移动通信网2.ppt
移动通信网移动通信网2 2移动通信的特点(1)电波传播条件十分恶劣，多径效应引起信号衰落。(2)移动形成的多普勒频移将产生附加调制。(3)强干扰情况下工作，主要干扰有:人为干扰,互调干扰,邻道干扰,同频干扰。(4)有限的频带资源。(5)移动台随持有者经常移动,故移动通信特别必需具有位置登记,越区切换及漫游访问等跟踪交换技术。(6)移动台应小型、轻量、低功耗和操作方便。同时,在有振动和高、低温等恶劣的环境条件下,要求移动台能够稳定、可靠地工作。移动通信的发展移动通信的发展大致可分为:第一代移动通信系统,第二代移动通信系统,第三代移动通信系统。移动通信系统分类按使用对象分,可分为军用、民用；按用途和区域分,可分为陆上、海上、空间；按经营方式分,可分为公众网、专用网；按通信网的制式分,可分为大区制、小区制；按无线电频道工作方式分,可分为单工制、半双工制、双工制；按信号性质分,可分为模拟、数字；按调制方式分,可分为调频、调相、调幅等；按多址复接方式分,可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。移动通信系统的组成移动通信系统组成：移动台(MS)基站(BS)移动业务交换中心(MSC)移动系统与市话网(PSTN)通过中继线相连接。移动通信系统人为干扰、邻道干扰、同频干扰、互调干扰.人为干扰-指各种电气装置中电流或电压发生急剧变化形成的电磁辐射。2.邻道干扰-指相邻的或邻近的频道的信号相互干扰。道接收机的通带内,就会造成邻道干扰。.同频干扰-相同载频之间的干扰。产生原因：同频复用，同频复用能提高频率利用率，但会引起同频干扰；复用距离越近,同频干扰就越大,但频率利用率高；复用距离越远,同频干扰就越小,但频率利用率低。4.互调干扰-是由收发设备的非线性产生的干扰。当两个或多个不同频率的信号同时输入到非线性电路时,由于非线性的作用,会产生许多谐波和组合频率分量,其中与所需信号频率相接近的组合频率分量会顺利地通过接收机而形成干扰,即为互调干扰。位置登记位置登记是指网络保持跟踪移动台实际所处的位置并存储位置信息。通常位置信息存储在称为位置寄存器的功能实体中，即存储在HLR（归属位置寄存器）和VLR（访问位置寄存器）中，位置登记主要包括下述过程：位置更新：移动台在开机或移动过程中,若收到的的位置区识别码与移动台存储的位置识别码不一致，则发出位置更新请求，通知网络需更新移动台的位置识别码。位置删除：当移动台移动到一个新的位置区后,网络确认移动台在当前访问的VLR中重新登记后，将从原来的VLR中删除该移动台的相关信息。周期性位置更新：处于等待状态且位置稳定的移动台，网络将以适当的时间间隔周期性地令其进行位置更新。IMSI分离/附着：使移动台能通知网络,它们进入开机/关机或用户识别卡取出/插入状态.IMSIIMSI的全称是International Mobile Subscriber Identification Number，也就是客户识别码。当手机开机后在接入网络的过程中有一个注册登记的过程，这时候会被分配一个客户号码（客户电话号码）和客户识别码（IMSI）客户请求接入网络时，系统通过控制信道将经加密算法后的参数组传送给客户，手机中的SIM卡收到参数后，与SIM卡存储的客户鉴权参数经同样算法后对比，结果相同就允许接入，否则为非法客户，网络拒绝为此客户服务。切换切换是指将一个正在进行中的呼叫从一个无线信道切换到另一个无线信道，以保障通信不中断。切换允许在不同的小区之间进行，也允许在同一小区的不同无线信道之间进行。切换可分为以下几种情况：小区内部切换、小区之间切换（BSC内部切换）、BSC之间切换（MSC内部切换）、MSC之间切换（PLMN内部切换）和PLMN之间切换。小区内部和小区之间切换指同一小小区（基站）的物理信道之间的切换，包括同一载频或不同载频的时隙之间的切换，在下列两种条件下可采用此类切换：正在通信的物理信道受到干扰；由于维护等原因，正在通信的物理信道或载频单元必须退出服务。小区之间切换（BSC内部切换：指同一BSC（Base Station Controller，基站控制器）所控制的不同小区（基站）子系统之间的信道切换。