移动通信基础介绍.ppt

移动通信基础介绍介绍提纲n移动通信概述nGSM数字移动通信系统nCDMA移动通信系统n第三代移动通信系统n网络演进策略移动通信概述（1）n移动通信的概念n通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式n移动通信的发展n最早的移动电话是在1921年开始使用的n第一个公用移动系统在1946年开办n第一个蜂窝系统（AMPS）是在1983年10月在芝加哥地区开始使用，由美国电话电报公司（AT&T）经营管理移动通信概述（2）多址方式有三种：多址方式有三种：FDMA、TDMA和和CDMA频率频率频率时时时间间间FDMAFDMAFDMA频率频率频率时时时间间间TDMATDMATDMA频率频率频率时时时间间间码码码CDMACDMACDMAFDMA 是以不同的频率信道实现通信的。频分，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。典型例子是模拟蜂窝系统。TDMA是以不同的时隙实现通信的。时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。CDMA是以不同的代码序列实现通信的。码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码(这个过程称为解扩)。移动通信概述（3）n第一代蜂窝移动通信系统n采用模拟技术n频率：800MHz、900MHzn主要的制式n美国：AMPSn欧洲：TACS、NMT-450、NMT-900n英国：ETACSn西德、葡萄牙：C-450n意大利：RTMSn日本：NTT、JTACS、NTACS移动通信概述（4）n第二代蜂窝移动通信系统n采用数字技术n频率：800MHz、900MHz、1800MHzn主要的系统n美国：DAMPS、CDMAn欧洲：GSMn日本：PDC移动通信概述（5）n第三代蜂窝移动通信系统n将各种业务结合起来，用一个单一的全功能网络来实现n主要特点n全球普及和全球无缝漫游的系统n具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务n便于过渡、演进n高频谱效率n高服务质量n低成本n高保密性GSM数字移动通信系统nGSM概述nGSM系统结构nGSM频率配置nGSM无线接口nGSM网络结构n编号计划n呼叫建立流程GSM概述nGSM含义n1982年，欧洲邮电大会（CEPT）成立了一个新的标准化实体GSM（Group Special Mobile），其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统技术规范。n1992年，GSM系统重新命名为全球移动通信系统（Global System For Mobile Communication）。GSM系统结构NSS 是整个系统的核心，它与GSM 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的作用。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、信令处理等BSS 是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线信息的发送接收、无线资源管理及功率控制等；同时，它与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统OSS之间实现互通。OSS完成移动用户管理、移动设备管理、系统的操作与维护。BSC 基站控制中心BTS 基站收发信台MSC 移动交换中心VLR 拜访位置寄存器HLR 归属位置寄存器AUC 鉴权中心EIR 设备识别寄存器OMC 操作维护中心NMC 网络管理中心PSTN 公用电话网PDN 公用数据网ISDN 综合业务数字网BSCBSCBTSBTSBSSBSSOMCOMCNMCNMCOSSOSSNSSNSSMSC/VLRMSC/VLRHLR/AUCHLR/AUCEIREIRPSTNPSTNISDNISDNPDNPDNGSM 系统结构图MSC 是整个网络的核心，完成或参与完成网络子系统（NSS）的全部功能，协调与控制整个GSM 网络中BSS 和OSS 的各个功能实体。支持电信业务、承载业务和补充业务。支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性管理功能。VLR是服务于其控制区域内移动用户的数据库系统，其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。拜访位置寄存器拜访位置寄存器(VLR)(VLR)移动交换中心移动交换中心(MSC)(MSC)网络子系统各部分功能网络子系统各部分功能存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。