移动通信网络基础知识及3G简介课件

移动通信网络基础知识及3G简介3目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级5一、GSM发展历史GSM是GlobalSystemforMobileCommunications的缩写;意为全球移动通信系统;是世界上主要的蜂窝系统之一.6GSM数字移动通信系统史源于欧洲。1982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。1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。一、GSM发展历史71992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。中国：1987年第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并商用。1995年，GSM数字电话网开通。一、GSM发展历史9二、GSM系统结构GSM系统的主要设备无线覆盖交换网络智能网业务10GSM系统网络结构AUC:鉴权中心HLR:归属寄存器MSC/VLR:移动交换中心/拜访位置寄存器EIR:设备识别寄存器OMC:操作维护中心SMS:短信中心BSC：基站控制器BTS：基站MSC/VLRBSCBSC...SMSBTSEIR...OMC其它MSC或GWMSCMSCHLR/AUC11GSM系统网络结构BTSBASETRANSCEIVERSTATION基站（负责无线信号的收发）BSCBASESTATIONCONTROLLER基站控制设备（处理所有与无线信号有关的工作：小区切换、小区配置、控制和管理所连接的BTS、无线信道分配和管理）13GSM系统网络结构VLRVISITORLOCATIONREGISTER拜访位置寄存器（临时存放在该地的手机用户的用户数据，是临时的HLR。如MSISDN、IMSI、目前用户所在LAI、用户申请的各种业务）HLRHOMELOCATIONREGISTER归属位置寄存器（与GMSC、MSC、AUC相连。数据库存放属于该寄存器的所有用户数据，如MSISDN、IMSI、目前用户所在MSC/VLR号、用户申请的各种业务。负责向VLR发送用户数据）14GSM基站简介基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。15GSM基站简介基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。17GSM基站简介基站设备基站外观18机架中的电路板和模块19移动业务交换中心（MSC）

移动业务交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。21访问用户位置寄存器（VLR）访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。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将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。22归属用户位置寄存器（HLR）

归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域扔关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户。23鉴权中心（AUC）GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。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。25GSM的无线覆盖GSM无线覆盖由许多六边形小区组成根据需要，有定向和全向两种小区26GSM小区移动小区的理想形状是正六边形，许多小区成蜂窝状排列，所以也叫蜂窝小区或宏小区。其有效覆盖范围决定于基站和移动台的发射功率、天线高度、传播损耗、接收灵敏度、受干扰情况等因素，一般为几百米～几公里。29室内分布天线系统为了更好地解决大型商场、宾馆、写字楼内的覆盖问题，可以采用室内分布天线系统30室内分布天线系统在室内每隔一定距离装上一个小型天线，使室内具有良好的信号覆盖(适中的信号强度）信号源可以是周围基站，也可以是微蜂窝31GSM使用频段GSM900上行（移动台发，基站收）：890－915MHz下行（基站发，移动台收）：935－960MHzGSM1800上行：1710－1785MHz下行：1805－1880MHz我国规定1710－1755，1805－1850MHz为GSM1800频段32三、GSM呼叫流程条件正常运营的网络正常工作的终端设备有效的用户识别卡33目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级34移动台待机状态位置区（LocationArea）：由若干个小区组成。系统按位置区寻呼移动台。LA1LA3LA5LA6MSCVLR35移动台待机状态开机后，移动台扫描所有的射频信道，计算平均强度，守候在最强的广播（BCCH）信道上在广播（BCCH）信道上，系统通知移动台应当监视哪些BCCH载波移动台不断更新6个最强BCCH载波的测试表36移动台待机状态如果位置区发生变化，移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个SDCCH（独立专用控制信道）移动台在SDCCH上完成登记。在SACCH（慢随路信道）上发控制指令，移动台返回空闲状态37移动台主叫流程移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求系统通过AGCH为移动台分配一个SDCCH通过SDCCH交换进一步的建立信息（鉴权加密、移动台识别、被叫号码等），在SACCH上交换控制信息（测试报告、功率控制）在TCH上通话38移动台被叫流程系统通过PCH寻呼移动台移动台通过RACH发寻呼响应作应答系统通过AGCH为移动台分配一个SDCCH系统与移动台交换必要的信息（鉴权、加密模式、移动台识别、被叫号码等）。在SACCH上发送测试报告和功率控制分配TCH，开始通话39GPRS的定义GPRS（通用分组无线业务）是GSM标准化组织制定的一套标准,以实现移动分组数据业务GPRS的实现是在GSM网络上增加分组数据服务设备，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供分组数据业务40GPRS网络与GSM网络PSDNIP/X.25GSM900/1800GPRSPSTN41新增GPRS网络节点在GSM网络中，GPRS引入了SGSN、GGSN两个新的网络节点，从而使得用户能够在端到端分组模式下发送和接收数据SGSN(服务GPRS支持节点)

