移動通信網(wǎng)與移動

移動通信網(wǎng)與移動1第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1蜂窩式公用陸地移動通信系統(tǒng)的簡況5.2蜂窩式公用陸地移動通信網(wǎng)的基本組成5.3移動交換基本技術(shù)5.4移動交換信令5.5移動交換系統(tǒng)5.6移動IP技術(shù)

目錄2第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月移動用戶中國移動GSM>8000萬中國聯(lián)通GSM 3000萬CDMA容量1500萬3第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月公用陸地移動通信系統(tǒng) (PLMTS：

PublicLandMobileTelecomSystem)

5.1蜂窩式公用陸地移動通信系統(tǒng)的簡況模擬蜂窩移動電話無線尋呼、模擬無繩電話、模擬集群等1數(shù)字蜂窩移動電話高速無線尋呼、數(shù)字無繩電話、數(shù)字集群等2FPLMTSIMT-20003無線傳輸技術(shù)標準4第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

1G.模擬 FDMA2G.數(shù)字 TDMA GSM CDMA IS-95AIS-95B3G.數(shù)字 4G.數(shù)字容量大頻帶利用率高覆蓋面大基站數(shù)少總投資小2.5G GPRS分組技術(shù)數(shù)據(jù)率115.2Kb/s多媒體數(shù)據(jù)率2Mb/s5第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

3G.數(shù)字 寬帶CDMA 4G.數(shù)字多媒體數(shù)據(jù)率2Mb/sIMT-2000TD-SCDMA20Mb/s--150Mb/sUMTS通用移動通信系統(tǒng)WCDMA日本CDMA2000北美6第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2蜂窩式PLMTS的基本組成Q.10007第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.1網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)構(gòu)MSCEIRHLRBSMSCVLRVLRAUCOMCPSTNISDNX.25PDNDDNATMUmAEBGDCF移動站基站基站子系統(tǒng)(BSS)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)基站子系統(tǒng)(BSS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)

8第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1.基站子系統(tǒng)

移動臺(MS)/移動用戶基站(BS)：負責(zé)射頻信號的發(fā)送和接收以及無線信號至移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)的接入，在某些系統(tǒng)中還可以有信道分配、蜂窩小區(qū)管理等控制功能。一般，一個基站控制一個或數(shù)個蜂窩小區(qū)（cell）。通常基站(BS)是由一個或多個基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器(BTC)組成。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，BTS和BTC可處于同一位置，或分開設(shè)置。如果BTS與BSC之間的距離小于10m，業(yè)務(wù)信道可直接連接，稱為組合方式；否則在BTS與BSC之間必須用Abis接口連接，稱為遠程方式。9第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

(1)移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC：MobileSwitchingCenter)：MSC是移動通信網(wǎng)的核心。它完成移動呼叫接續(xù)、跨區(qū)切換控制、無線信道管理等功能，同時也是PLMN與PSTN、ISDN、PDN(X.25分組網(wǎng)、FRN)、ATM網(wǎng)等陸地固定網(wǎng)的接口設(shè)備。MSC從HLR、VLR、AUC中，獲取處理用戶呼叫請求所需的各種信息，并更新相關(guān)的數(shù)據(jù)。(2)歸屬位置寄存器(HLR：HomeLocationRegister)：也稱歸屬位置登記器。所謂“歸屬”指的是移動用戶開戶登記的移動局所屬區(qū)域。HLR是一個專用數(shù)據(jù)庫，它存儲了在該地區(qū)開戶的所有移動用戶的用戶數(shù)據(jù)（用戶號碼、移動臺類型和參數(shù)、用戶業(yè)務(wù)權(quán)限等）、位置信息、路由選擇信息、漫游能力(動態(tài)數(shù)據(jù))等。HLR還集中管理移動用戶的計費信息。10第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)訪問用戶位置寄存器VLR(VisitorLocationRegister)：