设备识别寄存器设备识别寄存器(EIR)(EIR)HLR是一个存储移动用户数据的静态数据库（包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务等数据）；同时也存储移动用户所在VLR区域的有关动态数据。AUC存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口数据被窃。归属位置寄存器归属位置寄存器(HLR)(HLR)鉴权中心鉴权中心(AUC)(AUC)GSM系统结构 NSS各部分的功能各部分的功能GSM系统结构 BSS各部分的功能各部分的功能基站子系统各部分功能基站子系统各部分功能基站控制中心基站控制中心(BSC)(BSC)基站收发信台基站收发信台(BTS)(BTS)BSC是基站子系统（BSS）的控制部分，主要完成接口管理、BTSBSC之间的地面信道管理、无线参数及无线资源管理、测量和统计、切换、支持呼叫控制、操作与维护等功能。BTS受控于基站控制器（BSC），属于基站子系统（BSS）的无线部分，是服务于某小区的无线收发信台设备，实现BTS与移动台（MS）空中接口的功能。BTS主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。基带单元主要用于话音、数据速率适配以及信道编解码等；载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合；控制单元则用于BTS的操作与维护。移动台移动台(MS)(MS)功能功能MS是用户直接使用、完成移动通信的设备。对于数字移动通信来讲，已经从一定程度上具备了个人化的特点即使存有用户私人信息的SIM卡和通信的物理设备实现分离。SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息；而物理设备可以是手持机，车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成的设备。BSCBSCBTSBTSBSSBSSMSC/VLRMSC/VLRUmA-bisAA接口定义为NSS与BSS之间的通信接口。从系统上来讲，就是MSC与BSC之间的接口，物理链路采用标准的2.048Mb/s PCM的数字传输链路实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。Abis接口定义了BSS中BSC和BTS之间的通信标准。BSC与BTS之间采用标准的2.048Mb/s PCM 数字链路来实现。此接口支持所有面向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。Um接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，物理链路是无线链路。此接口传递的信息主要包括无线资源管理信息、移动性管理信息和接续管理信息等。GSM系统接口HLRHLREIREIRPSTNPSTNISDNISDNPDNPDNBSCBSCBTSBTSBSSBSSMSC/SSPVLRMSC/SSPVLRSCPSCPGGB BE ETUP/ISUPTUP/ISUPB BD DC CF FA AL LNSS的内部接口D D 接口接口E E 接口接口F F F F 接口接口接口接口C C 接口接口B B 接口接口G G 接口接口TUP/ISUPTUP/ISUPE接口定义为 MSC与MSC之间的通信接口。E接口用于MSC之间交换数据以启动和实现切换操作，同时还可用于传送短消息。D接口定义为VLR与HLR之间的通信接口。用于与交换有关的移动台位置信息及用户管理信息。为保证移动用户在整个服务区内能够建立和接受呼叫，则必须要在VLR与HLR之间交换数据。F 接口定义为 MSC与EIR之间的通信接口。当MSC需要检查IMEI的合法性时，需要通过F接口和EIR交换与IMEI有关的信息。B接口定义为VLR与MSC之间的通信接口。用于MSC向VLR询问MS的当前位置信息或业务信息的有关操作；或者通知VLR更新MS的当前位置信息；或用于补充业务和短消息的有关操作等。C接口定义为MSC与HLR之间的通信接口。当MS作被叫时，C接口用于发端MSC从HLR获得被叫MS的路由信息；当向MS传短消息时，用于关口MSC从HLR获得MS目前所在的MSC号码。G 接口定义为VLR 与VLR 之间的接口，当移动用户漫游到新的VLR 控制区域并且采用TMSI 发起位置更新时，此接口用于当前VLR 从前一个VLR 中取得IMSI 及鉴权集。GSM系统与PSTN的互连方式采用7号信令系统的TUP接口，GSM系统和ISDN的互连方式采用7号信令系统的ISUP接口，其物理链路是由MSC引出的标准2.048Mb/s数字链路实现。L L 接口接口L 接口定义为SSP 与SCP之间的通信接口。