移动通信网络基础知识及3G简介

移动通信网络基础知识及3G简介3目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级4移动通信的发展▪第一代：模拟系统。例如：AMPS、TACS…▪第二代：数字系统。例如：GSM、CDMA（ANSI-95）、TDMA(ANSI-136)…▪第三代:Wideband、CDMA2000、TD-SCDMA5一、GSM发展历史▪GSM是GlobalSystemforMobileCommunications的缩写;▪意为全球移动通信系统;▪是世界上主要的蜂窝系统之一.6▪GSM数字移动通信系统史源于欧洲。▪1982成立了一个“移动特别小组GroupSpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。▪1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。一、GSM发展历史7▪1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。▪1993年欧洲第一个DCSI800系统投入运营。▪中国：1987年第一个模拟蜂窝移动电话系统在广东建成并商用。1995年，GSM数字电话网开通。一、GSM发展历史8目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级9二、GSM系统结构▪GSM系统的主要设备▪无线覆盖▪交换网络▪智能网业务10GSM系统网络结构▪AUC:鉴权中心▪HLR:归属寄存器▪MSC/VLR:移动交换中心/拜访位置寄存器▪EIR:设备识别寄存器▪OMC:操作维护中心▪SMS:短信中心▪BSC：基站控制器▪BTS：基站MSC/VLRBSCBSC...SMSBTSEIR...OMC其它MSC或GWMSCMSCHLR/AUC11GSM系统网络结构▪BTSBASETRANSCEIVERSTATION–基站（负责无线信号的收发）▪BSCBASESTATIONCONTROLLER–基站控制设备（处理所有与无线信号有关的工作：小区切换、小区配置、控制和管理所连接的BTS、无线信道分配和管理）12GSM系统网络结构▪MSCMOBILESERVICESSWITCHINGCENTER–移动业务交换中心（负责移动用户的呼叫建立）–MSC服务区可由一至多个LA组成–用户所在的MSC/VLR地址存于HLR中▪GMSCGATEWAYMSC–MSC关口局（连接MSC和其它网络如PSTN）13GSM系统网络结构▪VLRVISITORLOCATIONREGISTER–拜访位置寄存器（临时存放在该地的手机用户的用户数据，是临时的HLR。如MSISDN、IMSI、目前用户所在LAI、用户申请的各种业务）▪HLRHOMELOCATIONREGISTER–归属位置寄存器（与GMSC、MSC、AUC相连。数据库存放属于该寄存器的所有用户数据，如MSISDN、IMSI、目前用户所在MSC/VLR号、用户申请的各种业务。负责向VLR发送用户数据）14GSM基站简介▪基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。15GSM基站简介▪基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。16GSM基站简介▪全向基站信号发射、接收均为360度范围–容量小，一般不多于4个载频–设备简单，主要用于话务量较低的地区▪定向基站–一般分三个扇区，发射、接收均有方向性–可作大容量基站17GSM基站简介基站设备基站外观18机架中的电路板和模块19移动业务交换中心（MSC）▪移动业务交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（公用电话网PSTN、综合业务数字网ISDN、分组交换公用数据网PSPDN、电路交换公用数据网CSPDN）的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。20MSC交换机房21访问用户位置寄存器（VLR）▪访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，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。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。▪VLR功能总是在每个MSC中综合实现的。22归属用户位置寄存器（HLR）▪归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域扔关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户。23鉴权中心（AUC）▪GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。24移动设备识别寄存器（EIR）▪移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。目前中国地区未使用此设备。25GSM的无线覆盖▪GSM无线覆盖由许多六边形小区组成▪根据需要，有定向和全向两种小区26GSM小区▪移动小区的理想形状是正六边形，许多小区成蜂窝状排列，所以也叫蜂窝小区或宏小区。