VLR是一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫，它貯存進入本地區(qū)的所有訪問用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都是呼叫處理的必備數(shù)據(jù)，取自于訪問用戶的HLR，MSC處理訪問用戶的去話或來話呼叫時，直接從VLR檢索數(shù)據(jù)，不需要再訪問HLR。訪問用戶通常稱為“漫游用戶”。(4)

設(shè)備標識寄存器EIR（EquipmentIdentifyRegister）：記錄移動臺設(shè)備號，如國際移動設(shè)備標識符(IMEI)、非經(jīng)許可的移動臺號(黑戶)，能夠供系統(tǒng)鑒別管理使用，驗證其使用合法性等信息。11第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)鑒權(quán)中心（AUC:AuthenticationCenter）：AUC是一個獨立的功能單元，只在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中使用，通常與HLR位于一起。它提供各種安全措施，存儲移動用戶合法性檢驗的專用數(shù)據(jù)和算法，可防止非法使用并進行位置確定、跟蹤，其傳輸通路是加密的，AUC數(shù)據(jù)庫記錄加密代碼。(6)網(wǎng)絡(luò)操作維護中心（OMC:OperationandMaintenanceCenter）：

OMC用于整個系統(tǒng)的集中操作和維護。PLMS中每個組成部分都要連接到OMC，它由兩個功能單元構(gòu)成：OMC-SC(操作維護中心-交換部分)用于MSC和相關(guān)的VLR的操作及維護，由網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中心(NSC)來實現(xiàn)；OMC-M(操作維護中心-維護部分)用于BSS移動專用部分的操作和維護，在基站提供工作站(如Sun)來實現(xiàn)。12第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.2PLMN的通信接口

1.

Um接口

Um接口，即無線接口，又稱空中接口，該接口位于MS與BSS之間，移動通信系統(tǒng)的制式是與采用的Um接口技術(shù)有關(guān)：(1)

按照話音信號傳送方式：

采用摸擬還是數(shù)字方式傳送，可分為模擬和數(shù)字移動通信系統(tǒng)；(2)

按照多址方式：

可分為FDMA（頻分多址）、TDMA（時分多址）和CDMA（碼分多址）系統(tǒng)。13第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

A接口A接口，即無線接入接口。該接口位于MSC和BS之間，傳送有關(guān)移動呼叫處理、基站管理、移動臺管理、信道管理等信息，并與Um接口互通。在模擬移動通信系統(tǒng)中，A接口規(guī)范沒有標準化，僅作為內(nèi)部接口處理。在數(shù)字系統(tǒng)中，尤其是歐洲的GSM系統(tǒng)，對A接口作了詳盡的定義，因此原則上可適用不同廠商生產(chǎn)的MSC和BS互連。14第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

B接口B接口是位于MSC和VLR之間的接口。MSC通過該接口向VLR傳送漫游用戶位置信息，并在呼叫建立時向VLR查詢漫游用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。4.C接口C接口是位于MSC和HLR之間的接口。MSC通過該接口向HLR查詢被叫移動臺的選路信息，以便確定呼叫路由，并在呼叫結(jié)束時向HLR發(fā)送計費信息。15第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.

D接口D接口是位于VLR和HLR之間的接口。該接口主要用于寄存器之間傳送移動臺的用戶數(shù)據(jù)、位置信息和選路信息。6.

E接口E接口是位于MSC之間的接口。該接口主要用于跨局切換。當移動臺在通信過程中由某一MSC業(yè)務(wù)區(qū)進入另一MSC業(yè)務(wù)區(qū)時，兩個MSC需要通過該接口交換信息，由另一MSC接管該移動臺的通信控制，使移動臺通信不中斷。16第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月7.

F接口F接口是位于MSC和EIR之間的接口。MSC通過該接口向EIR查詢發(fā)呼移動臺設(shè)備的合法性。8.