用于智能业务中SSP触发智能业务时向SCP 上报主被叫的位置信息和SCP 向SSP 下发计费信息，以及智能业务时SSP 和SCP 交换相关的控制信息。NSS的内部接口MSC/VLRSSSSSS设备组成设备组成HLR/AUCEIRBSSOSSPSTNSSS MSCMSC网络核心网络核心,对控制区域内的移动用户进行通信控制和管理对控制区域内的移动用户进行通信控制和管理 1）信道的管理和分配；2）呼叫的处理和控制；3）过区切换和漫游的控制；4）用户位置信息的登记与管理；5）用户号码和移动设备号码的登记和管理;6）服务类型的控制；7）对用户实施鉴权;8）与其它公用通信网络互连.HLRHLR存储本地用户位置信息的数据库存储本地用户位置信息的数据库登记内容：永久性的参数 暂时性的需要随时更新的参数 VLRVLR存储漫游用户位置信息的数据库存储漫游用户位置信息的数据库 AUCAUC EIREIR存储移动台设备参数的数据库，对移动设备存储移动台设备参数的数据库，对移动设备进行鉴别监视，拒绝非移动台入网。进行鉴别监视，拒绝非移动台入网。可靠地识别用户身份，只允许有权用户可靠地识别用户身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。接入网络并获得服务。BSCTCMSCOMCMSBSSBSSBSS设备组成与接口设备组成与接口UmAbisAsubABTSBTSBTS的结构的结构耦合TXRX载频单元基站接口单元载频单元帧单元帧单元时钟单元操作维护BSC射频基带控制BTSBTS的主要功能的主要功能 无线资源的接入无线资源的接入 基带数字处理基带数字处理 包括信道编/解码，交织/去交织，加密/去加密，TDMA帧 建立，速率匹配等，由帧单元（FU）完成 射频处理射频处理 实现900M无线信号的调制解调，由载频单元（CU）完成 信道管理信道管理 将指定的逻辑信道组合到实际的物理信道上BSCBSC的主要功能的主要功能 信道管理信道管理 建立与释放无线资源，执行逻辑信道的组合、物理信道的映射 响应MS和MSC的呼叫请求 协议转换协议转换 实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换TCTC的主要功能的主要功能 实现实现16Kbit/s到到64Kbit/s的话音信号处理的话音信号处理TCAsub口16Kbit/s至BSC至MSCA口64Kbit/s13Kit/s RPE-LPT话音信息3Kbit/s检测比特64Kbit/sPCM码+对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生对下行链路的话音激活检测和舒适噪声的产生BSSBSS内部语音信号传输速率内部语音信号传输速率1:4BSCTCUmAbisAsubABTSMS至MSC2Mbit/sPCM传输每个PCM时隙包含4个GSM TCH/F13Kbit/s每个PCM时隙包含1个GSM TCH/F16Kbit/s16Kbit/s64Kbit/s TC可以放在传输链中BTS与MSC之间的 不同地方 TC在功能上属于BTS，但通常放在MSC 机房以节省长途传输链路BTSq 包括便携台和车载台包括便携台和车载台q 接入网络需要接入网络需要SIMSIM卡的支持卡的支持 紧急业务除外紧急业务除外 OMC对全网进行监控和操作，如系统自检、报警、对全网进行监控和操作，如系统自检、报警、故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录传递及各种资料的收集分析和显示等记录传递及各种资料的收集分析和显示等 友好的用户界面 提供标准的网管接口BSCIntegrated Network Management Center OMC-R OMC-SBSS A+InterfaceQ3Q3Switch ElementMobility Management ElementHLRVLRAuC CDMA MSCUNIX SERVER BILLING SYSTEMTCP/IPBTSBTSTCP/IP OMCMCC：Mobile Country Code，移动国家码，在世界范围内统一分配，三个数字，如中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字。MSIN：Mobile Subscriber Identification Number，在某一PLMN内MS唯一的识别码。编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXXNMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一国家内MS唯一的识别码。一、IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号。二、采取E.212编码方式。