无线传输设备维护(无线通信系统网络结构)

内容介绍2.1无线通信系统网络结构2.2系统移动性管理2.3McWill无线集群系统第2讲无线通信系统网络结构第一页，共85页。第一页，共85页。移动通信的发展AMPSTACSNMT其它模拟技术GSMCDMAIS95CDMAIS-136PDC需求驱动数字技术语音业务UMTSWCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000第二页，共85页。第二页，共85页。3第三页，共85页。第三页，共85页。移动通信的发展44G是3G+WLAN，能传输高质量图像，传输质量与高清电视不相上下，提供下行100Mbps的下行和50Mbps的上行峰值速率。第四页，共85页。第四页，共85页。无线通信系统的网络结构第五页，共85页。第五页，共85页。2.1GSM网络结构和接口网络结构的主要组成部分移动台（MS：MobileStation）基站子系统（BSS：BaseStationSubsystem）网络子系统（NSS：NetworkSwitchingSubsystem）第六页，共85页。第六页，共85页。第七页，共85页。第七页，共85页。1、移动台（ＭＳ）移动用户设备部分，分为移动终端和用户识别卡

移动终端就是“机”，完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息的发射和接收等功能。ＳＩＭ卡就是“身份卡”，存有认证用户身份所需要的所有信息，并能执行一些与保密安全有关的重要信息，防止非法用户接入网络，ＳＩＭ卡还存有与网络和用户有关的管理数据，只有插入ＳＩＭ卡后才能接入网络。第八页，共85页。第八页，共85页。ＳＩＭ卡产生的初衷：将用户信息从手机中分离开来

第九页，共85页。第九页，共85页。第十页，共85页。第十页，共85页。2、基站子系统考虑到无线资源的有效管理，将基站的收发信机的业务承载功能和控制功能分离开来，基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）各司其职。无线传输：负责“采样-量化-编码-交织-调制-解调-去交织……”这些经典的无线通信工作业务控制：眼光要更宏观一些，要着眼于资源的调度和管理以及BTS之间的协调BTS和BSC共同组成了基站子系统（BSS：BaseStationSubsystem）第十一页，共85页。第十一页，共85页。第十二页，共85页。第十二页，共85页。（1）移动交换中心（MSC）首要任务是完成话音的接续，即交换功能作为网络的核心，配合其他功能实体完成移动性管理和合法性检验配合ＢＳＣ完成跨ＢＳＣ的切换提供面向系统其他功能实体和面向固定网的接口功能第十三页，共85页。第十三页，共85页。（2）HLR与VLR为了方便用户信息管理，需要有个数据库存储用户资料（如位置信息，业务信息等等），这样就有了寄存器。考虑到漫游，为了方便提取用户信息，不过多占用系统资源，寄存器又分为了原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）。当用户办卡时，运营商把用户资料输入HLR；当用户漫游到别的城市时，漫游地的VLR把用户资料从HLR复制过来，用户就可以继续享有运营商的服务了。第十四页，共85页。第十四页，共85页。（3）EIR为了防止非法移动台的使用，需要有个数据库来存储有关移动台设备的参数，完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，这就是设备识别寄存器（EIR）。第十五页，共85页。第十五页，共85页。（4）AuC为了方便安全性管理，确定用户的身份和对呼叫进行加密，这样就有了鉴权中心（AuC），由于是针对用户的，所以它是属于HLR的一个功能单元。第十六页，共85页。第十六页，共85页。（5）OMC为了方便对整个ＧＳＭ网络进行管理和监控，又产生了操作维护中心（ＯＭＣ），通过它实现对ＧＳＭ网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。

网络子系统

基站子系统

移动台

操作维护中心第十七页，共85页。第十七页，共85页。为了各厂家的设备可以通用，ＧＳＭ网络中各组成部分的连接都必须严格地符合接口标准，采用同样的分层协议。第十八页，共85页。第十八页，共85页。第十九页，共85页。第十九页，共85页。LTE网络结构网络结构扁平化与传统网络互通E-UTRAN只有一种节点网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离RNC+NodeB=eNodeB网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性第二十页，共85页。第二十页，共85页。LTE网络结构——各网元功能E-NodeBMME移动性管理实体ServingGW服务网关PDNGW公共数据网具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理

NAS信令以及安全性功能

3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令空闲模式下UE跟踪和可达性漫游鉴权承载管理功能（包括专用承载的建立）支持UE的移动性切换用户面数据的功能

