别码(IMSI)临时移动客户识别码(TMSI)国际移动台设备识别码(IMEI)移动客户漫游号码(MSRN)位置区识别码(LAI)全球小区识别码(CGI)基站识别码(BSIC),MCC:移动国家号码，由3位数字组成，我国为460。MNC:移动网号，由2位数字组成，移动GSMPLMN网为00，联通GSMPLMN网为0l。MSIN:移动用户识别码，由等长10位数字构成，用于识别某一PLMN中的移动用户。,国际移动用户识别码(IMSI)GSM移动通信网给移动客户分配一个特定的识别码。存储在客户识别模块(SIM)、HLR、VLR中。,CC：国家码。我国为86。NDC：国内目的地码，包括网络接入号（移动139，联通130）和4位HLR识别码（移动业务本地网号）。SN：客户号码，采用等长4位编号计划。,移动台ISDN号码（手机号码MSISDN）,主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。号码的结构为：,MISIDN与IMSI的关系类似于一个人的姓名与身份证号码的关系，虽然我们平时都是以姓名相称呼，但是公安局、民政局还是通过你的身份证号码来唯一的识别你。,临时移动客户识别码(TMSI)为了对IMSI保密，MSCVLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限在本MSC业务区内使用。国际移动台设备识别码(IMEI)唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字。,移动客户漫游号码(MSRN)当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给其分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。,位置区识别码(LAI)位置区识别码用于移动客户的位置更新。,全球小区识别码(CGI)CGI是用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码(LAI)后加上一个小区识别码(CI)。CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定,基站识别码(BSIC)BSIC主要用于识别相邻国家的具有相同载频的相邻基站，为6bit编码,4.2.7GSM系统的的呼叫过程1.固定用户至移动用户的入局呼叫,1、主叫拨号。北京市话用户A拨打商丘GSM用户B的MSISDN号码，PSTN网络的交换机分析MSISDN号码，得知B用户为移动用户，它把呼叫转到GSM网络上距它最近的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC。,2GMSC分析被叫号码。GMSC据此号码分析出B的位置寄存器HLR，并向其索要B的漫游号码（MSRN）,即要求查询有关该被叫用户B目前所在的位置信息。,3HLR申请漫游号码MSRN。HLR把MSISDN号码转换成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC并将该IMSI发至该MSC，向该MSC申请分配一个漫游号码。,4选定漫游号码MSRN。MSC收到IMSI后临时给被叫用户B分配一个漫游号码MSRN并将此号码送回HLR，再由HLR发给GMSC使用。,5连接呼叫至被叫所在的MSC。GMSC收到MSRN后，用此号码选择一条出中继路由至MSC。MSC将负责本次呼叫的建立和计费功能。,6MSC命令被叫所在位置区内的所有基站发寻呼信息。MSC内记录用户所在的位置区，并通知位置区内的所有无线基站，由每个基站向被叫用户B发呼叫信号。,7基站寻呼被叫用户B。基站收到寻呼命令后，将该寻呼消息（含有手机的IMSI号码）通过无线控制信道发射。MS接收到寻呼后向基站发回响应信号。,4.2.8GSM系统的移动性管理1.位置管理HLR、VLR2.切换功能硬切换、软切换3.漫游功能位置更新、呼叫转移、呼叫控制,4.2.9GSM的安全性管理1.产生并提供三参数组(RAND、STES、Kc)2.鉴权3.加密4.设备识别5.国际移动用户识别码6.PIN码,4.2.10GSM通向3G的一个重要里程碑GPRS,GPRS（GeneralPacketRadioService）：通用分组无线业务,1993年，由英国BTCellnet公司提出，是一种基于GSM的面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接的移动分组数据业务网。,GPRS是对GSM网络的补充，是第二代GSM系统过渡到第三代WCDMA系统的必经之路，又被称为“2.5G”。,GPRS的主要特点,优点：(1)资源利用率高(2)数据传输速率高(3)永远在线(4)支持IP协议和X.25协议,缺点：(1)网络资源有限(2)实际数据传输速率低(3)调制方式不理想(4)没有存储和发送功能,GPRS网络系统结构,GPRS网络是在原有GSM网络的基站子系统以及网络子系统的设备及功能的基础上增加新的网络实体。如GPRS网关支持节点（GatewayGPRSSupportingNode,GGSN）、GPRS服务支持节点（ServingGSN,SGSN）和分组控制单元（PacketControlUnit,PCU)等。,4.3CDMA移动通信网,CDMA是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。扩频通信的含义：扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。将信息带宽扩展1001000以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。,如何理解频谱扩展？将窄带频谱信号变换为宽带频谱信号的过程就称为频谱扩展。例如：9.6kbps的信号原本最低需要9.6kHz的带宽就可以传送了，但在CDMA中通过扩频使用1.23MHz的带宽来传送。,为什么要进行扩频，扩频通信有何好处？隐蔽性和保密性好；抗干扰能力强；抗衰落；抗多径；多个用户可以同时占用相同频带，实现码分多址。,C：信道容量，单位：bpsB：信号频带宽度，单位：HzS：信号平均功率，单位：WN：噪声平均功率，单位：W,香农公式给出了一定带宽和信噪比情况下信道能够实现无误码传输的最大速率。,香农公式的含义：要达到一定的信道容量，既可以通过较大的信号带宽和较小的信噪比来实现，又可以通过较小的信号带宽和较大的信噪比来实现；当信噪比保持一定时，增大带宽可以提高信道容量。扩频通信就是利用上述原理，用高速的扩频码来扩展待传输的数字信息带宽，从而在相同信噪比条件下，获得较强的抗干扰能力和更大的系统容量。,信道带宽为B,信噪比为S/N,要实现无误码传输，数据传输速率不能超过C,4.3.1CDMA网络结构CDMA数字蜂窝移动通信系统的组成和GSM相似，主要由网络交换子系统、基站子系统和移动台子系统构成。,4.4第三代移动通信系统,三种3G标准对比（下表数据截止到2008年第3季度）,畅聊套餐,中国“3G”之父李世鹤,1997年，国际电联(ITU)向各国征求第三代移动通信标准，1998年6月底，中国3G标准文档正式提交上去后，立即就遭到了国外厂商的封杀。当时，国际电联内部正为确定3G标准而争吵不休。代表美国利益的CDMA2000和代表欧洲利益的WCDMA水火不容，谁也没有想到中国方面突然提出自己的3G标准来，都感到很莫名其妙。”,美国的一个标准化组织秘密联系欧日，相互达成协定，企图在当年10月29日召开的审定3G世界标准的赫尔辛基会议上，提案废除TD-SCDMA。日本的理由甚至很无厘头：TDD标准根本没有必要。中国政府决定“如果国外势力阻挠使中国标准不被采用，中国也有足够的市场空间来支持自己的标准，我们完全有能力在自己的国家开发并运营TD-SCDMA！”,信息产业部致函各外企驻中国机构，提醒他们对TD-SCDMA封杀可能造成的后果。由于中国政府的强硬态度，原来坚决反对这个标准的人态度一下子就变了谁也不愿意失去中国市场。最终，2000年5月，在土耳其召开的国际电联全会上，经投票表决，由中国大唐集团提出的TDD模式的TD-CDMA系统，被采纳为国际3G标准，与欧洲提出的WCDMA和美国提出的CD