MSC内部和MSC之间切换BSC之间切换（MSC内部切换）：指同一MSC（Mobile-service Switching Center,移动业务交换中心）所控制的不同基站子系统之间的信道切换。MSC之间切换（PLMN内部切换）：指同一PLMN（Public Land Mobile Network,公用陆地移动网）覆盖区内的不同MSC之间的信道切换。MSC之间的切换0.稳定的呼叫连接状态；1.移动台对邻近的基站发出的信号进行无线测量，包括功率、距离和话音质量，这三个指标决定切换的门限。无线测量结果通过信令信道报告给基站分系统BSS中的基站收发信台BTS；2.无线测量结果经过BTS预处理后传送给基站控制器BSC,BSC综合功率、距离和话音质量进行计算并与切换门限值进行比较，决定是否进行切换，然后向MSC-A发出切换请求；3.MSC-A决定进行MSC之间的切换；4.MSC-A请求在MSC-B区域内建立无线信道，然后在MSC-A与 MSC-B之间建立连接；5.MSC-A向移动台发出切换命令，移动台切换到已准备好连接通路的的基站；6.移动台发出切换成功的确认信息传送给MSC-A，以释放原来的信息等资源。PLMN之间切换指不同PLMN之间的信道切换。从技术角度考虑，这种切换是可行的，但从运营部门的管理角度考虑，这种切换涉及到在不同国家之间进行的话，也许会受到限制。第一代移动通信系统属于模拟系统，如AMPS和TACS系统，主要采用频分多址技术FDMA。模拟系统的系统容量小，还有FDMA技术在信道之间必须有警界波段来使站点之间相互分开，这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。模拟系统的安全性能很差，任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所有通话。此技术对天线和基站的破坏也很严重。语音业务为主，很难开展数据业务。模拟移动通信系统不足之处(1)模拟移动通信系统制式复杂,不易实现国际漫游。(2)模拟移动通信系统不能提供综合业务数字网(ISDN)业务。(3)模拟移动通信系统设备价钱高,手机体积大,电池充电后有效工作时间短,目前只能持续工作8小时,给用户带来不便。(4)模拟移动通信系统用户容量受限制,在人口密度很大的城市,系统扩容困难.第二代移动通信系统属于数字系统，主要采用时分多址技术TDMA 或者是窄带码分多址CDMA技术。核心网仍然以电路交换为基础。语音业务，低速的数据业务。数字移动通信有下述特征:(1)有效利用频率(2)提高保密性(3)易于同ISDN的连接(4)可灵活地进行信息变换、存储等第三代移动通信世界范围内高度共同性的设计。具有高速和多种速率传输能力,在广域覆盖下的最高速率达384Kbps，本地覆盖下的最高速率为2048Kbps。多媒体应用能力，多种业务能力和多种终端。实现全球覆盖和全球无缝漫游。具有较高的频谱利用率。具有较高的QOS。具有很高的兼容性、灵活性和安全性。具有突出的个性化服务。3G标准国际电联公开的3G标准欧洲和日本共同提出的WCDMA美国以高通公司为代表提出的CDMA2000中国以大唐集团为代表提出的TD-SCDMA这些标准在核心网中都采用分组交换方式；采用CDMA技术解决无线端口问题。大区制、小区制按通信网的制式分,可分为大区制、小区制无线小区：基站发射电波的覆盖范围。小区的划分可有效的利用有限的无线通信频率资源。若不考虑覆盖范围，最有效的方法是小区的形状为正六边形，也就是蜂窝状结构，需要的最少频率数目为三对。大区制容量小；小区制容量大。小区制采用了空域的同信道再用,频率资源利用率高，可容纳用户量大，控制方式也复杂。小区制把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设置一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制。同时，又可在移动交换中心的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。