E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）第二十一页，共85页。第二十一页，共85页。内容介绍2.1无线通信系统网络结构2.2系统移动性管理2.3McWill无线集群系统第2讲无线通信系统网络结构第二十二页，共85页。第二十二页，共85页。2.2系统的移动性管理通信网络最基本的任务：建立始呼与被呼之间的连接识别被呼用户定位用户所在位置建立网络到用户的路由连接通话过程中维持连接通话结束，拆除连接在此过程中的有哪些问题需要解决？第二十三页，共85页。第二十三页，共85页。在移动通信网中，建立一个呼叫连接需要解决三个问题用户所在的位置用户识别用户所需提供的服务第二十四页，共85页。第二十四页，共85页。基站如何找手机？“动中通”？第二十五页，共85页。第二十五页，共85页。一、位置更新位置更新与“打电话报平安”

你在外面晃悠，家里希望有事的时候能够找到你，所以你最好到了一个新的地方就给家里打电话，同样，手机到了一个新地方也要报告给基站，这就是“正常位置更新”。问题：怎么划分“新地方”？怎么知道到了“新地方”？第二十六页，共85页。第二十六页，共85页。一、位置更新怎样划分“新地方”？

位置区的概念

位置区是随着蜂窝通信的发展而产生的，在模拟通信时代是没什么位置区的概念的，一个MSC包打天下。如果要寻找一台“大哥大”，那么就在该MSC下所有的基站下发寻呼消息来找该手机。问题：系统负荷大解决：划分位置区，分片寻呼第二十七页，共85页。第二十七页，共85页。一、位置更新移动通信网―若干服务区―若干MSC区―若干位置区―若干基站小区第二十八页，共85页。第二十八页，共85页。一、位置更新位置更新与“打电话报平安”

手机通过侦听广播消息得知自己所在的位置区，如果位置区发生了变化，则主动联系无线网络，上报自己所在的位置。终端主动报告位置变更问题：位置更新信息存哪儿？第二十九页，共85页。第二十九页，共85页。一、位置更新位置更新与“打电话报平安”

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中，这个数据库称为位置寄存器。

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。位置区下面管理多少个小区（基站）？第三十页，共85页。第三十页，共85页。一、位置更新两个位置寄存器

------原籍位置寄存器（HLR）

访问位置寄存器（VLR）原籍位置寄存器（HLR）：负责移动台数据库管理用户参数信息：向用户提供的服务，用户的各种号码，识别码，用户的保密参数；用户位置信息：移动漫游号码，VLR地址，呼叫路由。第三十一页，共85页。第三十一页，共85页。一、位置更新

访问位置寄存器（VLR）：存储用户位置信息的动态数据库，往往和MSC合并在一个设备实体中漫游用户必须向与漫游地点MSC相关的VLR登记。向漫游用户分配移动用户漫游号码，并通知该用户的HLR。已经有了HLR还要VLR干什么呢？第三十二页，共85页。第三十二页，共85页。一、位置更新两个位置寄存器------原籍位置寄存器（HLR）

访问位置寄存器（VLR）用户资料信息很多，在其它位置区时，如果每次呼叫都要去注册地所在的HLR中把用户资料弄过来，太麻烦，因此有了VLR，用户由一个位置区进入另外一个时，从HLR中下载新的数据到VLR中，并删除前一个VLR的信息。可以将VLR理解为HLR的本地缓存第三十三页，共85页。第三十三页，共85页。不同MSC/VLR不同位置区的位置更新小区1小区3小区2小区4位置区1位置区2BSCBSCMSCVLRMSCVLRHLR(1)MS向MSC发送“位置更新请求”(1)(2)(2)MSC向客户的HLR发送“位置更新请求”(3)HLR回送“位置更新接受”(3)(4)(4)MSC对VLR中该客户的IMSI作标记，并向MS回送“位置更新证实”(5)(5)HLR通知原来的MSC删除VLR中有关该MS的客户数据第三十四页，共85页。第三十四页，共85页。一、位置更新位置更新与“打电话报平安”

你在外面晃悠，就算地方没有变，但是隔段时间也要给家里打电话，免得家里担忧，同样，手机也要周期性向系统汇报所在位置，这叫“周期性位置”。第三十五页，共85页。第三十五页，共85页。一、位置更新位置更新与“打电话报平安”

手机周期性向系统汇报所在位置。逾时未报的，就把它当成了“网络不可及”，直到收到它的下一次位置更新再改变状态。周期性更新（图示为30分钟后）特殊事件：手机没电，没信号，下电池，关机第三十六页，共85页。第三十六页，共85页。一、位置更新新问题：手机关机问题？“周期性汇报”无法有效解决手机关机问题！

