移动通信引入.ppt

1、移 动 通 信,引 入,移动通信作为公用通信和专业通信的主要手段,近年来发展最快的通信领域. 什么是移动通信? 移动通信是如何实现的?,学习目标,了解移动通信的分类与特点,了解蜂窝通信的概念及移动通信管理的基本内容. 了解移动通信中的无线传输技术和CDMA技术. 了解GSM移动通信系统的基本概念,系统组成,通信过程,以及GPRS业务. 了解CDMA移动通信系统原理,了解CDMA系统体制概念. 了解第三代移动通信的基本概念,关键技术与标准.,学习完本课程，您应该能够:,课程内容,基本概述 移动通信技术 GSM移动通信系统 CDMA移动通信系统 第三代移动通信系统,基本概述,一. 移动通信 : 是

2、指通信双方或至少有一方是在运动中通过通信网络进行信息交换的.,二. 移动通信的分类 : 1.按照系统分类: A.蜂窝公用移动通信系统 B.集群移动通信系统 C.无线市话 D.无线寻呼 2.按业务分类: A.传统语音业务 B.SMS业务 C.智能网增值业务 D.无线IP业务,无线电波的衰落 多普勒噪声 干扰 (同频,邻频等) 信道传输条件恶劣 可供使用的频率资源有限 采用跟踪交换技术 信令,入网方式和计费方式较复杂,移动通信特点,蜂窝通信,一、移动通信电磁波服务区的分类 小容量的大区制 和 大容量的蜂窝式 二、蜂窝通信特点 发射机功率低和覆盖范围小 频率复用 小区分裂增加容量 切换,蜂窝式移动通

3、信系统组成 移动通信的管理 无线资源管理 (基站、扇区、频率、时间、码道和功率) 移动性管理 安全性管理,移动通信技术,一.无线传输技术 1.分集技术 2.调制技术 3.均衡技术 4.信道编码技术 5.跳频技术 6.直接序列扩频技术 7.智能天线技术,移动通信技术,码分多址,GSM移动通信,GSM移动通信,GSM系统基于时分多址(TDMA). GSM系统特点: 1. 系统灵活便于互连互通 2. 采用数字通信方式,提高通信质量. 3. 使用900MHZ和1800MHZ,频率利用提高. 4. 保密性好 (使用SIM卡,使用A3 A8 等算法,通过三参数组 RAND.SRES.Ki). 5. 多业务

4、与漫游功能.,相关概念,1.移动台的国际身份号MSISDN 是供用户拨打的号码，由下列部分组成： MSISDN=CC（国家码）+NDC（国内目的码,3位）+SN（用户号,8位） CC=86 NDC=N1N2N3（接入号）+H1H2H3 (H1H2H3是HLR识别 号，表示用户归属的HLR，也表示移动业务本地网号) 2.国际移动用户识别码IMSI 该号码是在移动通信系统内使用的用户号码，在无线信道上唯一能识别 用户的号码就是IMSI。存储于SIM卡、HLR、VLR。 其结构如下： IMSI=MCC+MNC+MSIN MCC=移动网的国家码(460)、 MNC=移动网号、MSIN=移动台识别 号，

5、这是一个用于移动网内部的号码，对用户本身没有直接意义。,相关概念,3.移动台漫游号码MSRN 这是针对移动台的移动特性所使用的号码，每次呼叫时，HLR知 道用户目前处在哪个MSC，为了向GMSC提供本次路由选择的临时号 码，HLR请相关的MSC给被叫用户分配一个移动台漫游号码(MSRN)， 并将此号码送给HLR。HLR再将此号码转发给GMSC，此时GMSC就 能根据此号将主叫接至所在的MSC。 MSRN=CC（国家号）+NDC（国内目的号）+SN（用户号，对应 于用户的IMSI号） 4.临时移动用户识别码TMSI TMSI等同于IMSI，它的使用出于对用户保密的原因，该号只在 本MSC区域有效

6、，长度不超过4个字节。,GSM信令结构,MTP消息传递部分,MTP-1信令数据链路,MTP-2信令链路功能,MTP-1信令网功能,SCCP,ISUP,TUP,TCAP,INAP,OMAP,MAP,HLR,VLR,消息传递部分（MTP）：MESSAGE TRANSFER PART 信令连接控制部分 （SCCP）： SINGALLING CONNECTION CONTROL PART 事物处理能力部分（TCAP）：TRANSACTION CAPABILITY APPLICATION PART 电话用户部分（TUP）：TELEPHONE USER PART ISDN用户部分（ISUP）：ISDN U

7、SER PART 移动应用部分（MAP）：MOBILE APPLICATION PART 操作维护管理部分（OMAP）：OPERATION AND MAINTAIN PART MTP为OSI（开放系统互联）的第一，二，三层，用户部分为OSI的第三层及更高层，只有SCCP为OSI的第三层,GSM信令结构,GSM系统结构,MS (Mbile Station)：移动台，实现移动终端功能: BTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信 BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线信道的分配，切换、无

8、线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能 MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能 OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能,GSM系统结构,HLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据： 用户数据，主要包括： 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) 用户MSISDN号码 用户的位置信