通常采用7个基站区21个无线小区区群，又叫三叶草形21无线小区区群，使用21个信道组。基站在三个小区的顶点，向三个方向以不同的频率组覆盖，采用1200的定向天线发射功率一般为510w辐射电磁波进行无线信号覆盖。大区制大区制的移动通信系统一般设有一个基站，它负责服务区内移动通信的联络与控制。如果覆盖范围要求半径为3050km，则天线高度应为几十米至百余米。发射机输出功率则应高达200W。在覆盖区内有许多车载台和手持台，它们可以与基站通信，它们之间也可直接通信或通过基站转接通信。一个大区制系统有一个至数个无线电频道，用户数约为几十个至几百个。网络结构简单、所需频道数少、不需交换设备、投资少、见效快，适合用在用户数较少的区域。单工制、半双工制、双工制基站（BS）基站是无线小区组织管理的核心,设有收发信机和天线,它能与该小区内所有移动台进行通信。基站（BS）一侧通过接口与移动交换中心(MSC)连接，并受移动交换中心(MSC)控制，另一方面，通过无线接口与移动台(MS)直接连接，负责无线路径上的发送接收和资源管理。基站的结构可分为基站控制器和基站收发信机：基站控制器(BSC):在基站内起主要控制作用，功能：无线基站的监视、无线资源的管理和参数分配、基站控制器的各种接口的管理、呼叫处理功能、BTS的管理等。基站收发信机(BTS):包括无线发射和接收设备、天线和所有无线接口持有的信号处理部分。天线和设备架之间，通过馈线电缆相连。一个BTS可支持多个收发单元。移动业务交换中心MSC主要功能是完成信息交换并对移动通信系统进行集中管理。提供路由进行信息处理和对整个系统的集中控制管理。移动业务交换中心在AMPS系统中被称为移动交换局MTSO,而在NMT-450、900系统中又被称为移动交换机MTX。移动通信系统工作原理移动通信系统由移动台(MS)、基站(BS)、移动业务交换中心(MSC)以及与市话网(PSTN)相连接的中继线组成；移动台和基站都设有收发信机和天馈线等设备；每个基站都有一个可靠通信的服务范围；移动业务交换中心主要负责处理信息和整个系统的集中控制管理；服务区内任意两个移动用户之间的通信需经基站、移动业务交换中心和中继线转接传输；移动业务交换中心通过中继线与市话网相连，可实现移动用户和固定用户之间的通信，从而构成一个有线和无线相结合的移动通信网。GSM系统GSM系统，即“Global System for Mobile Communication-全球移动通信系统”，是泛欧数字蜂窝移动通信系统的简称。是当前发展最成熟的一种数字移动通信系统。GSM系统的特点A.具有漫游功能，可以实现国际漫游。B.除了能提供语音业务外，还可以开放各种承载业务，补充业务和与ISDN相关的业务，可与今后的ISDN兼容。C.具有较好的抗干扰能力和保密功能：D.具有越区切换功能E.系统容量大、通话音质好。F.具有灵活和方便的组网结构。GSM系统的主要参数频段:935MHz960MHz 基站发、移动台收的频段（下行）；890MHz915MHz 移动台发、基站收的频段（上行）。频段宽度:25MHz通信方式:全双工载波间隔:200kHz信道分配:TDMA每载波分8时隙，全速信道8个，半速信道16个信道总速率:270.83kb/s数据速率：9.6kb/sGSM系统的结构移动台（移动台（MS）：移动设备，用户识别模块（SIM卡）基站分系统基站分系统(BSS)：在移动台和网络分系统之间提供和管理传输通路,还包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。BSC：基站控制器，BTS：基站收发台网络分系统（网络分系统（NSS）：负责管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其他网之间建立通信。MSC：移动交换中心，OMC：操作维护中心，HLR：归属位置寄存器，VLR：访问位置寄存器，AUC：鉴权认证中心，EIR：设备标志寄存器网络分系统（NSS）MSC：移动交换中心，蜂窝通信网络的核心，对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理。