第3章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

1、第3章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)3.1 移動(dòng)通信的概述移動(dòng)通信的概述3.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)3.3 GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)3.4 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)3.5 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3.6 第四代移動(dòng)通信第四代移動(dòng)通信本章小結(jié)本章小結(jié)課后習(xí)題課后習(xí)題NoImage本章主題 了解移動(dòng)通信的發(fā)展歷程及特點(diǎn) 熟悉GSM的技術(shù)規(guī)范 掌握GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要接口 熟悉GPRS系統(tǒng) 熟悉CDMA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 熟悉第三代移動(dòng)通信的三種標(biāo)準(zhǔn) 了解第四代移動(dòng)通信的發(fā)展3.1移動(dòng)通信的概述3.1.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展 移動(dòng)通信是指通信的雙方或至少一方在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行信息交換。移

2、動(dòng)通信到現(xiàn)在共經(jīng)歷了四個(gè)階段。未來(lái)移動(dòng)通 信系統(tǒng)的發(fā)展方向是個(gè)人通信。3.1.2移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1.用戶的移動(dòng)性 2.電波傳播 3.噪聲和干擾嚴(yán)重 4.系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 5.有限的頻率資源 3.1.3 移動(dòng)通信的分類按設(shè)備的使用環(huán)境分類可分為：陸地移動(dòng)通信、海上移動(dòng)通信、航空移動(dòng)通信、地下隧道礦井、水下潛艇和太空航天等移動(dòng)通信。按傳輸信號(hào)的不同可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。按服務(wù)對(duì)象的不同可以分為公用移動(dòng)通信和專用移動(dòng)通信。常見的幾種移動(dòng)通信系統(tǒng)如下：1.集群移動(dòng)通信系統(tǒng) 概念及特點(diǎn) 2.公用移動(dòng)通信系統(tǒng) 3.移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.無(wú)繩電話系統(tǒng) 5.無(wú)線尋呼系統(tǒng)3.1.4 移動(dòng)通信的傳輸模

3、式傳輸模式共有三種：?jiǎn)喂?、半雙工和全雙工。3.1.5移動(dòng)通信的困惑 提出了五個(gè)問題，并回答了五個(gè)問題 解決困惑一：基站如何區(qū)分手機(jī)的解析困惑二：手機(jī)如何找到基站解析困惑三：基站如何找到手機(jī)解析困惑四：如何識(shí)別手機(jī)的身份解析困惑五：如何保證移動(dòng)著打電話不會(huì)出問題3.1.6移動(dòng)通信的基本技術(shù)1.移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式 大區(qū)制 小區(qū)制2.移動(dòng)通信網(wǎng)中的多址接入 多址方式一般分為分時(shí)多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）、頻分多址（FDMA）。目前移動(dòng)通信中常用的是TDMA、FDMA、CDMA以及他們之間的組合。FDMA頻分多址是把通信的總頻段劃分成若干等間隔的頻道分配給不同的用戶使用，這些頻道也稱為信

4、道。FDMA系統(tǒng)中的干擾問題FDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)TDMA時(shí)分多址是在一個(gè)寬帶的無(wú)線載波上，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信，分配給一個(gè)用戶。TDMA的幀結(jié)構(gòu)TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)CDMACDMA的技術(shù)是直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。CDMA的特點(diǎn)CDMA系統(tǒng)存在的問題3.通信網(wǎng)中的分集接收 為對(duì)抗無(wú)線信道的時(shí)變衰落，可以采用多種措施，如信道的編碼解碼技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、分集接收技術(shù)。其中分集接收技術(shù)被認(rèn)為是最明顯有效且經(jīng)濟(jì)的抗衰落技術(shù)。3.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)3.2.1 GSM系統(tǒng)概述 GSM(Global System for Mobile Communicat

5、ion ),中文全名為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前發(fā)展最成熟的一種數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)屬于第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。1.GSM系統(tǒng)的特點(diǎn)2.GSM系統(tǒng)的工作頻段3.2.2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一個(gè)完整的GSM系統(tǒng)主要是由交換系統(tǒng)和基站系統(tǒng)組成，此外還有大量移動(dòng)臺(tái)作為用戶接入移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶設(shè)備。1.移動(dòng)臺(tái)（MS） 移動(dòng)臺(tái)（MS，Mobile Station）就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成，分別是移動(dòng)終端和用戶識(shí)別卡。2.基站子系統(tǒng)（BSS） BSS是在一定的無(wú)線覆蓋區(qū)域中由MSC控制，與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無(wú)線發(fā)送/接收和無(wú)線資源管理的功