9、息 VLR (Visitor Location Register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括： MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份,GSM系统结构,移动台登记的位置区（LAC） 与补充业务有关的数据 AUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别. AUC鉴权中心是为了防止非法用户进入GSM系统而设置的安全措施，AUC可以不断地为每个用户提供一

10、组参数：RAND、SRES、Kc，在每次呼叫过程中检查系统提供的和用户响应的该组参数是否一致来鉴别用户身份的合法性。 EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份,GSM系统结构,GSM系统接口,BTS,BSC,MSC/VLR/EIR,HLR/AUC,Abis,A,C、D,MSC/VLR/EIR,E,G、F,ISDN,PLMN,PSTN,GSM系统接口,Abis接口为基站控制器BSC和基站收发信台BTS之间的通信接口, Abis接口支持向客户提供的所有服务,并支持对BTS无线设备的控制

11、和无线频率的分配。 A接口 BSC与MSC之间的接口为A接口，采用14位地址方式,主要 传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。 B接口 MSC与VLR之间的接口为B接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息,或通知VLR有关移动台的位置更新。 C接口 MSC与HLR之间的接口为C接口,用于完成被叫移动客户信息的传递以及获取被叫移动客户的漫游号码。,D接口 D接口是HLR与VLR之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。当移动台漫游到VLR所管辖区域后,VLR通知MS的HLR，HLR向VLR发送有关该客户业务消息，以便VLR给漫游客户提供合适的业务。同时HLR还要通知前一个

12、为移动客户服务的VLR删除该移动客户的信息。 E接口 MSC与MSC之间的接口为E接口，用于移动台在呼叫期间从一个MSC区移动到另一个MSC区，为保持通话连续而进行局间切换，以及两个MSC间建立客户呼叫接续时传递有关消息。 F接口 MSC与EIR之间的接口为F接口，用于MSC检验移动台IMEI时使用。 G接口 G接口是VLR之间的接口，当移动台以TMSI启动位置更新时VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI.,GSM系统接口,GSM通信过程,位置更新和切换,位置更新的方式 (IMSI附着,定时更新,跨区更新) 切换方式,GPRS分组业务,FR,EIR,HLR,SMS-GMSC SMS-

13、IWMSC,MSC/VLR,PCU,PCU,BSS,BSS,SGSN,SGSN,GGSN,BG,GGSN,CG,Other PLMN,SS7,ATM DDN ISDN Ethernet.etc,GPRS Backbone,Gs,Gd,Gr,Gf,Gc,Gb,Gb,Gp,Gi,Gi,Gn,FR,Ga,Ga,A,SCP,Ge,Um,GGSN功能(网关支持节点),网络接入控制（外部PDN侧） 消息过滤 计费信息收集 会话管理 路由选择与转发 存储转发 路由选择 地址翻译和映射 封装和隧道传输 动态分配IP地址,SGSN功能(业务支持节点),网络接入控制（MS侧）： 鉴权 计费信息收集 IMEI检查

14、逻辑链路管理 SGSN-MS之间逻辑链路的管理 支持确认/不确认传输 路径管理 SGSN-BSS之间数据传输路径管理 移动性管理和会话管理,SGSN功能(业务支持节点),路由和隧道传输 用户数据的存储转发 路由选择：围绕PDP上下文来进行 地址翻译和映射：包括DNS、由APN推导出GGSN地址等 封装与隧道传输 压缩与解压 加密与解密,CG功能(计费网关),实时采集GPRS话单 临时存储和缓冲GPRS话单 GPRS话单预处理 向计费中心传送GPRS话单,BG功能,BG实现以下运营商互通必须的协议 安全性协议：推荐使用IPSec和防火墙 路由协议：推荐使用BGP 计费协议：运营商协商确定，也许需

15、要BG收集计费信息 一般基于路由器 可与GGSN合设,GPRS业务形式,A类 可同时进行分组交换业务和电路交换业务 B类 可同时附着在GPRS网络和GSM网络上，但不能同时进行电路交换和分组交换业务，自动选择业务 C类 或者只支持GPRS；或者不能同时附着在GPRS网络和GSM网络上,Gb接口和PCU,BTS,Um,Abis,CCU：Channel Codec Unit PCU：Packet Control Unit,Gb,Pb,PCU,Gb接口和PCU,GPRS业务,GPRS网络只提供承载业务，不提供电信业务和补充业务 GPRS近期提供PTP（点到点）承载业务，逐步提供PTM（点到多点）承载

16、业务 在GPRS提供的承载业务的基础上，ASP可以开发各种各样的增值业务 GPRS网络是WAP的最佳承载体 主要有三种方式来通过GPRS网络访问外部数据网 GPRS应用业务举不胜举，其分类对运营来说很重要,CDMA移动通信系统,CDMA移动通信系统,码分多址（CDMA）数字蜂窝移动通信系统是扩展频谱技术在多址移动通信中的一种应用 CDMA体制具有抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰、抗多径延迟扩展的能力，同时具有提高蜂窝系统的通信容量、便于模拟与数字体制的共存及过渡等优点，使CDMA系统成为时分多址（TDMA）系统的强有力的竞争对手,CDMA系统原理,1. CDMA系统的通信过程,CDMA系统移