其有效覆盖范围决定于基站和移动台的发射功率、天线高度、传播损耗、接收灵敏度、受干扰情况等因素，一般为几百米～几公里。27GSM的无线覆盖▪全向基站–信号发射、接收均为360度范围–容量小，一般不多于4个载频–设备简单，主要用于话务量较低的地区▪定向基站–一般分三个扇区，发射、接收均有方向性–可作大容量基站–特殊情况下可配置四扇区基站28小区分裂▪若小区内业务量激增时，宏小区可以缩小，分成多个小区，这在蜂窝网中称为小区分裂▪小区分裂增加了单位面积内的信道数，解决了高话务量地区的通信阻塞问题▪小区分裂不能无限制地进行下去，最终受系统抗干扰能力限制29室内分布天线系统▪为了更好地解决大型商场、宾馆、写字楼内的覆盖问题，可以采用室内分布天线系统30室内分布天线系统▪在室内每隔一定距离装上一个小型天线，使室内具有良好的信号覆盖(适中的信号强度）▪信号源可以是周围基站，也可以是微蜂窝31GSM使用频段▪GSM900–上行（移动台发，基站收）：890－915MHz–下行（基站发，移动台收）：935－960MHz▪GSM1800–上行：1710－1785MHz–下行：1805－1880MHz–我国规定1710－1755，1805－1850MHz为GSM1800频段32三、GSM呼叫流程▪条件–正常运营的网络–正常工作的终端设备–有效的用户识别卡33目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级34移动台待机状态▪位置区（LocationArea）：由若干个小区组成。系统按位置区寻呼移动台。LA1LA3LA5LA6MSCVLR35移动台待机状态▪开机后，移动台扫描所有的射频信道，计算平均强度，守候在最强的广播（BCCH）信道上▪在广播（BCCH）信道上，系统通知移动台应当监视哪些BCCH载波▪移动台不断更新6个最强BCCH载波的测试表36移动台待机状态▪如果位置区发生变化，移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求▪系统通过AGCH（允许接入信道）为移动台分配一个SDCCH（独立专用控制信道）▪移动台在SDCCH上完成登记。在SACCH（慢随路信道）上发控制指令，移动台返回空闲状态37移动台主叫流程▪移动台在RACH（随机接入信道）上发接入请求▪系统通过AGCH为移动台分配一个SDCCH▪通过SDCCH交换进一步的建立信息（鉴权加密、移动台识别、被叫号码等），在SACCH上交换控制信息（测试报告、功率控制）▪在TCH上通话38移动台被叫流程▪系统通过PCH寻呼移动台▪移动台通过RACH发寻呼响应作应答▪系统通过AGCH为移动台分配一个SDCCH▪系统与移动台交换必要的信息（鉴权、加密模式、移动台识别、被叫号码等）。在SACCH上发送测试报告和功率控制▪分配TCH，开始通话39GPRS的定义▪GPRS（通用分组无线业务）是GSM标准化组织制定的一套标准,以实现移动分组数据业务▪GPRS的实现是在GSM网络上增加分组数据服务设备，并对GSM无线网络设备进行升级，从而利用现有的GSM无线覆盖提供分组数据业务40GPRS网络与GSM网络PSDNIP/X.25GSM900/1800PSTN41新增GPRS网络节点▪在GSM网络中，GPRS引入了SGSN、GGSN两个新的网络节点，从而使得用户能够在端到端分组模式下发送和接收数据‐SGSN(服务GPRS支持节点)‐负责GPRS移动性管理,数据压缩,加密和计费，类似于GSM中的MSC。‐GGSN(网关GPRS支持节点)‐提供分组数据网的路由,协议转换，类似于GSM中的GMSC。42GPRS网络结构图DataMSC/VLRGSM+GPRSISDNGPRSBackboneSGSNInternetGGSNGPRSMobileVoiceHLR43GSM与GPRS数据业务ISP163VLRBSCBTSMSCGMSCHLRAUCPSTNSGSNGGSN163APNDataNetBillingBilling44GPRS和现有GSM网络对比分组交换电路交换灵活分配,利用率高固定分配,利用率低主要基于数据量完全基于连接时间始终在线需要连接GPRSGSM数据交换方式信道利用率连接方式记费方式45目录ContentsContents移动通信的发展GSM系统结构手机的一般呼叫流程3G及NGN简介本地网络的改造与升级46什么是3G?▪ITU（InternationalTelecomunicationUnion）提出了第3代移动通信技术标准IMT-2000（InternationalMobileTelecomunications2000）▪3G的三种主要制式：WCDMA、CDMA200、TD-SCDMA。47什么是3G?▪第三代移动通信系统，是一种能提供多种类型，高质量、高速率的多媒体业务；能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与其它移动通信系统、固定网络系统、数据网络系统相兼容；主要以小型便携式终端，在任何时间、任何地点、进行任何种类通信的移动通信系统。48移动通信技术的演进AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟网第二代90年代数字网第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMA49为什么发展第三代移动通信▪高速增长的移动通信用户数–2003年12月全球移动通信用户数达13.8亿，其中，中国移动用户