3G网络基础知识培训课件.ppt

1,2009年9月,3G网络基础知识,2,移动通信技术和移动通信系统,GSM网络和业务介绍,3G网络和业务介绍,1,2,3,1,2,3,移动通信概念及发展历程,移动通信系统构成,移动通信频段划分,移动通信技术和移动通信网,移动通信关键技术及概念,4,4,移动通信的概念,移动通信就是移动体之间的通信，或者移动体与固定体之间的通信。移动通信与固定通信比较起来，具有一系列的特点：移动性，保持物体在移动状态中的通信。电波传播条件复杂，传播过程中的反射、折射、绕射、多普勒效应（因为移动台移动而引起的频率扩散）等等现象。噪声和干扰严重，包括互调干扰、邻道干扰、同频干扰、白噪声等等。系统和网络结构复杂。要求频带利用率高，设备性能好。,5,移动通信发展历程,5,第一代(80年代)模拟,第三代(2000)宽带多媒体,第二代(90年代)数字,AMPS,TACS,NMT,其它,模,拟,技,术,GSM,CDMA,IS95,TDMA,IS-136,PDC,需求驱动,数,字,技,术,语,音,业,务,UMTS,WCDMA,CDMA,2000,需求驱动,宽,带,业,务,TD-SCDMA,6,移动通信发展历程,特点应用时间：1978-1989年,典型系统有美国的AMPS、欧洲的TACS等。创新：引入蜂窝频率复用方法,使大区制向小区制的改变，解决了频谱资源受限问题。特征：双工（FDD）制式的FDMA接入,射频发射前的语音信号为模拟信号,没有语音数字编码，设备简单。存在的问题频谱利用率太低，随着用户的增加，频率资源与用户容量的矛盾再一次十分突出；业务单一，仅提供话音服务；保密性差；标准和体制难以统一，无法解决跨国漫游等问题。90年代初被代替,第一代模拟移动通信系统,7,GSM数字系统应用时间：1990年-现在，最成功的系统为欧洲的GSM，占有全球绝大多数市场。创新：引入语音数字处理等新技术，最后集中为TDMA的数字移动通信系统，提高了频谱效率（每载波有8个时隙），采用跳频技术对抗信号衰落等。存在的问题：无法适应人们对通信业务多样化的要求;无法支持较高速率的数据业务；仍不能满足日益增长的用户容量要求。CDMA数字系统窄带CDMA（IS-95）系统，引入扩频和码分多址新概念，1996年投入商用。理论和实践证明CDMA技术有其固有的独特优点，如比FDMA及TDMA系统频谱效率高得多（容量大）、保密性好、抗干扰能力强。CDMA系统起步较晚，市场分额远低于成熟的GSM，但发展迅速。,移动通信发展历程,第二代数字移动通信系统,8,GSM2.5G演进方案GPRS(GeneralPacketRadioService)通用分组无线服务技术原理:分组交换技术，无线资源利用率高速率:160kbit/s部分运营商已开始商用EDGE(EnhancementDataratesforGSMevolution)增强型数据速率GSM演进技术原理:分组交换技术,新的调制技术:8PSK速率:384kbit/s,移动通信发展历程,9,应用时间：21世纪初，WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。创新：码分多址技术的出现提高了频率利用率；多种承载支持丰富的高速数据业务。存在的问题：2G市场巨大，向3G的转变是漫长的过程。,移动通信发展历程,第三代宽带移动通信系统,10,移动通信概念及发展历程,移动通信网构成,移动通信网频段划分,移动通信技术和移动通信网,移动通信相关技术及概念,移动通信网区域划分,11,移动通信系统构成,OSS：操作支持子系统BSS：基站子系统NSS：网路子系统NMC：网路管理中心DPPS：数据后处理系统SEMC：安全性管理中心PCS：用户识别卡个人化中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台PDN：公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网MS：移动台图,12,移动通信概念及发展历程,移动通信网构成,移动通信网频段划分,移动通信技术和移动通信网,移动通信相关技术及概念,移动通信网区域划分,13,频段划分,通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点300GHz（GigaHertz）。通常划分成八个区域，参看下表：,14,频段划分,移动通信中频段的划分为：,中国联通获得的频段是GSM：909-915MHz和954-960MHzDCS1800：17451755MHz和18401850MHzWCDMA：1940-1955MHz和2130-2145MHz,15,移动通信概念及发展历程,移动通信网构成,移动通信网频段划分,移动通信技术和移动通信网,移动通信相关技术及概念,移动通信网区域划分,16,移动通信网区域定义,在小区制移动通信网中，基站设置很多，移动台又没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处，移动通信网必须具有交换控制功能，以实现位置更新、越区切换和自动漫游等性能,17,服务区服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。,移动通信网区域定义,18,公用陆地移动通信网（PLMN）PLMN是由一个公用陆地移动通信网（PLMN）提供通信业务的地理区域。一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划。MSC构成固定网与PLMN之间的功能接口，用于呼叫接续等。,移动通信网区域定义,19,MSC区MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。位置区位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。