移動通信發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)演進

移動通信發(fā)展與

網(wǎng)絡(luò)演進鄭州市軌道交通sunhuanyu@126.com

20六月202412內(nèi)容概要一、移動通信發(fā)展移動通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢移動通信基本科學問題

二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進一、移動通信發(fā)展1.移動通信發(fā)展與應(yīng)用趨勢33

移動通信的產(chǎn)生

————來源于無線通信無線通信與移動通信都是靠無線電波進行通信的，所以它們既有聯(lián)系又有區(qū)別。首先，移動通信肯定是無線通信，移動通信涵蓋了無線通信的基本技術(shù)，但無線通信側(cè)重于無線性，而移動通信更注重于移動性，突出動中通、優(yōu)質(zhì)通、個人通。正因為如此，移動通信對無線電波頻率的選擇更加謹慎，要求更高，大都選擇超短波以上的工作頻段。

從20世紀20年代至40年代初，移動通信就有了初步的發(fā)展，不過當時的移動通信使用范圍非常小，主要使用對象是船舶、飛機、汽車等專用移動通信以及運用在軍事通信中，使用頻段主要是短波段。

4一、移動通信發(fā)展45一、移動通信發(fā)展無線通訊從2G、3G到3.9G發(fā)展過程，是從移動的語音業(yè)務(wù)到高速業(yè)務(wù)發(fā)展的過程。目前可提供應(yīng)用的是3.5G，以WCDMA系統(tǒng)來說，可以提供R5商用版本和R6試驗系統(tǒng)；6一、移動通信發(fā)展第一代模擬系統(tǒng)（1G)時間：20世紀80年代-90年代初功能：僅提供語音服務(wù)，不能傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)：主要采用模擬語音調(diào)制技術(shù)和頻分多址（FDMA)技術(shù)。關(guān)鍵詞：摩托羅拉不足：1G存在很多不足之處，如并存網(wǎng)絡(luò)制式太多，互不兼容，通話質(zhì)量不高，不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。7一、移動通信發(fā)展第二代移動通信系統(tǒng)（2G/2.5G)時間：起源于90年代初期至現(xiàn)在功能：滿足語音業(yè)務(wù)和初步的多媒體業(yè)務(wù)能力技術(shù)：主要采用數(shù)字的時分多址技術(shù)（TDMA）和碼分多址技術(shù)（CDMA)關(guān)鍵詞：GPRS/EDGE/CDMA2000不足：2G技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，頻率資源已接近枯竭，語音質(zhì)量不能達到用戶滿意的標準，數(shù)據(jù)通信速率太低，無法在真正意義上滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的需要。2G移動通信應(yīng)用GSM(摩托羅拉v8)8CDMA手機910一、移動通信發(fā)展第三代移動通信系統(tǒng)（3G)功能：引入大量增殖業(yè)務(wù)（手機上網(wǎng)、可視電話、視頻共享、流媒體、POC對講專網(wǎng)、短信交流和同化交流）技術(shù)：主流3G標準都采用CDMA技術(shù)關(guān)鍵詞：WCDMACDMA2000TD-SCDMA不足：3G缺乏全球統(tǒng)一標準手機視頻通話111112HSDPA高速上網(wǎng)1213多媒體彩鈴13POC手機對講在一個群組內(nèi)可以實現(xiàn)一呼百應(yīng)，最多可以支持80臺手機，非常適合調(diào)度組織工作1414VOD視頻點播1515核心網(wǎng)(CN)無線接入網(wǎng)(RAN)2G