三、存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送。四、IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9)。MCC在世界范围内统一分配，而NMSI的分配则是各国运营者自己的事。如果在一个国家有不止一个GSM PLMN，则每一个PLMN都要分配唯一的MNC。IMSI分配时，要遵循在国外PLMN最多分析MCC+MNC就可寻址的原则。Not more than 15 digits3 digits2 digitsIMSIMCCMNCMNCMSINNMSIIMSI IMSI 号码结构图号码结构图编号方案编号方案IMSIIMSITMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。TMSI分配原则：一、TMSI 包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。二、TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI。三、要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重起后某一特定位改变的方法。TMSITMSI编号方案编号方案TMSITMSICCNDCSNNational(significant)Mobile station internationalISDN numberMobile numberMSISDN 号码结构图CC：Country Code，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135；中国联通的NDC 目前有130、131、133。SN：Subscriber Number，SN的一般格式H0 H1 H2 H3 ABCD一、MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码。二、MSISDN 采取E.164编码方式。三、存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送。编号方案编号方案MSISDNMSISDNMSC号码号码HLR号码号码一、编码格式为 CC+NDC+LSP二、CC、NDC含义同MSISDN的规定，LSP(locally significant part)由运营者自己决定三、E.164编码方式四、目前在网上MSC与VLR都是合一的，所以MSC号码 与VLR号码基本上都是一样的。一、采取E.164编码方式 二、编码格式为：CC+NDC+H0 H1 H2 H3 0000，即为用户号为全零的MSISDN，CC，NDC含义同MSISDN的规定。编号方案编号方案MSCMSC号与号与HLRHLR号号编号方案编号方案MSRN/HONMSRN（移动台漫游号码）是在移动台有来话呼叫时，根据HLR的请求，临时由VLR分配的号码，用于发端MSC 寻址被叫拜访的MSC，接续完成后立即释放，此号码只在某一时间范围（比如90秒）内有效。采取E.164编码方式，编码格式为：在MSC号码/VLR号码 的后面增加3 个数字。MSRN HONHONHON（切换号码）是用于用户在两个移动交换区间进行切换时，为建立MSC间通话链路而临时使用的号码，其编码方式和格式类似MSRN。在检测位置更新、切换请求和下发寻呼时，要使用位置区识别LAI。LAI 的组成为MCC+MNC+LAC。其中MCC 和MNC 与IMSI 中的相同，LAC 为位置区码，用于识别移动通信网中的一个位置区，最多为2 个字节长度的16 进制编码，0000 和FFFE 不能用来表示某一位置区。LAICGI在所有的GSM PLMN中小区的唯一标识。在LAI的基础上再加上小区识别CI构成。编码为：LAI+CI，其中CI为2个字节长的16进制的BCD码，由运营商自定。基站识别码。用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的BTS，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS。BSIC编号方案编号方案LAI/CGI/BSICCDMA移动通信系统nCDMA技术标准的发展历程nCDMA关键技术ncdma2000 1x系统几种多址方式比较（1）n频分多址（FDMA）方式n每信道占用一个载频，每个信道的每一载波仅支持一个电路连接n信号速率低n基站设备复杂庞大，重复设置收发信设备n越区切换较为复杂和困难几种多址方式比较（2）n时分多址（TDMA）方式n突发传输的速率很高，远大于语音编码速率n用不同的时隙来发射和接收，不需双工器n基站复杂性减小，互调干扰小n抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大n越区切换简单CDMA技术标准的发展历程n窄带CDMA（N-CDMA）n由美国高通（Qualcomm）公司提出，1980年11月进行了首次现场实验n1995年正式的N-CDMA标准出台，即IS-95An1998年制定了IS-95B标准n1998年3月提出了一种向后兼容IS-95的宽带CDMA框架，称为cdma2000n2000年3月通过cdma2000的标准IS-2000CDMA技术标准的发展历程nIS-95B标准的核心思想n在不改变IS-95A物理层的前提下通过自适应信道捆绑技术提供高速数据业务n9.676.8kbit/s（RS1）n14.4115.2kbit/s（RS2）CDMA技术标准的发展历程ncdmaOnen是基于IS-95的各种CDMA制造厂家的产品和不同运营商的网络构成的一个家族概念n国际CDMA发展组织的一个品牌名称ncdma2000n是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案n美国在制定第三代移动通信空中接口标准过程中提出的技术建议CDMA关键技术nCDMA信道设置nCDMA编码nCDMA功率控制nCDMA呼叫处理nCDMA切换CDMA信道设置n导频信道（Pilot Channel）n同步信道（Sync Channel）n寻呼信道（Paging Channel）n前向业务信道（Forward Traffic Channel）n接入信道（Access Channel）n反向业务信道（Reverse Traffic Channel）CDMA编码nWalsh码n64位（128位），在前向信道中用于区分信道，在反向信道中用于正交调制nPN短码（2）n215=32,768，在前向信道中用于区分基站小区，在反向信道中作为扰码nPN长码n242=4400Billion，用于区分用户CDMA功率控制n前向功率控制（Forward Power Control）n闭环（Closed loop）n反向功率控制n反向开环功率控制（Reverse Open Loop Power Control）n反向闭环功率控制（Fast Reverse Closed Loop Power Control）n反向外环功率控制（Reverse Outer Loop Power Control）CDMA呼叫处理（1）CDMA呼叫处理（2）CDMA切换n软切换（“Soft”Handoff）n同一BSC中不同基站之间n更软切换（“Softer”Handoff）n同一基站不同小区之间n硬切换（“Hard”Handoff）n同一系统内不同MSC之间、不同BSC之间n不同载频之间n不同系统之间cdma2000 1x系统n主要采用的新技术n丰富的信道结构n引入新的编码方式n快速前向功率控制n反向相干解调n不同的无线配置，适应不同需求n完善体系结构，考虑向第三代演进nEV-DO及EV-DV标准cdma2000 1x系统第三代蜂窝移动通信系统nIMT-2000：国际移动电信2000系统n将支持速率高达2Mb/s的业务n业务种类将涉及话音、数据、图像以及多媒体等n由包括连接至地面和卫星网络的各种移动终端以及相应的网络基础设施等构成n系统结构上采用模块化概念，将无线接入网络与核心网络这两个系统部件进行清晰的分离nIMT-2000家族：n允许各地区标准化组织有一定的灵活性，可根据市场、业务需求的不同，提出各自向第三代系统演进的策略第三代移动通信无线传输技术n10种提案n日本：W-CDMAn欧洲：ETSI-UTRA-UMTS、EP-DECTn美国：WIMS W-CDMA、CDMA2000、UWC-136、WCDMA/NAn韩国：Global CDMA、Global CDMA n中国：TD-SCDMA网络演进策略（1）n第一种演变策略n采用增强的第二代网络，延续一段时间。第三代的无线接入网通过适配功能单元接入到增强的第二代核心网n在较晚的时间再采用第三代的核心网络（基于ATM或IP）。第三代核心网络与第二代网络间采用互通功能单元进行互通，而逐步淘汰第二代核心网网络演进策略（2）n第一种演进策略第二代第二代/第三代第三代双模终端双模终端MTMTAF第二代第二代第二代第二代增强增强增强增强CNCN第二代第二代CNCNIWF第三代第三代第三代第三代RANRAN第二代终端第二代终端IWFMT：移动终端 RAN：无线接入网 CN：核心网AF：适配功能 IWF：互通功能网络演进策略（3）n第二种演进策略n从开始阶段就建设第三代核心网络（基于ATM或IP）。第二代与第三代之间采用互通功能单元互通，逐步将第二代的无线接入网直联到第三代的核心网络，而淘汰第二代核心网。网络演进策略（4）n第二种演进策略第二代第二代/第三代第三代双模终端双模终端MTMT第二代第二代CNCNIWF第三代第三代第三代第三代RANRAN第二代终端第二代终端AFMT：移动终端 RAN：无线接入网 CN：核心网AF：适配功能 IWF：互通功能