,移动通信网区域定义,20,基站区由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域。小区采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构时，小区即为基站区。,移动通信网区域定义,21,移动通信概念及发展历程,移动通信网构成,移动通信网频段划分,移动通信技术和移动通信网,移动通信相关技术及概念,移动通信网区域划分,22,移动通信相关技术及概念,1、蜂窝系统的概念,2、频率复用,3、多址技术,4、双工方式,5、功率控制,23,蜂窝系统概念,移动通信网是由大区制演变成蜂窝结构的。在大区制条件下，用户少，话务量低，频率相对丰富。大区制的网络由一个基站，功放输出较大功率，覆盖一定的区域。在此区域内，使用信道组f1、f2、f3.fn。,24,随用户增多，话务量增大，网络容量的增加，原来信道组（f1,f2.fn)不能满足需要，采用的办法是频率复用,蜂窝系统概念,25,引入蜂窝概念是无线移动通信的重大突破，其主要目的是为了在有限的频谱资源上提供更多的移动电话用户服务。蜂窝的主要特点：通过控制发射功率使得频谱资源在一个大区的不同小区间重复利用，通过将小区划分成更小的小区的方法（小区分裂）来增大系统的容量。,蜂窝系统概念,26,移动通信相关技术及概念,1、蜂窝系统的概念,2、频率复用,3、多址技术,4、双工方式,5、功率控制,27,在移动网络的规划中，应以一定数量和形状的蜂窝小区为基本单位构成小区簇，每个小区簇内的配置可以重复，小区簇构成应满足两个基本条件：若干个小区簇彼此邻接组成蜂窝式服务区域邻接小区簇中的同频无线小区的中心间距相等。,频率复用,28,移动通信相关技术及概念,1、蜂窝系统的概念,2、频率复用,3、多址技术,4、双工方式,5、功率控制,29,移动通信系统的多址方式FDMATDMACDMA,移动通信系统必须尽可能有效利用分配的频率。由于频率资源是有限的，将有限的资源为更多的移动用户服务是移动通信技术不断更新发展的主题。移动通信系统正在采用的多址方式有FDMA、TDMA、CDMA三种。,多址技术,30,FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess频分多址,多址技术,31,TDMA：TimeDivisionMultipleAccess时分多址,多址技术,32,所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道,多址技术,CDMA：CodeDivisionMultipleAccess码分多址,33,FDMA信道每次只能传递一路电话，如果一个FDMA信道被分配为话音信道，但没有使用，并且处于空闲状态，它不能被其他用户使用。在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射FDMA通常是窄带系统，TACS为代表，每信道25kHz带宽FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率（IM），产生额外的RF辐射,FDMA,34,多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙TDMA系统的数据传递是不连续的，是分组发射，可以关闭不连续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处理即使使用FDD方式也无需双工器可以按照不同的用户提供不同的带宽TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比质量控制通过频率规划来实现,TDMA,35,码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）,CDMA,36,移动通信相关技术及概念,1、蜂窝系统的概念,2、频率复用,3、多址技术,4、双工方式,5、功率控制,37,双工方式FDD收、发通过采取不同频率方式区分,双工方式,38,双工方式TDD收、发通过采取不同时间方式区分,发射：f1，t1,接收：f1，t2,39,移动通信相关技术及概念,1、蜂窝系统的概念,2、频率复用,3、多址技术,4、双工方式,5、功率控制,40,当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。,功率控制,MS1,MS2,发射功率高,发射功率低,41,移动通信技术和移动通信网,GSM技术及网络介绍,3G技术及网络介绍,1,2,3,1,2,42,GSM网技术介绍,GSM业务简介,GSM系统结构,GSM系统编号计划,GSM系统呼叫流程,GPRS系统简介,河北联通GSM网络简介,43,GSM业务（一）,TelecommunicationService:电信业务Bearerservice:承载业务Teleservice:用户终端业务BasicService:基本业务Supplementaryservice:补充业务,44,承载业务,承载业务：它在某个接入点上提供用户所需的传送相应信号的能力。,双向异步数据电路（3009600bps）双向同步数据电路（12009600bps）异步分组数据接入电路（3009600bps）双向同步分组数据（24009600bps）交替语音和数据数据后接语音业务GPRS业务,45,用户终端业务：是一种电信业务，它提供给用户包括终端设备功能在内的各种必须功能，使之能与其他用户通信。