17、动台简化框图,CDMA系统原理,CDMA系统基站简化框图,CDMA系统原理,（1）建立链路 基站接收到由移动台送来的呼叫信号之后，由多址接入控制器分配信道，指挥移动台同步工作，并准备接收移动移动台的拨号信号 收到移动台送达的呼叫号码后，由移动交换机分析号码，经信令网将号码送达目的地的交换机，并完成一系列通话前的信令联络，直到建立两用户间的通话链路 链路建立后，进入通话,CDMA系统原理,（2）通话 在通话过程中，用户A的模拟语音经过移动台8 kHz采样进行参量编码，获得1.2 9.6 kbit/s的语音速率，此后经信道编码、交织编码、扩频调制、载波调制和功率放大，由天线转换成电磁波发射出去 基

18、站将接收到的语音数码，经载波解调、解扩、解交织、信道解码和多址复用后送移动交换机,CDMA系统原理,2. CDMA的技术特点 系统所采用的扩频技术和直扩及跳频不同：CDMA是用自相关性很强、互相关性很弱的码序列作为地址码，对已调信息进行二次调制。不同用户信号采用互成正交的、不同的地址码，信道中所传输的各宽带信号在时间上和空间上可互相重叠 技术关键：在码分多址通信系统中，各收端必须传输本地地址码，该本地码的码型结构与对端发码一致，且相位完全同步。用本地码对所收全部信号进行相关检测，从而选出所需的信号,CDMA系统的技术体制,CDMA系统标准： IS-95： IS-95A和IS-95B的系列标准总

19、称。 IS-95A是早期商用的CDMA移动通信空中接口标准；IS-95B是IS-95A的进一步发展，其目的是能满足更高的比特速率业务的需求 cdma 2000：是 IS-95标准向第三代演进的技术体制方案。其中，cdma 2000 1x是一个载波的cdma 2000标准，可支持308 kbit/s的数据传输、网络部份引入分组交换、移动 IP业务，其与IS-95（AB）后向兼容，可实现平滑过渡,CDMA系统的技术体制,IS-95 CDMA和cdma2000 1x 蜂窝系统的工作频带： 上行（移动台基站）：870 894 MHz （中国：870880 MHz） 下行（基站移动台）：825 849

20、MHz （中国：825835 MHz）。 CDMA蜂窝系统工作频带的收发间隔为45 MHz,第三代移动通信系统,第三代移动通信系统,第三代移动通信系统（3G）由陆地移动网和卫星移动网组成，形成对全球无缝覆盖的立体通信网络，能满足各种用户密度和高速移动用户的需求，可提供高质量的语音、高速数据、宽带多媒体及IP业务 3G引入了宽带化，并以全球化、综合化、个人化为目标。随着3G网络建设、3G终端设备开发、3G运营牌照发放和3G业务的开展，未来的移动通信将向更高速率和支持宽带多媒体业务方向发展,3G概述,1. 移动通信的发展 目前移动通信的主要问题：系统容量较小；频谱利用率不高；抗干扰能力较差；不适合

21、于传输高速数据和多媒体业务 3G的主要目标：进一步扩大系统容量和提高频谱利用率，并满足多速率、多环境和多业务的要求，逐步将现有通信系统集成为统一的可替代的系统，基本实现个人通信网络的目标,3G概述,3G系统也称个人通信 个人通信的每个用户有一个属于自己的唯一号码；个人通信以个人用户为收费单位，而不是以终端或用户线为计费单位；具有安全保密、确认等功能；可提供用户所预定业务 国际电信联盟ITU提出了第三代移动通信（3G）系统标准IMT-2000 根据IMT-2000，各国已开发研究了不同类型的3G系统，如WCDMA、cdma 2000和TD-SCDMA等,3G概述,2. 3G的主要目标 （1）具有

22、高层次的通信业务质量 提高语音和数据质量，支持网络无线连接 适合于移动数据业务的误码率和传输时延要求 提高频谱利用率，增加系统容量，满足语音及多种数据业务的要求 提供多种新型业务（含宽带数据和视频） 系统灵活性高，实现统一接口，实现全球无缝漫游 系统兼容性能良好，应能从2G平滑演进到3G系统,3G概述,（2）具有较高的传输技术 支持多媒体业务必须具有的传输速率 传输速率能按需分配 上下行链路传输速率适于对称及不对称业务的需求,3G概述,3. 3G提供的业务 移动性高速业务（高速互联网）：E-mail 、Web、实时图像传输、多媒体文件传输、移动计算机联网和电子商务等 移动性宽带业务（高速电信业务）：宽带ISDN、漫游业务、短消息业务和呼叫中心业务等 移动性个人业务（信息数据业务）：交互视频业务、电视无线电广播数据和互联网增值业务等,3G的关键技术,高效信道编译码技术 软件无线电技术 智能天线阵技术 多用户检测和干扰消除技术 向全IP网过渡,3G的技术标准,三种3G主流技术标准: WCDMA：工作于频分双工（F