解决思路：开关机的时候都通知网络一声。关机时，用户向网络发送“分离处理请求”，这一信息存在VLR上（不发送给HLR）。开机时，如果通过接收系统消息发现开机时的位置区标识已经发生了改变，那么就执行正常的位置更新，如果位置区没有发生改变，就向网络发送一个“附着”消息，告诉网络我又回来了，可以呼我了。第三十七页，共85页。第三十七页，共85页。一、位置更新若A客户为北京固定网某客户，B客户为上海数字移动某客户，B客户已漫游到广州，A客户呼叫B客户流程如下：（5）VLR把分配给被叫客户的MSRN号码回送给HLR，由HLR发送给GMSCMSCHLRVLR广州GMSC北京PSTN（1）A客户拨打B客户，拨MSISDN(0139H0HlH2H3ABCD)号码（1）（2）本地交换机根据A客户所拨号码(139)可以与GSM网的GMSC间建立链路，并将B客户号码传送给GMSC（2）（3）GMSC根据H0HlH2H3ABCD，向B客户的HLR发MSISDN号码，询问B客户漫游号码(MSRN)（3）（4）HLR将B客户MSISDN号码转换为客户识别码(IMSI)，查询B客户目前所在的业务区MSC，向该区VLR发被叫的IMSI，请求VLR分配给被叫客户一个漫游号码MSRN（4）（5）（6）GMSC有了MSRN，就可以把入局呼叫接到B客户所在的MSC(北京-广州)（6）（7）VLR查出被叫客户的位置区识别码(LAI)之后，MSC将寻呼消息发送给位置区内所有的BTS，由这些BTS在整个位置区覆盖范围内进行广播寻呼（8）守候的空闲MS接收到此寻呼消息，识别出其IMSI码后，发送应答响应，并建立通信连接，通信过程中采用TMSI号码上海第三十八页，共85页。第三十八页，共85页。二、越区切换越区切换

切换，是指将一个正处于呼叫建立状态或者通话状态的MS转换到新的业务信道上的过程。第三十九页，共85页。第三十九页，共85页。二、越区切换越区切换与“空中接力”

足球比赛中的“空中接力”要考虑的因素是很多的，来球的方向、高度和力度等等，队员在一瞬间要根据球场上瞬息万变的形式作出准确的判决。同样越区切换也是件麻烦事情，空中接力要求球不能落地，切换要求不能掉话，考虑的因素一样复杂。什么时候由谁确定进行切换？如何切换？第四十页，共85页。第四十页，共85页。二、越区切换

由谁决定是否切换？MS？

切换的决定者不是MS本身，而是网络。MS只有对本身信号质量以及接收电平进行测量并上报给网络的权力，至于要不要进行切换，那是网络考虑的事情。MS需要做点什么呢？第四十一页，共85页。第四十一页，共85页。二、越区切换越区切换控制策略：1.移动台：选择具有可用业务信道的最佳候选基站，并发送越区切换请求。2．网络控制：网络要求所有基站都监测移动台信号，并将结果报告网络，网络确定后通知基站与移动台3．移动台辅助控制：网络要求移动台监测所有基站的信号，并将结果报告旧基站，网络根据测试结果决定何时切换及切换至哪一个基站。第四十二页，共85页。第四十二页，共85页。二、越区切换网络控制切换（NCHO）网络决定何时进行切换基站监听来自移动台的信号的强度和质量网络利用多个基站对所有连接的信号强度进行监测MSC决定何时进行切换网络信令负荷较重，基站的资源有限，造成切换时间较长。切换时间第1代模拟系统：10s第四十三页，共85页。第四十三页，共85页。二、越区切换移动台辅助切换（MAHO）移动台检测周围来自基站信号的能量将测量的数据通知当前提供服务的BS。当从其它基站接收到的信号比当前服务基站的信号高出一定程度或持续一段时间时，开始进行切换。使用MAHO降低了需要的切换时间切换的检测由每个移动台完成。适用于切换频繁的场合。切换时间第2代数字系统：1-2s第四十四页，共85页。第四十四页，共85页。二、越区切换切换过程

发起：移动台和基站都可以根据信号的强弱来决定是否需要进行切换，并准备进入切换处理。资源预留：预留分配切换所需要的资源（切换优先于呼叫请求）。

执行：进行切换，移动台使用新分配的资源。

完成：旧资源被释放。

第四十五页，共85页。第四十五页，共85页。二、越区切换什么时候需要切换？根据移动台接收的平均信号强度，或信噪比（信干比）、误比特率等参数来确定。重要的切换参数－切换的门限电平。第四十六页，共85页。第四十六页，共85页。二、越区切换越区切换的准则（1）相对信号强度准则（准则1）在任何时候都选择具有最强接收信号的基站。缺点：在原基站的信号强度仍满足要求的情况下，会引发不必要的越区切换。第四十七页，共85页。第四十七页，共85页。二、越区切换越区切换的准则（2）具有门限规定的相对信号强度准则（准则2）仅允许移动用户在当前基站的信号低于门限，且新的基站强于本基站的信号情况下，才进行越区切换。

