现代无线通信技术-通信网络基础

移动通信网络基础移动通信网络▪移动通信网络技术总体介绍▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPSIS-95AW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTTGPRSIS-95B无线通信在今天的发展移动通信发展简史1G2G3G蜂窝技术多址技术CDMA模拟数字多媒体4GFD-LTETD-LTE第一代移动通信系统–模拟移动电话系统主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术，属于第一代移动通信技术。–模拟方式：通过电波所传输的信号模拟人讲话声音的高低起伏变化的通信方式。–模拟移动电话系统的质量完全可以与固定电话媲美，使通话双方能够清晰地听出对方的声音。–传输速率：1.2kbps~10kbps缺点：频分多址技术造成频率资源不足；保密性较差，极易被并机盗打；只能实现话音业务，无法提供丰富多彩的增值业务；网络覆盖范围小且漫游功能差；模拟手机体积大、重量沉、样式陈旧。现状：目前手机供应商已停止生产模拟手机，中国移动通信集团公司于2001年12月31日后关闭模拟移动电话网，停止经营模拟移动电话业务。第二代移动通信系统–80年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号处理技术的大量应用，为开发数字移动通信系统提供了技术保障，数字移动通信系统——GSM诞生，GSM是第二代移动通信，简称“2G”。–1993年9月18日，浙江嘉兴首先开通了我国第一个数字移动通信网。1994年10月，第一个省级数字移动通信网在广东省开通。–GSM是欧洲成立的一个移动通信小组的简称。–GSM系统采用时分多址技术(TDMA)，对频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优点。–传输速率：8kbps–GSM以它相对于第一代移动通信的优势，目前广泛地占有市场。同时，在GSM基础上，增加了一些新技术，如通用分组无限技术（GPRS)、无线应用协议(WAP)和无线接口技术(篮牙技术)，增加了多媒体功能。如上网，聊天，传送图片，后发电子邮件，数码照相机，语音拨号彩色显示，称之为第二代向第三代过渡的“2.5G”。第三代和第四代移动通信系统▪第三代移动通信系统–第三代移动通信系统简称3G–3G系统特点：提供更高的容量、更快的数据传输速率及多媒体业务。–主要通过在现有网络上发展2.5G技术来实现。–核心技术：CDMA（扩频）以及更先进的空中接口技术。–传输速率：384Kbps-2Mbps▪第四代移动通信系统–特点：高容量、更强的多媒体的传输。将多媒体包括语音、数据、影像等大量信息透过宽频的信道传输，提高传输质量。–核心技术：OFDM（正交频分复用）。–其它技术：CDMA、无线区域环路（WLL）和数字音讯广播（DAB）等–传输速率：最高可达到10Mbps～20Mbps目标典型代表过渡代（2.5G）高速传输GPRS,CDMA20001X系统第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善欧洲WCDMA系统，北美CDMA2000系统，中国TD-SCDMA系统第四代（4G）高速率，各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术目前还没有一个4G网络的标准结构A/D接入方式典型代表第一代（1G）模拟蜂窝系统FDMA美国AMPS系统，欧洲TACS系统第二代（2G）数字蜂窝系统TDMAGSM系统CDMAN-CDMA系统移动通信发展总结我们的移动通信需要有更高的频谱效率更高的业务质量多种多样的业务支持移动多媒体•数字化•宽带化•智能化•个人化通信网络发展回顾时间接收信号强度发射信号多径环境移动通信电波传播电磁波多经传播——反射、散射和绕射多普勒频率扩展，运动引起信道变化（扩散频移）无线环境中的信号衰减分成三部分：幅度衰减较大的路径损耗伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分－大尺度变化衰减幅度较小的快变化成分－小尺度衰落两类典型小尺度衰落包络分布的描述方法：瑞利分布（非视距传播）莱斯分布（视距传播）频率复用的概念（容量扩充）呼叫阻塞载频受限频道扩充受限成本受限▪大区制–一个基站覆盖整个服务区域‐技术简单‐通信质量差‐频率利用率低‐系统容量小移动通信之大区制注意：从理论上来说，K应该大些，但分配的信道总数是固定的.如果K太大，则K个小区中分配给每个小区的信道数将减少，中继效率就会降低.小区复用模式图频率复用基础蜂窝技术模拟蜂窝系统的问题：各系统间没有公共接口；很难开展数据承载业务；频谱利用率低无法适应大容量的需求；安全保密性差，易被窃听，易做“假机”“扇区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无线电波能量集中到了一个更小的区域如60度，120度或180度，而不是以360度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内覆盖”等。另外，更好地防止同信道干扰和邻信道干扰，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的小区，可以支持更多的移动用户。服务小区“扇区化”多址技术使众多的用户共用公共的通信线路.常用的使信号多路化的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式.GSM系统采用了FDMA、TDMA方式.多址技术FDMA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），每个信道可以传输一路话音或控制信息.模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，但GSM系统也采用了FDMA.