,用户终端业务（一）,46,电话业务紧急呼叫业务数据通信短消息业务移动被叫点对点短消息业务移动主叫点对点短消息业务广播型短消息业务语音和三类传真交替业务自动三类传真业务,用户终端业务（二）,47,用于补充或修改基本业务，以提供用户完整的业务补充业务不能独立存在,补充业务（一）,48,呼叫前转（无条件、遇忙、无应答、不可及）主叫号码识别呼叫等待（被叫忙时，接收新业务）呼叫保持（保持当前呼叫，发起新呼叫）呼入呼出限制其它,补充业务（二）,49,语音群呼叫（VGCS）话音广播业务（VBS）多用户特征（MSP）移动定位业务,增强型补充业务,50,GSM网技术介绍,GSM业务简介,GSM系统结构,GSM系统编号计划,GSM系统呼叫流程,GPRS系统简介,河北联通GSM网络简介,51,GSM系统结构（一）,PSTN,OMS,SIM,ME,MS,BTS,BTS,BSC,A,Um,MSC,MSC,VLR,VLR,HLR,AUC,EIR,B,C,E,F,G,H,D,NSS,BSS,NSS,52,GSM网络侧各子系统的功能,NSS是整个系统的核心，它完成如下功能：对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能GSM系统的交换功能和用户数据和移动性管理、安全性管理所需的数据库功能BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它：通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理通过A接口与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等与操作支持子系统OSS之间实现互通。OMS是GSM系统的操作维护系统。主要功能完成网络操作和维护包括设备的操作维护和网络管理，前者由由OMC完成，而后者由网络管理中心（NMC）完成。,53,MS,MS（移动台）是GSM移动通信网中的用户设备，也是整个GSM系统中用户能够直接接触的唯一设备。移动台的类型包括手持台和车载台除了通过无线接口接入GSM系统的功能外，移动台必须提供与使用者之间的人机接口（如显示屏、键盘、话筒、扬声器）GSMMS由MT（移动终端）和SIM卡（SubscriberIdentityModule）组成GSMMS可以通过内置的或外置的TA（终端适配器，实现MODEM功能）外接TE（终端设备，如便携机）。这一般用于数据业务情形,54,BTS,BTS属于BSS的无线部分，实现GSM营运系统通过空中接口与MS之间的无线传输及控制功能。一个BTS负责一个小区的业务，一个BTS机架可以配置成多个BTS，一个站址可以配置多个机架BTS与BSC通过Abis接口互连，Abis接口的物理介质是E1线路BSC是BSS的控制部分，负责BSS的各种接口管理，承担无线资源管理任务。,55,MSC/VLR,MSC在GSM网络中处于中心位置，由它提供业务交换功能及和系统内其它实体互通的功能。MSC提供和PSTN、ISDN、PDN等固定网的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户和固定网用户互相连接起来。MSC还支持移动性管理、越区切换等移动通信特有的功能。MSC从GSM系统内的三个数据库，即HLR、VLR和EIR中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。VLR服务于其控制区域内的移动用户，其中存储着进入其控制区域内已登记的用户的相关信息。VLR从该移动用户的HLR中获取并存储必要的数据，并进行动态维护管理。VLR功能实体与MSC一一对应，一般总是集成在MSC内部。,56,HLR能实现全球无缝覆盖;具有全球漫游能力;与因特网络相兼容;可以在任何时间、任何地点通过小型便携终端进行任何种类的通信。,3G概述,76,能实现全球漫游能提供多种业务能适应多种环境足够的系统容量强大的多种用户管理能力高保密性能和服务质量,3G的目标,77,3G通信的三大主流无线接口标准分别是：W-CDMA(宽频分码多重存取)、CDMA2000(多载波分复用扩频调制)TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)中国移动获TD-SCDMA牌照,中国联通获WCDMA牌照,中国电信获CDMA2000牌照。,3G的标准,78,W-CDMA：为宽带码分多址制式，其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。WCDMA:W-CDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSMMAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。CDMA2000：由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、朗讯和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。TD-SCDMA：该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出。,3G的标准,79,W-CDMA的优势：全球开通网络最多，截至2008年底，全球有264个WCDMA网络，占全球3G商用网络的71.3%。开通国家最广，截至2008年底，全球115个国家具有WCDMA网络覆盖。全球市场份额最高，截至2008年底，全球共有WCDMA/HSPA/GSM用户3.54亿，全球市场占有率89.5%。终端款式最丰富，截至2008年底，支持WCDMA商用终端的款式数量超过2000款。商用时间最长，技术成熟、可演进性最好，全球第一个3G商用网络就是采用WCDMA制式。,3G的标准,80,3G无线传输的技术要求,高速传输以支持多媒体业务室内环境至少2Mbps;室内外步行环境至少384kbps;室外车辆运动中至少144kbps;卫星移动环境至少9.6kbps.