北邮无线移动通信第九章2

第九章蜂窝移动通信技术及系统北京邮电大学信息与通信工程学院郭彩丽guocaili@[e-mail]©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved第九章蜂窝移动通信技术及系统蜂窝移动通信基本原理第九章蜂窝移动通信技术及系统蜂窝移动通信基本原理蜂窝小区及区域覆盖信道配置信道配置网络结构信令技术信令技术越区切换和位置管理现有蜂窝移动通信系统GSM系统系统CDMA系统LTE系统2©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedLTE系统GSM系统概述（1）GSM系统概述（1）GSM的发展历史1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic移动电话)系统，接着欧洲先后在英ACS系统德C40系统等接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C－450系统等。–模拟蜂窝通信系统的四大缺点：各系统间没有公共接口；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”。1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大）提交了一份建议书，要求制定欧电信务在这会就成立个在定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组（GroupSpecialMobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。3©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedp）简称，来制定有关的标准和建议书GSM系统概述（2）1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提GSM系统概述（2）年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉年月成员国就数字系统采用窄带时分多规则脉冲激励线性预测RPE一LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU）相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。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年在欧洲开通了第个系统，同时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）。从此移动通信跨入了第二代数字蜂窝移动通信系统。4©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved蜂窝移动通信系统。GSM系统概述（3）GSM系统概述（3）GSM系统技术规范目录：12章GSM系统主要业务5©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved系统技术规范目录章GSM系统主要业务GSM系统网络架构（1）GSM系统网络架构（1）GSM系统的网络架构可分为四个子系统，即移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络与交换子系统（NSS）、操作与维护子系统（OMS）。OMCOMCNMCOMSBGOMCUmVLRVLRHLRAUCBCGHDBTSBTSBSCAMSCMSCHLRAUCEPSTNMSEIRFBSSNSS6©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedPSTNSIMSIMMEMEGSM系统网络架构（2）移动台（MS）GSM系统网络架构（2）移动台（MS）MS由物理设备和SIM卡两部分组成，具有无线传输和处理的功能。基站子系统（BSS）基站子系统（BSS）BSS主要由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）两部分组成负责管理无线资源建立移动台与网络之间的无线信道传送网。负责管理无线资源，建立移动台与网络之间的无线信道，传送网络的各种信令及用户信息等。无线信道管理BTSOMC信道配置管理随机接入MSCVLRBSCBTSBSSMS信道编码解码无线资源指示7©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedNSSA接口寻呼GSM系统网络架构（3）网络交换子系统（NSS）GSM系统网络架构（3）MSC：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能。VLR：存储用户位置信息的动态数据库。HLR：用于移动用户管理的数据库。包含的用户信息分为两类：一类是有关用户用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，另一类是有关用户当前位置的信息。AUC：存储有关移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。EIR：存储有关移动台设备参数的数据库。操作与维护子系统（OMS）EIR：存储有关移动台设备参数的数据库。OMC：对交换分系统及基站分系统的操作维护。8©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved实现对交换子系统及基站子系统的操作与维护。