频分多址FDMA多址技术TDMA是以不同的时隙实现通信时分多址是指在一个宽带的无线载波上，将某一信道按时间加以分割，各信号按一定顺序占用某一时间间隙（时隙）.即多路信号利用同一个信道在不同时间各自独立地传送.时分多址TDMA多址技术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.它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息.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.码分多址CDMA多址技术移动通信网络▪移动通信网络技术总体介绍▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析蜂窝通信基本原理移动通信网络▪移动通信网络技术总体介绍▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析室内站微蜂窝宏蜂窝GSM900微蜂窝微蜂窝宏蜂窝DCS1800GSM无线网络覆盖示意图终端与卡SIM移动台由SIM卡与物理设备组成•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.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.BTS的功能▪实现与BSC接口功能▪实现与移动台(MS)空中接口的功能▪无线信道管理▪操作维护功能▪信令协议功能BSC的功能▪接口管理▪BTS-BSC之间的信道管理▪无线参数及无线资源管理▪无线链路的测量▪话务量统计▪切换▪支持呼叫控制▪操作与维护移动通信网络▪移动通信网络总体回顾▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析▪呼叫处理–呼叫建立、连接与清除–切换过程–移动性管理‐位置更新过程‐用户身份识别‐移动设备识别▪操作与维护–数据库管理–测量–人机接口（MMI）▪网间互通▪计费MSCMSC是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体VLRVLR：VisitorLocationRegister存储当前MSC下所属用户的信息移动台状态部分补充业务数据移动站的位置登记（LAI）临时移动用户识别号（TMSI）管理移动用户漫游号MSRN管理VLR功能与作用HLR:HomeLocationRegister用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息用户识别号（IMSI,MSISDN）、当前用户的VLR（当前位置）业务限制信息、用户申请的补充业务补充业务信息、用户状态（registered/deregistered）鉴权key和AUC功能、移动用户漫游号（MSRN）HLRHLR功能与作用OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDNGSM系统结构与功能PSTNInternetGMSCGGSNSGSNMSCBSS计算机话音数据电路交换域分组交换域GPRS是移动网和IP网的结合SGSN:服务支持节点GGSN:网关支持节点GPRS终端GPRS终端GPRS网络结构美丽的花朵天气不错，出去走走吧文本图片照片SMSEMSMMSStreaming动画电影、电视个性化人性化娱乐化多媒体化PS域业务介绍•分组域的典型业务•流媒体、视频点播•FTP文件传输•Internet网页浏览•WAP网页浏览•JAVA•彩信•……PS域业务介绍TD-SCDMA网络设备及架构MGWGMSCGGSNSGSNPSTNGPRSIP骨干网Iu-CSIu-PSMSCSEVER网管设备NodeB/BBURNCRRUIubUu终端无Iur接口IrTD-SCDMARANCoreNetworkBSSBSCA2GNodeBRNCIub3G接入核心。。。。省际汇接省内汇接本地网GSMTDM核心交换网络。。MSCSERVERMGWIP承载网R4CoreGPRSIMS多媒体子系统业务话音多媒体业务Rel99Rel4R5/6/7IMS视频电话视频电话GSMCS域PS域IMS??WLAN/LAN/xDSL/Wimax/…..IMS数据业务增强数据业务3G的演进与发展移动通信网络▪移动通信网络总体回顾▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析传输网铜线光纤微波层级结构光网络技术的发展PDHSDH面向IP的WDM（OTN）ASON（控制协议为GMPLS）WDMASONROADMWSS现今几年后未来光层技术电层技术控制技术PDH与SDH同为TDM技术，适当的开销处理使点对点的链变成了端到端的网；现在的WDM仍然是点对点的链，为了适应未来网络的IP化，它必须向端到端的网发展，它必须增加适当的开销处理，这就是OTN；ASON（GMPLS）是控制层，它在自身不断发展的同时，相继与通道层SDH、OTN、AON合作，统一控制VC4、ODUk和波长的交叉调度。移动通信网络▪移动通信网络总体回顾▪移动通信网络基本结构–无线网–交换网–传输网–网管系统–支撑网络–IP网络▪网络相关案例分析网管系统和业务支撑网▪网管系统是集中化管理的基础▪网管系统的基本功能是管理/维护/监控▪业务支撑系统包括BOSS和经营分析系统▪业务支撑系统是以业务为核心的支撑系统IP网络▪IP与ATM之争▪IP是一种更适合于数据传输的方式，更经济▪如何实现现网改造IP和TDM的技术比较节省TC资源(通过TrFO)可以服务于实时和非实时业务节省带宽(VAD+高压缩的编码方式)消耗TC资源仅满足窄带实时业务固定的64k语音编码资源业务能力带宽利用率IP承载TDM承载IP和TDM的投资比较起始阶段发展阶段成熟阶段IPTDM核心网投资/用户FromCMCC3Gnetworkinganalysis•起始阶段,，软交换核心网需要IP专网的配合，因此必须新