门限选择很重要？太高会怎么样？太低呢？如果太高，则与准则1相同，若太低，则可能会因链路质量较差而导致通信中断。第四十八页，共85页。第四十八页，共85页。二、越区切换越区切换的准则（3）具有滞后余量的相对信号强度准则（准则3）

仅允许移动用户在新的基站的信号强度比原基站信号强度强很多（即大于滞后余量）的情况下才进行越区切换。防止“乒乓效应”。第四十九页，共85页。第四十九页，共85页。二、越区切换越区切换的准则（4）具有门限规定和滞后余量的相对信号强度准则（准则4）仅允许移动用户在当前基站的信号强度低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。第五十页，共85页。第五十页，共85页。二、越区切换第五十一页，共85页。第五十一页，共85页。内容介绍2.1无线通信系统网络结构2.2系统移动性管理2.3McWill无线集群系统第2讲无线通信系统网络结构第五十二页，共85页。第五十二页，共85页。主要内容McWiLL总体介绍McWiLL无线网络设备McWiLL提供的业务及应用McWiLL主要特点及构成第五十三页，共85页。第五十三页，共85页。什么是McWILL?Multi-CarrierWirelessInformationLocalLoop多载波无线信息本地环路

－McWiLL是一种基于SCDMA无线窄带技术平台的技术，完全自主知识产权，全IP移动宽带无线接入系统。

－提供超大容量的移动宽带数据和移动语音业务；

－全IP结构；

－具有完全自主知识产权。

第五十四页，共85页。第五十四页，共85页。第五十五页，共85页。第五十五页，共85页。McWiLL系统网络结构BTSCPE互联网SAG软交换接入层汇聚层核心层SIPSAbisPSAGSArShShL2隧道协议BTS数据业务出口语音业务出口EMSHLR信令网关中继网关SIGTRANH.248PSTN7号信令网宽带智能手机

SCDMAIAD固定业务游牧业务全移动业务CDR-SVRPGW/BRAS/SMC

SCDMAPDA

PCMCIA卡RNMSBTSCPE互联网SAG软交换接入层汇聚层核心层SIPSAbisPSAGSArShShL2隧道协议BTS数据业务出口语音业务出口EMSHLR信令网关中继网关SIGTRANH.248PSTN7号信令网宽带智能手机

SCDMAIAD固定业务游牧业务全移动业务CDR-SVRPGW/BRAS/SMC

SCDMAPDA

PCMCIA卡RNMS第五十六页，共85页。第五十六页，共85页。McWILL系统EMSModem用户计算机用户计算机BTSModemInternet单基站组网

McWiLL目标：一个任意时间、任意地点、零安装、可游牧的高速宽带无线接入网络。第五十七页，共85页。第五十七页，共85页。McWiLL主要特点高容量：单扇区容量15Mbps/5MHz

，三扇区设置可以提供45Mbps；覆盖广：城市覆盖半径1～3km,郊区可达30km；高带宽：上下行总共可达3Mbps的传输速率；多频段：400M，1800M和3300MHz等不同频率的产品和多频终端；同频组网：实现1×1同频组网，并且性能稳定；超大语音容量：单扇区支持双向各300个并发信道；上下行带宽灵活:上下行带宽分配比例可以灵活调整:1:7、2:6、4:4等；安全：自主知识产权、多层次安全方案；低辐射：绿色环保。第五十八页，共85页。第五十八页，共85页。McWiLL基站的构成基站系统室内部分室外部分BTS和机柜装配架和走线架天线和馈线GPS天线塔放第五十九页，共85页。第五十九页，共85页。室内单元-BTS和机架防雷器第六十页，共85页。第六十页，共85页。机柜标准的19英寸机柜，可以室内或室外安装，机柜的高度根据装配基站的数目可以选用1.6米或1.9米。对于室内BTS，信威公司提供标准1.6米和2米机柜。第六十一页，共85页。第六十一页，共85页。McWiLL基站最大发射功率2W，采用8阵元智能天线技术99.999％电信级可靠性；板卡热插拔设计对传输的要求：通过10/100M以太网口接入IP网灵活的电源选择：电源板支持DC-48V、DC24V、