传输速率能按需分配上下行链路能适应不对称需求,81,3G频谱划分,3G频率,82,IMT2000、欧洲的频率划分和中国一致，北美的频率划分与中国的核心频段冲突。第三代公众移动通信系统的工作频段为：频分双工（FDD）方式：19201980MHz(上行)21102170MHz（下行）时分双工（TDD）方式：18801920MHz(上行)/20102025MHz（下行）联通使用的上行频率为1940-1955MHz，下行频率为2130-2145MHz;中国电信获得1920-1935MHz和2110-2125MHz频段；中国移动获得1880-1900MHz和2010-2025MHz频段。,3G频率,83,移动通信系统的演进,Upto10Mbps,移动系统演进,84,GSM网技术介绍,3G基本概念及演进,3G系统支持的业务,WCDMA系统关键技术及特点,HSDPA简介,WCDMA系统结构,85,技术要求与业务分类,不同技术支持的业务应用,86,技术要求与业务分类,按照业务对QoS的要求不同，UMTS中定义了四种业务类型,87,数据速率(Kbps)9.614.432641283842000,业务应用语言,SMSE-mailWeb浏览DatabaseAccess同步文件传输位置业务静态图像传输VideoLowerQualityVideoHighQualityMMS,质量情况,技术要求与业务分类,不同业务应用对应的基本速率,88,根据传统电信业务类型进行分类,技术要求与业务分类,89,根据用户需求对3G业务应用分类,技术要求与业务分类,90,可视电话业务/视频会议流媒体业务（Streaming）IMS子域的业务（PTTIMPSClicktoDial）IMS:IPmultimediasub-system,MMS（基于版权管理，Internet浏览）LCS（多种位置服务技术）Kjava下载（更丰富的内容与应用）WAP（WAP2.0，支持业务推送）M2M业务（使用3G终端模块）EMAIL（Web邮件、视频邮件、音频邮件）电子商务（应用更广泛）多媒体游戏（内容更丰富）,3G典型业务引擎及其协议支持,3G网络支持的典型业务引擎一（现有2G网络不能提供的）,3G网络支持的典型业务引擎二（与2G类似，但用户感受会有所提升）,3G典型业务引擎,91,流媒体技术是指支持多媒体数据流通过网络从服务器向客户端传送，客户端边接收边播放的技术。流媒体技术具有实时性强，有利于版权保护，不大量占用本地存储空间等特点，该技术被广泛应用于多媒体点播、直播等应用。如：音乐、MP3、卡拉OK、视频短片、家庭监控,业务应用,3G典型业务流媒体,92,3G典型业务-PTT,PTT（Push-to-Talk)的概念是从对讲机衍生出来的集群电话业务PTT的主要特点为：点到点和点到多点语音通信快速建立半双工通信方式,93,3G典型业务IMPS,3G典型业务IMPS可以让使用者快速联系对方，分享文件内容；使用方法简单，而且用户使用习惯承接性好，就相当于将目前固定互联网上的QQ/MSN等；,94,3G典型业务增强MMS,3G增强多媒体消息业务MMS多种文件格式：支持动画、视频等；增强彩信信息量：支持更大字节数的彩信；支持发送状态服务报告；支持数字版权管理DRM特性；融合的业务形态，支持视频mail、语音Mail，图像Mail；可以作为其他业务的信息表现手段，如作为位置服务视频/图片的显示手段。,Tom,MerryChristmasandHappyNewYearMary,多彩明信片,商业广告,95,3G典型业务定位服务,个人类定位业务,紧急救援,行迹跟踪PS域为用户提供分组型数据业务CS域特有的实体：MSC、GMSC、VLRPS域特有的实体：SGSN、GGSNCS域和PS域共用的实体：HLR（或HSS）、AUC、EIR等,WCDMA系统结构,120,CN（CoreNetwork）,CN负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。主要功能模块MSC/VLR:是WCDMA核心网CS域的功能节点，主要功能是提供CS域的呼叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。,HLR/AUC,MSC/VLR,TMSC/GMSC,IPBackbone,CG,GGSN,3GSGSN,BG,SS7,SCP,MSC:MobileServicesSwitchingCenter移动业务交换中心VLR:VisitorlocationRegister访问位置寄存器,WCDMA系统结构,121,CN（CoreNetwork）续,GMSC(WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关结点)GMSC是可选功能结点。主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能SGSN(WCDMA核心网PS域功能结点)SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等。,GMSC:GatewayMSC网关MSCSGSN:ServingGPRSSupportNode服务GPRS支撑节点,WCDMA系统结构,122,CN（CoreNetwork）续,GGSN(网关GPRS支持结点)GGSN提供数据包在WCDMA网和外部数据网之间的路由和封装。HLR(WCDMA移动网归属位置寄存器)HLR的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等。,GGSN:GatewayGPRSSupportNode网关GPRS支持结点HLR:HomeLocationRegister归属位置寄存器,W