移动通信发展与网络演进

移动通信发展与

网络演进郑州市轨道交通sunhuanyu@126.com

20六月202412内容概要一、移动通信发展移动通信发展与应用趋势移动通信基本科学问题

二、移动通信网络结构演进移动通信系统组网结构移动通信系统网络结构演进一、移动通信发展1.移动通信发展与应用趋势33

移动通信的产生

————来源于无线通信无线通信与移动通信都是靠无线电波进行通信的，所以它们既有联系又有区别。首先，移动通信肯定是无线通信，移动通信涵盖了无线通信的基本技术，但无线通信侧重于无线性，而移动通信更注重于移动性，突出动中通、优质通、个人通。正因为如此，移动通信对无线电波频率的选择更加谨慎，要求更高，大都选择超短波以上的工作频段。

从20世纪20年代至40年代初，移动通信就有了初步的发展，不过当时的移动通信使用范围非常小，主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信以及运用在军事通信中，使用频段主要是短波段。

4一、移动通信发展45一、移动通信发展无线通讯从2G、3G到3.9G发展过程，是从移动的语音业务到高速业务发展的过程。目前可提供应用的是3.5G，以WCDMA系统来说，可以提供R5商用版本和R6试验系统；6一、移动通信发展第一代模拟系统（1G)时间：20世纪80年代-90年代初功能：仅提供语音服务，不能传输数据技术：主要采用模拟语音调制技术和频分多址（FDMA)技术。关键词：摩托罗拉不足：1G存在很多不足之处，如并存网络制式太多，互不兼容，通话质量不高，不能提供数据业务，它是一种区域性的移动通信系统。7一、移动通信发展第二代移动通信系统（2G/2.5G)时间：起源于90年代初期至现在功能：满足语音业务和初步的多媒体业务能力技术：主要采用数字的时分多址技术（TDMA）和码分多址技术（CDMA)关键词：GPRS/EDGE/CDMA2000不足：2G技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源已接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需要。2G移动通信应用GSM(摩托罗拉v8)8CDMA手机910一、移动通信发展第三代移动通信系统（3G)功能：引入大量增殖业务（手机上网、可视电话、视频共享、流媒体、POC对讲专网、短信交流和同化交流）技术：主流3G标准都采用CDMA技术关键词：WCDMACDMA2000TD-SCDMA不足：3G缺乏全球统一标准手机视频通话111112HSDPA高速上网1213多媒体彩铃13POC手机对讲在一个群组内可以实现一呼百应，最多可以支持80台手机，非常适合调度组织工作1414VOD视频点播1515核心网(CN)无线接入网(RAN)2G

3G第三代移动通信示意图

GSM

PDCIS-41核心网(CDMA网络)GSM核心网IS-95CDMAcdma2000-1x、3x

W-CDMA无线接口后向兼容核心网络后向兼容新的无线接口NNITD-SCDMA/TD-CDMAIP核心网全IP网络1616三大运营商3G标准简析中国联通中国电信中国移动3G技术WCDMACDMA2000TD-SWCDMA设备成熟度成熟较成熟发展阶段建设成本中等高（专利费）高手机终端丰富（全球80%手机终端支持）一般少，国产为主3G网络全网速度7.2/5.76Mbps3.1/1.8Mbps2.8/0.384Mbps试点地区速率42/11.5Mbps9.3/5.4Mbps2.8/2.2Mbps全球漫游能力最强，全球290张W网络，覆盖120个国家，占3G用户80%因不与GSM兼容，漫游能力一般。能在110个国家地区有限支持中国标准，几乎没有漫游能力政策支持扶持一般大力支持17173G的三大主流技术标准比较1819一、移动通信发展第四代移动通信系统（4G)期望：满足提供更大的频宽要求，希望在概念和技术上寻求创新和突破，从而使通信的容量和速率有10倍甚至百倍的提高，在高速率和高可靠性的前提下，满足人们从语音到多媒体多种综合业务需求203G尚未大发展，4G实验网却已建成204G通信应用前瞻2121224g通信技术的umpc产品22系统名称概念提出研发/标准成熟开始商用—市场成熟第一代模拟移动通信系统美国AMPS、英国TACS、日本NAMTS、北欧NMTS1971年80年代初80年代开始商用，90年代初达到顶峰第二代数字通信GSM1982年1986年标准初步完成，1990年完成规范1991年开通第一个系统。截止到达2003年6月用户达到8.3亿CdmaOne70年代末1995年香港第一次商用2003年6月全球用户1.5亿第三代移动多媒体通信系统Cdma2000WCDMA/TD-SCDMA1986年2002年1998-2000方案征集，2002-2003规范稳定2000年10月韩国开始商用2001年10月日本开始商用，预计2004年以后市场逐渐成熟第四代TD-LTEFDD-LTE2004预计2012完成标准化2011年开始试验预计2015年大规模商用各代移动通信系统发展演进过程一览

23一、移动通信发展2.移动通信基本科学问题2424

移动通信的特点移动通信的传输信道必须使用无线电波传输；电波传输特性复杂，在移动通信系统中由于移动台不断运动，不仅有多普勒效应，而且信号的转播受地形、地物的影响也将随时发生变化；干扰多而复杂；组网方式多样灵活，移动通信系统组网方式可分为小容量大区制和大容量小区制，移动通信网为满足使用，必须具有很强的控制功能，如通信（呼叫）的建立和拆除，频道的控制和分配，用户的登记和定位，以及过境切换和漫游的控制等；对设备要求更苛刻；用户量大而频率有限。25一、移动通信发展2526一、移动通信发展有限的频谱资源与不断增长的无线通信业务需求之间的矛盾所带来的挑战，将促使无线通信理论与技术不断发生变革；