GMSC：网关MSC，完成路由功能的MSC，并实现MSC与其它网的互连。OMC：操作维护中心 HLR：归属位置寄存器，存储本地用户位置信息。用户信息，位置信息，业务信息。VLR：访问位置寄存器：存储来访用户位置信息。AUC：鉴权认证中心，与HLR关联，防止非法用户接入。EIR：移动设备识别寄存器MSC蜂窝通信网络的核心，对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理。信道的管理与分配；呼叫的处理和控制；越区切换和漫游的控制；用户位置登记与管理；用户号码和移动设备号码的登记与管理；服务类型的控制；对用户实施鉴权；为系统与其它网络连接提供接口。MSC可从HLR、VLR和AUC三种数据库中获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，反之，MSC也根据其获取的最新信息请求更新数据库中的部分数据。主要接口1.A接口2.Abis接口3.Um接口 NSS的内部接口B 接口；C 接口；D 接口；E 接口；F 接口；G 接口；H 接口（HLRAUC）。GSM的信道物理信道:是指某一载频中的某一具体时隙。逻辑信道:是指携带信息的信道。业务信道(Traffic Channel)：传输数字话音和用户数据的信道。控制信道(Control Channel)：传输信令信息的信道。广播信道（BCCH）；公共控制信道（CCCH）；随机接入信道（RACH）；接入允许信道（AGCH）；寻呼信道（PCH）。专共控制信道（DCCH）。物理信道GSM采用TDMA，FDMA，FDD；上行890-915MHz，下行935-960MHz；125个载频，每个载频8个时隙，共1000个物理信道。每个时隙156.25个码元，占576.9us；每个TDMA基本帧含8个时隙，占4.615ms；多个TDMA基本帧构成复帧（26帧或51帧）；多个复帧构成超帧（5126TDMA帧），6.12s；多个超帧构成超高帧，2048个超帧。移动台的识别码(1)国际移动用户识别码（国际移动用户识别码（IMSI）GSM系统给每个移动用户分配一个唯一的国际用户识别码IMSI，此码在网中所有位置包括漫游区都是有效的。(2）临时移动用户识别码（临时移动用户识别码（TMSI）为保证移动用户识别的安全性，GSM系统在空中接口传递TMSI代替IMSIVLR对来访的移动用户分配一个唯一的TMSI,在每次鉴权成功后分配此号,每个移动用户的IMSI与TMSI是对应的，只在VLR的管辖区内有效。在呼叫建立和位置更新时可使用TMSI。(3）本地移动用户识别码本地移动用户识别码(LMSI）当MS需进行位置更新时，VLR暂时分配给来访的移动用户的一个唯一的识别码。(4）国际移动设备识别码（国际移动设备识别码（IMEI）IMEI唯一地识别一个移动设备，用于监控被窃或无效的移动设备。移动台号码移动台国际移动台国际ISDN号码号码(MSISDN)主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拔的号码。一个移动台可分配一个或多个MSISDN号码。移动台漫游号码（移动台漫游号码（MSRN)移动台漫游时，为使GSM移动通信网络能把来话呼叫转接到移动台当前所登记的MSC而由VLR临时分配给移动台的一个号码。信道切换号码信道切换号码当MS需在两个移动交换区（MSC区）间进行切换时，为建立MSC之间通话链路而临时使用的号码。漫游与位置更新移动(MS)关机，“分离”状态；移动台(MS)开机但空闲，“附着”状态；漫游：漫游是指移动台无论是在归属GSM PLMN覆盖区内移动，还是移动到其他GSM PLMN覆盖区内，都可以进行去话呼叫或来话呼叫。MS开机后就会对周围进行测试，并连接到接收性能最好的广播信道上；当MS移动时，还要不断地测试周围信号强度，总是锁定在某一广播信道上。位置更新：MS通知网络其所处位置区的变化。移动台（MS）处于通信状态，无线网络就分配给MS一个业务信道传送话音或数据。