6、能。功能實(shí)體一般可以分為基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺(tái)BTS。3.網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS） NSS具有系統(tǒng)交換功能和數(shù)據(jù)庫(kù)功能，數(shù)據(jù)庫(kù)中存有用戶數(shù)據(jù)及移動(dòng)性、安全性管理所需的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中起到管理作用。4.運(yùn)營(yíng)支撐子系統(tǒng)（OSS） OSS的主要功能是移動(dòng)用戶管理、移動(dòng)設(shè)備管理以及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)。移動(dòng)用戶管理包括用戶數(shù)據(jù)管理和呼叫計(jì)費(fèi)。移動(dòng)設(shè)備管理是由移動(dòng)設(shè)備識(shí)別存儲(chǔ)器（EIR）來(lái)完成的。3.2.3GSM系統(tǒng)的主要接口1.GSM系統(tǒng)的主要接口 A接口，Abis接口和Um接口。2.NSS的內(nèi)部接口 B-G六個(gè)接口都是由MAP（移動(dòng)應(yīng)用部分）支持的，稱為MAP接口。3.GSM系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)的接口3

7、.2.4GSM業(yè)務(wù)處理流程1.GSM號(hào)碼規(guī)劃2.撥號(hào)方式3.2.5GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶管理1.GSM網(wǎng)絡(luò)的用戶狀態(tài) MS開機(jī) MS關(guān)機(jī) MS忙2.周期性位置更新3.初始化4.位置更新5.切換6.尋呼3.3 GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)3.3.1GPRS系統(tǒng)概述 GPRS(General Packet Radio Service,通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)) 是在現(xiàn)有的GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它在GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換功能實(shí)體，以支持采用分組方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。3.3.2 GPRS的特點(diǎn)3.3.3 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GPRS網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中增加GGSN和SGSN

8、來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3.3.4 GPRS網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)體 GPRS網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)體包括GPRS支持節(jié)點(diǎn)、GPRS骨干網(wǎng)、本地位置寄存器HLR、短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)移動(dòng)中心（SMS-GMSC）和短消息業(yè)務(wù)互通移動(dòng)交換中心（SMS-IWMSC)、移動(dòng)臺(tái)、移動(dòng)交換中心（MSC)、拜訪位置寄存器（VLR)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(PDN)等。3.4 CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)3.4.1 CDMA系統(tǒng)的概述 1.CDMA 定義 CDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址)是在數(shù)字技術(shù)的分支-擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原

9、理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 2.CDMA的技術(shù)背景 CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線通信的需求。第二次世界大戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開發(fā)出CDMA技術(shù)，其思想初衷是防止敵方對(duì)己方通訊的干擾，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通信，后來(lái)由美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995年，第一個(gè)CDMA商用系統(tǒng)運(yùn)行之后，CDMA技術(shù)理論上的諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)

10、踐中得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國(guó)家和地區(qū)，包括中國(guó)香港、韓國(guó)、日本、美國(guó)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò)。在美國(guó)和日本，CDMA成為國(guó)內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。在美國(guó)，10個(gè)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)公司中有7家選用CDMA。韓國(guó)有60%的人口成為CDMA用戶。在澳大利亞主辦的第27屆奧運(yùn)會(huì)中，CDMA技術(shù)更是發(fā)揮了重要作用。 3.CDMA的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) CDMA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了幾個(gè)階段。IS-95是CDMAONE系列標(biāo)準(zhǔn)中最先發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS-95A，這一標(biāo)準(zhǔn)支持8K編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了13K話音編碼器的TSB74

11、標(biāo)準(zhǔn)，支持1.9GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD-008標(biāo)準(zhǔn)，其中13K編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。隨著移動(dòng)通信對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，1998年2月，美國(guó)高通公司宣布將IS-95B標(biāo)準(zhǔn)用于CDMA基礎(chǔ)平臺(tái)上。IS-95B可提供CDMA系統(tǒng)性能，并增加用戶移動(dòng)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)流量，提供對(duì)64kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。其后，cdma2000成為窄帶CDMA系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)過渡的標(biāo)準(zhǔn)。cdma2000在標(biāo)準(zhǔn)研究的前期，提出了1X和3X的發(fā)展策略，但隨后的研究表明，1X和1X增強(qiáng)型技術(shù)代表了未來(lái)發(fā)展方向。 4.CDMA的技術(shù)特點(diǎn) 1）CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，它具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)