G接口G接口是位于VLR之間的接口。當移動臺由某一VLR管轄區(qū)進入另一VLR管轄區(qū)時，新老VLR通過該接口交換必要的信息。17第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月PLMN的三種組合方式：(1)綜合式：MSC，HLR，VLR位于同一設(shè)備中，即移動交換機兼具位置寄存器的功能。交換機的內(nèi)部接口有B接口和C接口(MSC與本局HLR)，移動交換機之間通過C，D，E，G接口的信令鏈路中傳送信息。在移動網(wǎng)建設(shè)初規(guī)模校小時使用這種方式。(2)部分分離式：MSC和VLR位于同一物理設(shè)備中，HLR為單獨的物理設(shè)備。這種方式當前用得最多。(3)完全分離式：MSC，HLR，VLR均為獨立的物理設(shè)備。這時，HLR，VLR為獨立的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，控制移動業(yè)務(wù)的處理，MSC則完成單純的話路接續(xù)任務(wù)。這一結(jié)構(gòu)和智能網(wǎng)結(jié)構(gòu)完全一致。其中，HLR，VLR相當于SCP（業(yè)務(wù)控制點），MSC相當于SSP（業(yè)務(wù)交換點），它們之間通過7號信令交換信息。18第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.3網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分

蜂窩小區(qū)基站區(qū)位置區(qū)移動業(yè)務(wù)交換區(qū)服務(wù)區(qū)系統(tǒng)區(qū)19第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.4

頻道、信道和蜂窩小區(qū)頻道指配

信道蜂窩小區(qū)3G移動通信系統(tǒng)將采用2000MHz頻段。每個系統(tǒng)在其工作頻段中劃分為若干頻道，以供眾多用戶使用。典型的TACS模擬系統(tǒng)基站的發(fā)射頻段935–960MHz，移動臺的發(fā)射頻段890-915MHz，頻段寬度為25MHz，收發(fā)頻段間隔為45MHz，頻道間隔為25kHz，可劃分為1000個頻道；GSM數(shù)字系統(tǒng)頻段寬度也是25MHz，劃分為125個頻道。 信道是傳送數(shù)據(jù)或控制信息的邏輯通道。 FDMA:一個信道占用一個頻道；TDMA:多個信道通過時分復(fù)用方 式共用一個頻道；CDMA:多個信道通過分配不同的 偽隨機擴頻序列（偽碼） 共用一個頻道。20第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月312546711...ba若a=2，b=1，則N=7。對于給定的N，若小區(qū)形狀為正六邊形，則頻道分組數(shù)N和同頻復(fù)用最小中心距D的關(guān)系為:D＝R N=a2+ab+b2

21第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月基站設(shè)置的方法:基站設(shè)置在蜂窩中心，采用全向天線；基站設(shè)置在蜂窩頂點，采用1200定向天線，如圖5.2.5（a）所示；基站設(shè)置成三葉草模型，采用600定向天線，如圖5.2.5（b）所示。基站設(shè)置成三葉草模型，采用600定向天線22第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.4編號計劃

移動臺號簿號碼（MSDN：MobileStationDirectoryNumber）國際移動臺標識號（IMSI：InternationalMobileStationIdentification）國際移動臺設(shè)備標識號（IMEI：InternationalMobileEquipmentIdentification）移動臺漫游號（MSRN：MobileStationRoamingNumber）23第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3 移動交換基本技術(shù)