切换：当MS移动时，根据所接收信号强度，转到其它信道上。定位：为了决定MS是否需要切换以及如何切换，网络要对来自MS和BTS的信号强度测试报告进行分析判断。呼叫接续与移动性管理位置登记呼叫接续越区切换位置登记指网络保持跟踪移动台实际所处的位置并存储位置信息。通常位置信息存储在HLR和VLR中。位置更新：移动台在开机或移动过程中，若收到的的位置区识别码（LAI）与移动台存储的位置识别码不一致，则发出位置更新请求，通知网络需更新移动台的位置识别码。位置删除周期性位置更新：处于等待状态且位置稳定的MS，网路令其周期性位置更新。IMSI分离/附着切换切换是指将一个正在进行中的呼叫从一个无线信道切换到另一个无线信道，以保障通信不中断。切换可分为以下几种情况：小区内部切换，小区之间切换（BSC内部切换），BSC之间切换（MSC内部切换），MSC之间切换（PLMN内部切换），PLMN之间切换。出局呼叫的接续过程1.移动用户拨号，向基站请求随机接入信道RACH；2.MS与MSC之间建立信令连接过程；3.对移动台的识别码进行鉴权，进入呼叫建立起始阶段；4.分配业务信道；5.建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号；6.被叫用户摘机应答，向移动台发送应答信息，进入通话阶段。入局呼叫的接续过程1.通过7号信令，GMSC接受来自固定网的呼叫；2.GMSC向HLR询问有关被叫移动用户正在访问的MSC地址(即MSRN)；3.HLR请求被访问VLR分配MSRN；4.GMSC寻找路由建立至被访MSC的通路；5.被访MSC从VLR获得有关用户数据；6.MSC通过位置区内的所有基站BS向移动台发送寻呼消息；7.被叫移动用户的移动台发回寻呼响应消息，然后执行出局呼叫流程中的1.2.3.4.相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号；8.移动用户摘机应答，向固定网发送应答信息，最后进入通话阶段。入局呼叫的接续过程CDMA系统CDMA系统概述CDMA网络结构及信道类型CDMA系统的关键技术呼叫处理及移动性管理CDMA系统概述CDMA技术的发展历程及标准IS-95CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMACDMA蜂窝移动通信网的特点系统容量大保密性好软切换软容量频率规划简单CDMA网络结构及信道类型CDMA网络结构CDMA系统的网络结构及信道类型正向链路：导频信道、同步信道、寻呼信道、正向业务信道；反向信道：反向业务信道、接入信道CDMA系统的关键技术同步技术Rake接收功率控制软切换同步技术初始同步包括PN码同步、符号同步、帧同步和扰码同步等。同步捕获同步跟踪Rake多径分集接收技术在CDMA移动通信系统中对分辨出的多径信号分别进行加权调整，使合成之后的信号得以增强。这种技术称为Rake多径分集接收技术。根据导频信号，接收端估计多径信号的相位，并在此基础上实现相干方式的最大信噪比合并。当移动台处于越区切换状态时，参与越区切换的基站向该移动台发送相同的信息，移动台把来自不同基站的多径信号进行分集合并，从而改善移动台处于越区切换时的接收信号质量，并保持越区切换时的数据不丢失，这种技术称为宏分集和越区软切换。功率控制CDMA系统中的远近效应开环功率控制：根据用户接收功率与发射功率之积为常数的原则，测量接收功率的大小，确定发射功率的大小。闭环功率控制：通过对接收功率的测量值与信干比门限值的比较，确定功率控制比特信息，然后通过信道把功率控制比特信息传送到发射端，并据此调节发射功率的大小。正向功率控制反向功率控制软切换在软切换过程中，移动台与原基站和新基站都保持通信链路；不需要进行频率的变换，只有导频信道PN序列偏移的转换。减少通信中断，避免乒乓效应更软切换：同一小区内扇区之间的信道切换。硬切换：载波频率不同的基站覆盖小区之间的信道切换。呼叫处理及移动性管理越区切换位置登记呼叫处理结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！73