负责GPRS移动性管理,数据压缩,加密和计费，类似于GSM中的MSC。GGSN(网关GPRS支持节点)

提供分组数据网的路由,协议转换，类似于GSM中的GMSC。42GPRS网络结构图DataMSC/VLRGSM+GPRSBSSwithPCUISDNGPRSBackboneSGSNInternetGGSNGPRSMobileVoiceBSSHLR43GSM与GPRS数据业务ISP163VLRBSCBTSMSCGMSCHLRAUCPSTNSGSNGGSN163APNDataNetBillingBilling44GPRS和现有GSM网络对比分组交换电路交换灵活分配,利用率高固定分配,利用率低主要基于数据量完全基于连接时间始终在线需要连接GPRSGSM数据交换方式信道利用率连接方式记费方式45目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级46什么是3G?ITU（InternationalTelecomunicationUnion）提出了第3代移动通信技术标准IMT-2000（InternationalMobileTelecomunications2000）3G的三种主要制式：WCDMA、CDMA200、TD-SCDMA。47什么是3G?第三代移动通信系统，是一种能提供多种类型，高质量、高速率的多媒体业务；能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与其它移动通信系统、固定网络系统、数据网络系统相兼容；主要以小型便携式终端，在任何时间、任何地点、进行任何种类通信的移动通信系统。48移动通信技术的演进AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟网第二代90年代数字网第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA49为什么发展第三代移动通信高速增长的移动通信用户数2003年12月全球移动通信用户数达13.8亿，其中，中国移动用户数量达到2.69亿移动通信用户数仍保持较快增长，市场潜力巨大3G网络可以提供更大的容量，更高的频谱利用率高速数据业务的需求数据业务发展迅速，成为新的业务增长点，是提供差异化服务和提高竞争能力的重要手段现有2G网络数据业务提供能力有限，不能满足需求3G可以支持高达2Mb/s的数据速率，能够提供更加丰富的数据业务503G对无线传输技术的要求高速传输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传输速率的按需分配更合理、高效利用频率资源513G核心技术－CDMA技术WCDMA核心网：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMA－FDD/TDDCDMA200核心网络：基于ANSI41和MIP无线传输技术：CDMA200TD－SCDMA核心网：基于MAP无线传输技术：TD-SCDMA3G体制CDMA技术是3G的核心52WCDMA发展历程GSMGSM+GPRSWCDMA53三种主要3G制式比较开环，闭环(最高200Hz)，外环开环，闭环(最高800Hz)，外环开环，闭环(最高1500Hz)，外环功率控制自适应多速率可变速率(basedonvoiceactivity)自适应多速率(basedonRFcondition)语音编码硬切换或接力切换软切换，频间切换，与IS-95间的切换软切换，频间切换，与GSM间的切换切换QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)调制方式5ms子幀20ms等10ms幀长同步同步(需GPS)异步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps码片速率TDDFDDFDD双工方式TDMA+CDMA单载波宽带直接序列扩频cdma单载波宽带直接序列扩频cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道间隔TD-SCDMAcdma20001XWCDMA54WCDMA和CDMA2000的比较WCDMA优势：(1)WCDMA使用的带宽和码片速率(3.84Mcps)是cdma20001x演进家族的三倍以上，因而能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。此外，更高的码片速率也改善了接收机解决多径效应的能力。(2)WCDMA在小区站点同步方面的设计是使用异步基站，而cdma2000基站则通常通过GPS实现同步，这将造成室内和城市小区(采用室内天线)部署的困难。(3)由于支持1xEV-DO的TDM接入系统采用共享时分复用下行链路，它具有固定时隙，因此cdma2000物理层兼容性较差。(4)WCDMA较cdma2000能够更加灵活地处理话音和数据混合业务。(5)WCDMA进行功率控制的频率几乎是cdma2000的两倍，达到每秒1500次(1.5kHz)，因而能保证更好的信号质量，并支持更多的用户。(6)cdma2000的导频信道大约需要下行链路总传输功率的20%，相比之下WCDMA只需要约10%，因而可以节省更多的公用信道的开销。55WCDMA和CDMA2000的优劣(7)为支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务(如计费、安全、漫游等)也支持WCDMA业务，而为了完善新的数据/话音网络，cdma20001x必须添加额外的网元或进行功能的升级。(8)在混合话音和数据流量方面，WCDMA的系统性能比cdma2000也表现得更加出色。(9)由于全球移动系统有85%都在用的GSM系统，而GSM向3G过渡的最佳途径就是历经GPRS演进到WCDMA，在全世界的漫游能力更好。