5.3.1 移動呼叫連接過程

1.移動臺初始化

移動臺開機后,首先就要通過自動掃描，捕獲當前所在小區(qū)的廣播信道，由此獲得所在PLMN號、基站號和位置區(qū)域等信息，并將其存入RAM中。掃描的起始信道根據(jù)選定歸屬的PLMN確定。24第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2. 移動臺呼叫固定網(wǎng)用戶(1)BSMSC本地交換機通話(2)(4)(5)(6)(7)(8)(9)回鈴音(10)被叫摘機被叫號碼、IMSI(3)檢索用戶數(shù)據(jù)，取自HLR、VLR分配空余業(yè)務(wù)信道頻道射頻發(fā)射機“初始業(yè)務(wù)信道指配”調(diào)諧到指定頻道BS確認業(yè)務(wù)信道建立選定路由，建立與PSTN連接。25第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2 漫游（roaming）5.3.3 切換（h/o：handover）MSC1MSC2MS1MS2MS3局間中繼(1)跨區(qū)切換。(2)越局切換。(3)不同系統(tǒng)間切換。(4)小區(qū)內(nèi)切換。(5)強迫切換。26第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.4 移動網(wǎng)安全技術(shù)

臨時移動用戶標識號（TMSI）用戶鑒權(quán)（Authentication）

(1)用戶標識模塊（SIM）：SIM中存儲的基本數(shù)據(jù)包括IMSI，鑒權(quán)密鑰Ki，鑒權(quán)算法（A3）和數(shù)據(jù)加密密鑰生成算法（A8）

(2)用戶鑒權(quán)過程

(3)鑒權(quán)密鑰的網(wǎng)絡(luò)管理3. 數(shù)據(jù)加密27第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4 移動交換信令

CCSMSMMRML2L1L2L1MTPRMBSSMAPSCCPMMMTPSCCPBSSMAPCCSMSMAPMTPSCCPTCAISUPMSBSMSC(呼叫控制)(短消息服務(wù))(移動性管理)(無線資源管理)(管理應(yīng)用部分)(LAPDm)28第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4.2 無線接口信令

物理層（L1）無線信道：業(yè)務(wù)信道（TCH）控制信道（CCH）（1）廣播信道（BCH） 廣播控制信道（BCCH） 頻率校正信道（FCCH） 同步信道（SCH） （2）公共控制信道（CCCH）尋呼信道（PCH）隨機接入信道（RACH）接入準許信道（AGCH）（3）專用控制信道（DCCH）

獨立?？匦诺溃⊿DCCH）（4）隨路控制信道（ACCH）慢速隨路控制信道（SACCH）快速隨路控制信道（FACCH）TCH+FACCH+SACCHBCH+CCCHSDCCH+SACCH29第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月信令層功能：MS網(wǎng)絡(luò)側(cè)(1)(2)(3)(4)(6)(7)(8)(10)(11)(12)(14)(15)(13)(9)(5)SDCCHFACCHTCHRACHAGCH（3）CM連接管理服務(wù)請求（4）用戶鑒權(quán)（MM過程）（5）獲取鑒權(quán)響應(yīng)（6）加密模式命令（RR過程）（7）加密模式完成（8）呼叫建立消息（9）呼叫進行中（10）分配業(yè)務(wù)信道（RR過程）（11）分配完成（RR過程）（12）振鈴消息（13）被叫應(yīng)答,連接信息（14）連接證實（15）回歸TCH，進入通信狀態(tài)30第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5 移動交換系統(tǒng)作業(yè)：1.移動交換機與程控電話交換機相比，需增加哪些部件？2.什么是CDMA的軟切換？31第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5.6 移動IP技術(shù)