GSM系统网络架构（4）MSCMSGSM系统网络架构（4）BTSBSCL3MMCMBTSMMMCML1L2MSTDMALAPDmRRTDMAPCMLAPDmLAPDRRBTSMPCMLAPDRRBTSMPCMBSSMAPSCCPMTPPCMBSSMAPSCCPMTPUmAbisAL1TDMATDMAPCMPCMPCMPCMTDMA:TimeDivisionMupleAccessLAPDm:LinkAccessProtocolforDmChannelRR:RadioResourceBTSM:BaseTransceiverStationManagementMTP:MessageTransferPartSCCP:SignallingConnection&ControlPartMM:MobilityManagementCM:ConnectionManagementPCM:PulseCodeModulationLAPD:LinkAccessProtocolforDchannelBSSMAP:BaseStationSystemMobileApplicationPartL1:Layer1L2:Layer2L3:Layer39©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedLAPD:LinkAccessProtocolforDchannelL3:Layer3GSM系统网络架构（5）物理层（L1)GSM系统网络架构（5）物理层（)–物理信道：一个载频上的TDMA帧的一个时隙称为一个物理信道，每个用户通过一个信道接入系统因此GSM中每过个信道接入系统，因此，GSM中每个载频有8个物理信道，即信道0～7。–逻辑信道：指承载某种业务、具有某种逻辑功能的信道。根据传递于BTS与MS逻辑功能的信道。根据传递于BTS与MS之间信息的种类，定义不同的逻辑信道。逻辑信道在传输过程中要被放在某个物理信道上。物理信道上。–为了节省无线资源，信道按一定方式构成组合信道，每个组合信道占用一个物理信道。常用的三种组合信道个物理信道。常用的三种组合信道–TCH+FACCH+SACCH；–BCH+CCCH（PCH/RACH/AGCH）；10©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved）；–SDCCH+SACCH。GSM系统网络架构（6）GSM数据结构由时隙(TimeSlot)、帧(Frame)、复帧、超帧(SuperF)和超高帧分层构成GSM系统网络架构（6）Frame)和超高帧分层构成。复帧结构有两种类型：由26个TDMA帧组成的复帧，用于TCH、SACCH和FACCH；11©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved由51个TDMA帧组成的复帧，用于BCCH和CCCH。GSM系统信令结构GSM系统信令结构数据链路层（L2）数据链路层（L2）当数据通过物理层在收发之间进行传送时，需要把这些数据变成码流而且提供定的纠错能力能够完成这些功能的信令协议处于流，而且提供一定的纠错能力，能够完成这些功能的信令协议处于数据链路层。该层协议基于ISDN的D信道链路接入协议LAPD，但做了一定的修改，称作LAPDm。了定的修改，称作。网络层（L3）无线资源管理子层RR:控制设置，保持及终止无线和固定信道，包括切换；移动性管理子层MM:管理位置更新、登记手续、安全和鉴定；连接管理子层CM，管理一般的呼叫控制、补充业务和短消息服务。12©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedGPRS系统（1）GPRS系统（1）GPRS：是GeneralPacketRadioService的缩写，中文可译为通用分组无线业务，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载系统。13©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedGPRS系统（2）GSM系统采用电路交换方式主要用于语音通话数据GPRS系统（2）GSM系统采用电路交换方式，主要用于语音通话，数据传输速率为9.6kb/s，缺乏高速数据承载业务；移动通信网上数据业务量增加，GSM网向3G演进的第一步是增强数据传输能力，有两种高速移动数据规范:HSCSD(High-SpeedCircuit-SwitchedData)高速电路交换数据业务，同时利用4个14.4kbps的时隙以电路交换高速电路交换数据业务，同时利用个.bps的时隙以电路交换方式提供57.6kbps的信息传输速率GPRS(GeneralPacketRadioService)GPRS(GeneralPacketRadioService)通用分组无线交换业务，采用分组交换的统计复用技术，达到最高115.2kb/s的数据传输速率14©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved高115.2kb/s的数据传输速率GPRS系统（3）分组的统计复用GPRS系统（3）分组的统计复用用户A用户B用户C时隙12345678多个用户共用一个时隙用户A用户B用户C一个用户使用多个时隙最多占用8个时隙15©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReserved时隙12345678隙最多占用个时隙GPRS系统（4）将分组交换模式引入到GSM网络中从而提高了资源利GPRS系统（4）将分组交换模式引入到GSM网络中，从而提高了资源利用率。GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源并将GPRS可以使多个用户共享某些固定的信道资源，并将每个时隙的传输速率从9.6kb/s提高到14.4kb/s。当使用8个时隙传送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率8个时隙传送数据，在全速移动和大范围覆盖时的数据率可以达115.2kb/s，并能支持Internet的IP协议及X.25协议。实现GPRS网络需要在GSM网中引入新的网元、接口和通信协议。通信协议。16©2004,CCIDConsulting(HK8235)AllRightsReservedGPRS的实现GPRS的实现因特网GPRS主干PCUSGSNGGSN防火墙BTSBSC主干IP网络PCUSGSNGGSN7#信令MSC/VLRGSM网GPRS网VLRHLRGPRS网有PCU：Pack