信源压缩：对待传输的信息载体压缩，以达到节省传输资源之目的，产生了像MP3、MP4这样的图像与语音压缩方法；

信息传输：在存在干扰和多径反射的无线信道中如何有效地传输信息，使之达到理论极限。移动通信需要解决的关键问题27一、移动通信发展从信号设计与处理的角度出发，采用高效的调制及信道编码等技术提高频谱利用率；移动通信系统的工作频点继续上移，在2007年11月闭幕的世界无线电通信大会上通过了适用于全球3G与4G移动通信系统的四个新频段，其中包括3.4G~3.6GHz的200MHz带宽以及分配给我国TD-SCDMA的2.3GHz~2.4GHz的100MHz带宽；进一步开发蜂窝移动通信系统中的空间资源。例如MIMO技术的利用为移动通信频谱利用率的提高注入了新的活力。目前的解决方案28一、移动通信发展信号处理的复杂性将限制其在实际系统中的应用。例如如果完全依靠增加调制电平数来提高传输速率，在速率超过10bps/Hz之上时，其复杂度及对信道的要求已是实际系统所不能承受的了，特别是每增加1bps/Hz就要增加3dB的信噪比，实现复杂度、对时钟精度的要求及对信道参数估计精度的要求等都要相应地成倍增加；存在的缺憾29一、移动通信发展存在的缺憾较高的系统工作频率将导致无线信号在空间传输中快速衰落。尽管采用微蜂窝技术可以缩小小区半径，提高天线覆盖面积，从而提高用户的接收性能，但随之而来的另一个问题在于系统中频繁的切换会增加系统信令开销并降低系统的工作效率；目前，多天线一般集中放置于基站组成天线阵，这种集中放置实际上限制了天线数量，且不利于空间资源的充分利用，此外，小区边界处的用户的链路质量比距离基站近的用户的性能要差的现状并未得到解决。30二、移动通信网络结构演进1.移动通信系统组网结构31二、移动通信网络结构演进蜂窝移动通信系统网络结构的基本架构主要由三部分构成：移动终端、接入网（AN，AccessNetwork）和核心网（CN,CoreNetwork）。32二、移动通信网络结构演进典型2G蜂窝移动通信系统网络结构33二、移动通信网络结构演进2.移动通信系统网络结构演进3334二、移动通信网络结构演进MTX:MobileTelephoneeXchange(NMT)1G网络结构，网络功能主要集中在核心网实现35二、移动通信网络结构演进2G网络结构，GSM网络主要由MS、BSS（包括：BTS、BSC）、NSS（包括：MSC、HLR、AUC、EIR）组成。36二、移动通信网络结构演进2.5G网络结构3637二、移动通信网络结构演进网络结构演进3738二、移动通信网络结构演进3GPP网络结构3GPP定义了从GSM到UMTS的网络结构演进方案。UMTS的网络结构规范对于WCDMA和TD-SCDMA都是适用的，只是空中无线接口技术的区别。R99、R4、R5、R6、R7……GPP2网络结构演进方案3839二、移动通信网络结构演进3GPPR99无线网络结构（UMTS）-3GRadios3940二、移动通信网络结构演进3GPPR4无线网络结构（UMTS）-Softswitch3GPPR4的工作重点集中在核心网对分组技术（ATM/IP）的支持上，其目的是使电路域和分组域承载在一个公共的分组骨干网上。在核心网的电路域引入了软交换（Softswitch），实现呼叫与承载的分离。MSC分裂成两个网元：MSC服务器(MSCServer)和媒体网关(MGW)。MSCServer主要用来完成对信令与呼叫控制的处理，MGW提供语音流的处理及与外部网络的互连。4041二、移动通信网络结构演进3GPPR4无线网络结构（UMTS）-Softswitch4142二、移动通信网络结构演进3GPPR5是全IP网络的第一个版本。3GPPR5最重要的工作是在核心网（CN）引入了IP多媒体子系统（IMS），采用SIP作为IMS会话控制协议，支持实时与非实时的IP多媒体业务，所有的数据与信令的下层传输都基于IP，并在IMS中引入IPv6。3GPP定义的IMS包括呼叫会话控制功能（CSCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、IMS媒体网关（IMS-MGW）、多媒体资源功能控制器（MRFC）、多媒体资源功能处理器（MRFP）、出口网关控制功能（BGCF）等功能实体。

3GPPR5无线网络结构（UMTS）-IPMultimedia4243二、移动通信网络结构演进3GPPR5无线网络结构（UMTS）-IPMultimedia4344二、移动通信网络结构演进3GPPLTE网络结构4445二、移动通信网络结构演进3GPP2CDMA2000网络结构45接入网接入网、城域网演进BTSBSC城域网WDMSDH简单的GSM无线接入网SDH网络承载以小颗粒TDM业务为主的2G基站TD-SCDMA/HSPA(TDD)NG-GSMWLAN多种接入方式并存GSM网络已在大部分地市级以上城市升级到EDGE；TD网络完成2期建设，与GSM协调共存发展；WLAN部分热点覆盖。TD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLANPONFiberCable多种无线接入方式GSM网络已在大部分地市级以上城市升级到EDGE；TD网络完成2期建设，与GSM协调共存发展；WLAN部分热点覆盖。多种接入方式并存GSM网络已在大部分地市级以上城市升级到EDGE；TD网络完成3期建设，与GSM协调共存发展；WLAN热点覆盖；有线接入网尚未规模建设，正逐步引入PON等光纤接入技术PTNTD-LTE/TDD(FDD)10GPON/WDMPONTD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLAN无线接入方式更加多样化形成由GSM/TD-SCDMA/LTETDD/FDD/WLAN组成的多种无线网络融合协调发展的综合无线网络