12、； 2）在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn) 。3.4.2CDMA的關(guān)鍵技術(shù) 1.擴(kuò)頻技術(shù) 2.功率控制技術(shù)3.4.3 CDMA的優(yōu)勢(shì)1、 系統(tǒng)容量大系統(tǒng)容量大 2、系統(tǒng)容量的配置靈活、系統(tǒng)容量的配置靈活 3、通話質(zhì)量更佳、通話質(zhì)量更佳 4、 頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單 5、建網(wǎng)成本低、建網(wǎng)成本低 3.5 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)3.5.1 3G的概述 當(dāng)前第三代移動(dòng)通信的發(fā)展目標(biāo)1.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)2.第三代移動(dòng)通信的核心網(wǎng)絡(luò)3.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)4.3G技術(shù)比較 1）3G技術(shù)總體比較 2）3G后續(xù)技術(shù)比較5. 2G向3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的演進(jìn) 1）標(biāo)準(zhǔn)組織

13、2）3G演進(jìn)策略3）演進(jìn)途徑6.寬帶無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展7.3G的三種主流標(biāo)準(zhǔn) 1）WCDMA 2)CDMA2000 3)TD-SCDMA3.5.2 CDMA2000CDMA2000移動(dòng)通信系統(tǒng)在無(wú)線接口方面的特征。1.CDMA2000的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu) 1）電路域-CS域 2）分組域-PS域2.CDMA2000的接口 1）CS域接口 2）接口協(xié)議的簡(jiǎn)單介紹 3）PS域接口3.5.3 WCDMAWCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是從GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)GPRS系統(tǒng)平滑過渡而成的。從GSM系統(tǒng)發(fā)展到GPRS系統(tǒng)，主要是在GSM系統(tǒng)中增加了通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)部分而成的。從GPRS系統(tǒng)發(fā)展成WCDMA是改造了基站子

14、系統(tǒng)部分而成的，GPRS系統(tǒng)用的是頻分/時(shí)分多址方式，WCDMA用的是碼分多址，基站部分必須全面更新，因而從2.5代的GPRS系統(tǒng)過渡到WCDMA所需要的投資是巨大的。WCDMA系統(tǒng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS和核心網(wǎng)CN組成。3.5.4 TD-SCDMA時(shí)分時(shí)分-同步碼分多址存取同步碼分多址存?。ㄓ⑽模篢ime Division - Synchronous Code Division Multiple Access，縮寫為：TD-SCDMA），是ITU批準(zhǔn)的三個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，相對(duì)于另兩個(gè)主要3G標(biāo)準(zhǔn)（CDMA2000和WCDMA）它的起步較晚 。TD-SCDMA技術(shù)優(yōu)勢(shì)：TD-SCDMA在頻譜

15、利用率、頻率靈活性、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有多樣性及成本等方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。TD-SCDMA由于采用時(shí)分雙工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根據(jù)接收信號(hào)估計(jì)上行和下行信道特性比較容易。此外，TD-SCDMA使用智能天線技術(shù)有先天的優(yōu)勢(shì)，而智能天線技術(shù)的使用又引入了SDMA的優(yōu)點(diǎn)，可以減少用戶間干擾，從而提高頻譜利用率。TD-SCDMA還具有TDMA的優(yōu)點(diǎn)，可以靈活設(shè)置上行和下行時(shí)隙的比例而調(diào)整上行和下行的數(shù)據(jù)速率的比例，特別適合因特網(wǎng)業(yè)務(wù)中上行數(shù)據(jù)少而下行數(shù)據(jù)多的場(chǎng)合。但是這種上行下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)的可變性給同頻組網(wǎng)增加了一定的復(fù)雜性。 TD-SCDMA是時(shí)分雙工，不需要成對(duì)的頻帶。因此，和另外兩種頻分雙工的3G標(biāo)準(zhǔn)相比，在頻率資源的劃分上更加靈活。 3.6 第四代移動(dòng)通信3.6.1 4G簡(jiǎn)述 4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)