3G第三代移動通信示意圖

GSM

PDCIS-41核心網(wǎng)(CDMA網(wǎng)絡(luò))GSM核心網(wǎng)IS-95CDMAcdma2000-1x、3x

W-CDMA無線接口后向兼容核心網(wǎng)絡(luò)后向兼容新的無線接口NNITD-SCDMA/TD-CDMAIP核心網(wǎng)全IP網(wǎng)絡(luò)1616三大運營商3G標準簡析中國聯(lián)通中國電信中國移動3G技術(shù)WCDMACDMA2000TD-SWCDMA設(shè)備成熟度成熟較成熟發(fā)展階段建設(shè)成本中等高（專利費）高手機終端豐富（全球80%手機終端支持）一般少，國產(chǎn)為主3G網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)速度7.2/5.76Mbps3.1/1.8Mbps2.8/0.384Mbps試點地區(qū)速率42/11.5Mbps9.3/5.4Mbps2.8/2.2Mbps全球漫游能力最強，全球290張W網(wǎng)絡(luò)，覆蓋120個國家，占3G用戶80%因不與GSM兼容，漫游能力一般。能在110個國家地區(qū)有限支持中國標準，幾乎沒有漫游能力政策支持扶持一般大力支持17173G的三大主流技術(shù)標準比較1819一、移動通信發(fā)展第四代移動通信系統(tǒng)（4G)期望：滿足提供更大的頻寬要求，希望在概念和技術(shù)上尋求創(chuàng)新和突破，從而使通信的容量和速率有10倍甚至百倍的提高，在高速率和高可靠性的前提下，滿足人們從語音到多媒體多種綜合業(yè)務(wù)需求203G尚未大發(fā)展，4G實驗網(wǎng)卻已建成204G通信應(yīng)用前瞻2121224g通信技術(shù)的umpc產(chǎn)品22系統(tǒng)名稱概念提出研發(fā)/標準成熟開始商用—市場成熟第一代模擬移動通信系統(tǒng)美國AMPS、英國TACS、日本NAMTS、北歐NMTS1971年80年代初80年代開始商用，90年代初達到頂峰第二代數(shù)字通信GSM1982年1986年標準初步完成，1990年完成規(guī)范1991年開通第一個系統(tǒng)。截止到達2003年6月用戶達到8.3億CdmaOne70年代末1995年香港第一次商用2003年6月全球用戶1.5億第三代移動多媒體通信系統(tǒng)Cdma2000WCDMA/TD-SCDMA1986年2002年1998-2000方案征集，2002-2003規(guī)范穩(wěn)定2000年10月韓國開始商用2001年10月日本開始商用，預計2004年以后市場逐漸成熟第四代TD-LTEFDD-LTE2004預計2012完成標準化2011年開始試驗預計2015年大規(guī)模商用各代移動通信系統(tǒng)發(fā)展演進過程一覽

23一、移動通信發(fā)展2.移動通信基本科學問題2424

移動通信的特點移動通信的傳輸信道必須使用無線電波傳輸；電波傳輸特性復雜，在移動通信系統(tǒng)中由于移動臺不斷運動，不僅有多普勒效應(yīng)，而且信號的轉(zhuǎn)播受地形、地物的影響也將隨時發(fā)生變化；干擾多而復雜；組網(wǎng)方式多樣靈活，移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式可分為小容量大區(qū)制和大容量小區(qū)制，移動通信網(wǎng)為滿足使用，必須具有很強的控制功能，如通信（呼叫）的建立和拆除，頻道的控制和分配，用戶的登記和定位，以及過境切換和漫游的控制等；對設(shè)備要求更苛刻；用戶量大而頻率有限。25一、移動通信發(fā)展2526一、移動通信發(fā)展有限的頻譜資源與不斷增長的無線通信業(yè)務(wù)需求之間的矛盾所帶來的挑戰(zhàn)，將促使無線通信理論與技術(shù)不斷發(fā)生變革；