AC220V，适应于不同的机房条件机械尺寸：221×435×440mm（高×宽×深）满配置重量：12.5kg工作温度：+5～+50℃功耗峰值功率350W，典型功耗280W（TDD模式，平均功率）扇区天线全向天线和塔放RF板传输接口：10/100M以太网口频综板基带板第六十二页，共85页。第六十二页，共85页。天馈线和塔放无线系统安装在塔顶或建筑物的顶部，可以是面板天线或全向天线；面板天线辐射角度为120度，该天线可以单独使用或者组合使用；全向天线的覆盖角度为360度全向；在McWiLL天线系统配置中，还包含TTA塔放设备。

定向天线全向天线第六十三页，共85页。第六十三页，共85页。室外单元-天线第六十四页，共85页。第六十四页，共85页。室外单元-塔顶放大器第六十五页，共85页。第六十五页，共85页。室外单元-天线馈缆第六十六页，共85页。第六十六页，共85页。无线系统安装在塔顶或建筑物的顶部，可以是面板天线或全向天线；面板天线辐射角度为120度，该天线可以单独使用或者组合使用；全向天线的覆盖角度为360度全向；在McWiLL天线系统配置中，还包含TTA塔放设备。天馈线和塔放第六十七页，共85页。第六十七页，共85页。室外单元-GPS天线第六十八页，共85页。第六十八页，共85页。GPS全球定位系统每台基站都要至少用一个GPS提供同步信号；GPS同步对于BTS之间的干扰消除是至关重要的；McWiLLR5基站采用的是MotorolaGPS天线。第六十九页，共85页。第六十九页，共85页。McWiLL终端-CPE一款使用便捷的用户无线宽带接入上网设备，可为家庭、企业、行业等用户提供无线语音和宽带数据服务，无需专门的硬件安装，使用极为方便。调制方式:QPSK,QAM8,QAM16,QAM64上下行总共可达3Mbps的传输速率可以连接交换机或者路由器:最多20个MAC可以限制IP地址数量安全功能:安全模式和学习模式支持移动和切换第七十页，共85页。第七十页，共85页。McWiLL能提供的业务语音业务基本语音业务VoIP（固定、移动语音业务）移动语音增值业务数据业务高速互联网业务企业应用多媒体业务流媒体业务视频会议视频电话第七十一页，共85页。第七十一页，共85页。语音业务基于McWiLL可以开展语音业务，具有容量大、音质好、覆盖广等特点。采用McWiLL特有的语音包压缩技术，可以支持高达300路并发的语音容量。这就意味着在一个基站的覆盖范围内，发展话吧、商业电话等用户时可以不受系统容量的限制。相对于目前的有线IP电话，无线方式的语音业务更具灵活性。采用CPE+IAD的方式，McWiLL可以在校园、商贸区、建设工地附近等场合提供语音业务。

第七十二页，共85页。第七十二页，共85页。无线宽带业务中小型企业用户。在新型工业园区，为中小企业提供宽带上网、电话业务和传真业务，面向企业提供综合的解决方案。中小企业、工业园区的宽带无线接入有利于快速发展优质用户，提高网络利用率，并为实现企业信息化和办公移动化打造良好的网络基础。在已经提供有线宽带的地方，可以“有线为主，无线为辅”的方式发展用户；在没有有线宽带的地方，可以“新一代的无线宽带技术引领潮流，高带宽、支持移动”等特点来发展用户。

第七十三页，共85页。第七十三页，共85页。最后1km城市信息化是国家信息化发展战略中的重要部分。作为运营商，如何在城市信息化中发挥作用，是一个比较新的课题，也是一个比较重要的课题。McWiLL可以在政务信息化、警务信息化、交通信息化等中作为一个支持“随时随地高速接入”的接入网，解决“最后1km”的问题，并结合我国电信丰富的光纤传输资源和内容提供平台，可以为城市信息化提供高质量的接入、传输以及端到端的解决方案。

第七十四页，共85页。第七十四页，共85页。无线远程数据采集与视频监控

基于高速稳定的无线数据传输方式，McWiLL安全与控制服务可为行业用户提供“一揽子”解决方案，满足用户在生产、生活、服务、管理过程中的安全与控制需要，并可广泛运用政府机关、居民区、银行、矿山、油田、工厂、码头、医院、商场、写字楼、娱乐等场所。

第七十五页，共85页。第七十五页，共85页。McWiLL系统油田物联网解决方案在石油行业中需要大量的数据传送到监控中心对数据进行处理。第七十六页，共85页。第七十六页，共85页。McWiLL系统油田物联网解决方案（采集）油井是油田作业区中数量最多的生产场站，分布最为零散。油井无线数据回传有效地解决了分布广泛、位置偏远、环境特殊的抽油机设备运