IETF正在開發(fā)一套用于移動IP的技術(shù)規(guī)范，這主要是RFC2002、RFC2003、RFC2004、RFC2290。其中：RFC2002：IP移動性支持；RFC2003：IP內(nèi)的IP封裝；RFC2004：IP內(nèi)的最小封裝；RFC2290：用于PPPIPCP的移動IPv4配置選項。32第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月因特網(wǎng)/移動網(wǎng)歸屬代理(HomeAgent)外區(qū)代理（ForeignAgent)IP主機移動節(jié)點①②③④⑤(1)移動代理(MobilityAgent)☆歸屬代理(HomeAgent)☆外區(qū)代理(ForeignAgent)(2)移動IP地址★歸屬IP地址（HomeIPAddress）★轉(zhuǎn)交IP地址（CareofIPAddress）33第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(3) 位置登記(Registration)依不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式，有兩種登記規(guī)程：通過外區(qū)代理。即移動節(jié)點向外區(qū)代理發(fā)送登記請求報文，外區(qū)代理接收并處理登記請求報文，然后將報文中轉(zhuǎn)到移動節(jié)點的歸屬代理；歸屬代理處理完登記請求報文后向外區(qū)代理發(fā)送登記應(yīng)答報文(回復(fù)接受或拒絕登記請求)，外區(qū)代理處理登記應(yīng)答報文，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點。直接向歸屬代理進行登記。即移動節(jié)點向其歸屬代理發(fā)送登記請求報文，歸屬代理處理后向移動節(jié)點發(fā)送登記應(yīng)答報文。登記請求和登記應(yīng)答報文使用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)進行傳送。34第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月(4) 代理發(fā)現(xiàn)(AgentDiscovery)為了確保任何時間、任何地點與其它節(jié)點進行通信，移動節(jié)點必須首先找到一個移動代理。移動IP定義了移動代理的兩種發(fā)現(xiàn)方法：被動發(fā)現(xiàn) 被動發(fā)現(xiàn)是指移動節(jié)點等待本地移動代理周期性地廣播代理通告報文；主動發(fā)現(xiàn)主動發(fā)現(xiàn)是指移動節(jié)點廣播一個請求代理的報文。35第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

(5) 隧道技術(shù)(Tunneling)

當移動節(jié)點在外區(qū)網(wǎng)上時，歸屬代理需要將原始數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給已登記的外區(qū)代理。這時，歸屬代理使用IP隧道技術(shù)，將原始IP數(shù)據(jù)報(作為凈負荷)封裝在轉(zhuǎn)發(fā)的IP數(shù)據(jù)報中，從而使原始IP數(shù)據(jù)報原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)到處于隧道終點的轉(zhuǎn)交IP地址處。36第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）基于Internet，以HTTP/HTML協(xié)議為基礎(chǔ)；適合于顯示界面小、功率低、內(nèi)存小、CPU運算能力低的移動通信環(huán)境；采用Client/Server結(jié)構(gòu)。37第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月WAP協(xié)議的開發(fā)模型WAP客戶WAP網(wǎng)關(guān)內(nèi)容服務(wù)器WAE客戶代理編碼與解碼CGI腳本內(nèi)容編碼的請求響應(yīng)請求編碼的響應(yīng)WSPHTTP38第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一種基于GSM系統(tǒng)的新型的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)資源按需分配，提供即時連接和高通過率；通過時隙的捆綁技術(shù)，能提供從小于100bps到115.2kbps，非常靈活的數(shù)據(jù)速率。GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)39第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月CDMA接入CDMA是將窄帶信息經(jīng)寬帶的偽隨機碼調(diào)制，把信息的頻帶大大展寬，使頻譜密度降低，再經(jīng)基帶調(diào)制后，通過寬帶射頻發(fā)射機發(fā)射出去。接收時，通過特定的相關(guān)處理來解調(diào)出窄帶信息。除CDMA本身的技術(shù)外，CDMA系統(tǒng)中還采用了多種數(shù)字處理技術(shù)和控制技術(shù)。40第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月CDMA優(yōu)點：系統(tǒng)容量大且具有軟容量的特征，能靈活地解決通信高峰期的阻塞問題。系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力，可保證通信質(zhì)量的高可靠性。(多徑干擾和功率控制是CDMA系統(tǒng)最復(fù)雜和最難解決的問題)。41第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月通過簡單的功率控制，不僅可以保證系統(tǒng)的大容量，而且可以降低克服噪聲和干擾所需的發(fā)射功率，使得在同樣發(fā)射功率的條件下覆蓋范圍大，用戶終接設(shè)備將信息發(fā)送到基站所需功率也較小。通過特有的語音激活技術(shù)，加上固定天線的增益，可進