信源壓縮：對待傳輸?shù)男畔⑤d體壓縮，以達到節(jié)省傳輸資源之目的，產(chǎn)生了像MP3、MP4這樣的圖像與語音壓縮方法；

信息傳輸：在存在干擾和多徑反射的無線信道中如何有效地傳輸信息，使之達到理論極限。移動通信需要解決的關(guān)鍵問題27一、移動通信發(fā)展從信號設(shè)計與處理的角度出發(fā)，采用高效的調(diào)制及信道編碼等技術(shù)提高頻譜利用率；移動通信系統(tǒng)的工作頻點繼續(xù)上移，在2007年11月閉幕的世界無線電通信大會上通過了適用于全球3G與4G移動通信系統(tǒng)的四個新頻段，其中包括3.4G~3.6GHz的200MHz帶寬以及分配給我國TD-SCDMA的2.3GHz~2.4GHz的100MHz帶寬；進一步開發(fā)蜂窩移動通信系統(tǒng)中的空間資源。例如MIMO技術(shù)的利用為移動通信頻譜利用率的提高注入了新的活力。目前的解決方案28一、移動通信發(fā)展信號處理的復雜性將限制其在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如如果完全依靠增加調(diào)制電平數(shù)來提高傳輸速率，在速率超過10bps/Hz之上時，其復雜度及對信道的要求已是實際系統(tǒng)所不能承受的了，特別是每增加1bps/Hz就要增加3dB的信噪比，實現(xiàn)復雜度、對時鐘精度的要求及對信道參數(shù)估計精度的要求等都要相應(yīng)地成倍增加；存在的缺憾29一、移動通信發(fā)展存在的缺憾較高的系統(tǒng)工作頻率將導致無線信號在空間傳輸中快速衰落。盡管采用微蜂窩技術(shù)可以縮小小區(qū)半徑，提高天線覆蓋面積，從而提高用戶的接收性能，但隨之而來的另一個問題在于系統(tǒng)中頻繁的切換會增加系統(tǒng)信令開銷并降低系統(tǒng)的工作效率；目前，多天線一般集中放置于基站組成天線陣，這種集中放置實際上限制了天線數(shù)量，且不利于空間資源的充分利用，此外，小區(qū)邊界處的用戶的鏈路質(zhì)量比距離基站近的用戶的性能要差的現(xiàn)狀并未得到解決。30二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進1.移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)31二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進蜂窩移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本架構(gòu)主要由三部分構(gòu)成：移動終端、接入網(wǎng)（AN，AccessNetwork）和核心網(wǎng)（CN,CoreNetwork）。32二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進典型2G蜂窩移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)33二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進2.移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3334二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進MTX:MobileTelephoneeXchange(NMT)1G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能主要集中在核心網(wǎng)實現(xiàn)35二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進2G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，GSM網(wǎng)絡(luò)主要由MS、BSS（包括：BTS、BSC）、NSS（包括：MSC、HLR、AUC、EIR）組成。36二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進2.5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3637二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3738二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3GPP定義了從GSM到UMTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進方案。UMTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)范對于WCDMA和TD-SCDMA都是適用的，只是空中無線接口技術(shù)的區(qū)別。R99、R4、R5、R6、R7……GPP2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進方案3839二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPR99無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（UMTS）-3GRadios3940二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPR4無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（UMTS）-Softswitch3GPPR4的工作重點集中在核心網(wǎng)對分組技術(shù)（ATM/IP）的支持上，其目的是使電路域和分組域承載在一個公共的分組骨干網(wǎng)上。在核心網(wǎng)的電路域引入了軟交換（Softswitch），實現(xiàn)呼叫與承載的分離。MSC分裂成兩個網(wǎng)元：MSC服務(wù)器(MSCServer)和媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)。MSCServer主要用來完成對信令與呼叫控制的處理，MGW提供語音流的處理及與外部網(wǎng)絡(luò)的互連。4041二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPR4無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（UMTS）-Softswitch4142二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPR5是全IP網(wǎng)絡(luò)的第一個版本。3GPPR5最重要的工作是在核心網(wǎng)（CN）引入了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），采用SIP作為IMS會話控制協(xié)議，支持實時與非實時的IP多媒體業(yè)務(wù)，所有的數(shù)據(jù)與信令的下層傳輸都基于IP，并在IMS中引入IPv6。3GPP定義的IMS包括呼叫會話控制功能（CSCF）、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）、IMS媒體網(wǎng)關(guān)（IMS-MGW）、多媒體資源功能控制器（MRFC）、多媒體資源功能處理器（MRFP）、出口網(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）等功能實體。

3GPPR5無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（UMTS）-IPMultimedia4243二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPR5無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（UMTS）-IPMultimedia4344二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPPLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4445二、移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進3GPP2CDMA2000網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)45接入網(wǎng)接入網(wǎng)、城域網(wǎng)演進BTSBSC城域網(wǎng)WDMSDH簡單的GSM無線接入網(wǎng)SDH網(wǎng)絡(luò)承載以小顆粒TDM業(yè)務(wù)為主的2G基站TD-SCDMA/HSPA(TDD)NG-GSMWLAN多種接入方式并存GSM網(wǎng)絡(luò)已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網(wǎng)絡(luò)完成2期建設(shè)，與GSM協(xié)調(diào)共存發(fā)展；WLAN部分熱點覆蓋。TD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLANPONFiberCable多種無線接入方式GSM網(wǎng)絡(luò)已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網(wǎng)絡(luò)完成2期建設(shè)，與GSM協(xié)調(diào)共存發(fā)展；WLAN部分熱點覆蓋。多種接入方式并存GSM網(wǎng)絡(luò)已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網(wǎng)絡(luò)完成3期建設(shè)，與GSM協(xié)調(diào)共存發(fā)展；WLAN熱點覆蓋；有線接入網(wǎng)尚未規(guī)模建設(shè)，正逐步引入PON等光纖接入技術(shù)PTNTD-LTE/TDD(FDD)10GPON/WDMPONTD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLAN無線接入方式更加多樣化形成由GSM/TD-SCDMA/LTETDD/FDD/WLAN組成的多種無線網(wǎng)絡(luò)融合協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合無線網(wǎng)絡(luò)