CDMA2000的优势：从窄带CDMAIS95网络升级到CDMA2000比较平滑。

GSM都属于时分多址的复用技术，而3代的WCDMA采用了码分多址技术。虽然WCDMA会尽可能使用原有GSM网络的已有设备，在一定程度上可以使用GSM的核心网络，但只能在原有2G无线网络之外另外建设一个独立的3G无线网络。而CDMA2000技术就是在考虑兼容IS95网络的前提下做出的。CDMA20001X网络不仅可以充分利用原有的IS95窄带CDMA网络，而且只需要在IS95的基站上加两块电路板就可以过渡到CDMA20001X了。系统建设成本较低,升级较便捷。56国内3G状况政府策略：“积极跟进，先行试验，培育市场，支持发展”16字方针试验室测试信息产业部组织的3G实验室测试工作(WCDMA/CDMA2000/TD_SCDMA)已于2003年9月完成中国移动集团公司组织的3G实验室测试工作(WCDMA)也于2003年12月结束现场测试信息产业部组织各运营商进行的3G现场测试工作(WCDMA/CDMA2000)已于2004年3月开始，TD_SCDMA测试工作将于2004年5月开始。现场测试工作预计将持续到2004年8－9月中国移动在北京、广州进行WCDMA测试，北京、重庆进行TD-SCDMA测试57什么是NGN？

所谓下一代网是一个定义极其松散的术语，泛指一个不同于目前一代的，以数据为中心的融合网络。NGN的出现与发展不是革命，而是演进。从业务上看，应支持话音和视频业务及多媒体业务；从网络上看，在垂直方向应包括业务和传送层，在水平方向应覆盖核心网和边缘网。

------《电信网技术》58什么是NGN？—广义NGN指下一代融合网，泛指不同于目前一代，大量采用新技术，以IP为中心，同时支持语音、数据和多媒体业务的融合网络59什么是NGN？—狭义NGN指以软交换为控制层，兼容语音网、数据网、视频网三网的开放体系架构SS7信令网中继媒体网关TDMTDM中继媒体网关信令网关软交换分组核心网综合接入设备接入媒体网关AppServer60什么是NGN？—从业务上看支持语音、视频和多媒体业务：对电话网而言，指软交换体系；对移动网而言，指IP3G和后3G；数据网而言，指下一代因特网和IPV6；61什么是NGN？—从技术特征看希望有传统电话的普遍性和可靠性；有因特网的灵活性；有以太网的运作简单性；有ATM的低延时；有光网络的带宽；有蜂窝网的移动性；有线电视网的丰富内容。62为什么要用NGN？CENTREX会议电视局域网ADSLPSTN/ISDN宽带城域网IN?视频网无线网X.25/DDN63NGN体系结构边缘接入核心交换网络控制业务管理64NGN体系结构业务管理网络控制核心交换边缘接入SoftSwitch3GAccessAMGIADBroadbandAccessPSTNTMGSGPLMN分组核心网UMGUMGAppServerPolicyServeriOSSINSoftSwitchMRS65NGN的分层结构边缘接入层：通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如：将话音信号分割成ATM信元或IP包。核心交换层：采用分组技术，提供一个高可靠性的、提供QoS保证和大容量的统一的综合传送平台。网络控制