第3章移动通信网络

1、第3章 移动通信网络3.1 移动通信的概述移动通信的概述3.2 GSM移动通信系统移动通信系统3.3 GPRS移动通信系统移动通信系统3.4 CDMA移动通信系统移动通信系统3.5 第三代移动通信系统第三代移动通信系统3.6 第四代移动通信第四代移动通信本章小结本章小结课后习题课后习题本章主题 了解移动通信的发展历程及特点 熟悉GSM的技术规范 掌握GSM系统结构及主要接口 熟悉GPRS系统 熟悉CDMA的系统结构 熟悉第三代移动通信的三种标准 了解第四代移动通信的发展3.1移动通信的概述3.1.1移动通信系统的发展 移动通信是指通信的双方或至少一方在运动的状态下进行信息交换。移动通信到现在共

2、经历了四个阶段。未来移动通 信系统的发展方向是个人通信。3.1.2移动通信的特点 1.用户的移动性 2.电波传播 3.噪声和干扰严重 4.系统和网络结构复杂 5.有限的频率资源 3.1.3 移动通信的分类按设备的使用环境分类可分为：陆地移动通信、海上移动通信、航空移动通信、地下隧道矿井、水下潜艇和太空航天等移动通信。按传输信号的不同可分为模拟通信系统和数字通信系统。按服务对象的不同可以分为公用移动通信和专用移动通信。常见的几种移动通信系统如下：1.集群移动通信系统 概念及特点 2.公用移动通信系统 3.移动卫星通信系统4.无绳电话系统 5.无线寻呼系统3.1.4 移动通信的传输模式传输模式共有

3、三种：单工、半双工和全双工。3.1.5移动通信的困惑 提出了五个问题，并回答了五个问题 解决困惑一：基站如何区分手机的解析困惑二：手机如何找到基站解析困惑三：基站如何找到手机解析困惑四：如何识别手机的身份解析困惑五：如何保证移动着打电话不会出问题3.1.6移动通信的基本技术1.移动通信网的覆盖方式 大区制 小区制2.移动通信网中的多址接入 多址方式一般分为分时多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、频分多址（FDMA）。目前移动通信中常用的是TDMA、FDMA、CDMA以及他们之间的组合。FDMA频分多址是把通信的总频段划分成若干等间隔的频道分配给不同的用户使用，这些频道也称为信道。FDMA系

4、统中的干扰问题FDMA系统的特点TDMA时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每个时隙就是一个通信，分配给一个用户。TDMA的帧结构TDMA系统的特点CDMACDMA的技术是直接序列扩频技术。CDMA的特点CDMA系统存在的问题3.通信网中的分集接收 为对抗无线信道的时变衰落，可以采用多种措施，如信道的编码解码技术、抗衰落接收技术、扩频技术、分集接收技术。其中分集接收技术被认为是最明显有效且经济的抗衰落技术。3.2 GSM移动通信系统3.2.1 GSM系统概述 GSM(Global System for Mobile Communication ),中

5、文全名为全球移动通信系统，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是当前发展最成熟的一种数字移动通信系统。GSM系统属于第二代数字移动通信系统。1.GSM系统的特点2.GSM系统的工作频段3.2.2GSM系统结构 一个完整的GSM系统主要是由交换系统和基站系统组成，此外还有大量移动台作为用户接入移动通信网的用户设备。1.移动台（MS） 移动台（MS，Mobile Station）就是移动客户设备部分，它由两部分组成，分别是移动终端和用户识别卡。2.基站子系统（BSS） BSS是在一定的无线覆盖区域中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送/接收和无线资源管理的功能。功能实体一

6、般可以分为基站控制器BSC和基站收发信台BTS。3.网络交换子系统（NSS） NSS具有系统交换功能和数据库功能，数据库中存有用户数据及移动性、安全性管理所需的数据，在系统中起到管理作用。4.运营支撑子系统（OSS） OSS的主要功能是移动用户管理、移动设备管理以及网络操作和维护。移动用户管理包括用户数据管理和呼叫计费。移动设备管理是由移动设备识别存储器（EIR）来完成的。3.2.3GSM系统的主要接口1.GSM系统的主要接口 A接口，Abis接口和Um接口。2.NSS的内部接口 B-G六个接口都是由MAP（移动应用部分）支持的，称为MAP接口。3.GSM系统与其他电信网的接口3.2.4GSM

7、业务处理流程1.GSM号码规划2.拨号方式3.2.5GSM网络的用户管理1.GSM网络的用户状态 MS开机 MS关机 MS忙2.周期性位置更新3.初始化4.位置更新5.切换6.寻呼3.3 GPRS移动通信系统3.3.1GPRS系统概述 GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务) 是在现有的GSM移动通信系统基础之上发展起来的一种移动分组数据业务。它在GSM数字移动通信网络中引入分组交换功能实体，以支持采用分组方式进行的数据传输。3.3.2 GPRS的特点3.3.3 GPRS的网络结构 GPRS网络在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得

8、用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。3.3.4 GPRS网络主要实体 GPRS网络主要实体包括GPRS支持节点、GPRS骨干网、本地位置寄存器HLR、短消息业务网关移动中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS-IWMSC)、移动台、移动交换中心（MSC)、拜访位置寄存器（VLR)、分组数据网络(PDN)等。3.4 CDMA移动通信系统3.4.1 CDMA系统的概述 1.CDMA 定义 CDMA (Code Division Multiple Access，码分多址)是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技

9、术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 2.CDMA的技术背景 CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验

10、，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。 3.CDMA的技术标准的技术标准 CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是CDMAONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准，支持1.

11、9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kbps数据业务的支持。其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期，提出了1X和3X的发展策略，但随后的研究表明，1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。 4.CDMA的技术特点 1）CDMA是扩频通信的一种，它具有扩频通信的以下特点； 2）在扩频

12、CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点 。3.4.2CDMA的关键技术 1.扩频技术 2.功率控制技术3.4.3 CDMA的优势1、 系统容量大系统容量大 2、系统容量的配置灵活、系统容量的配置灵活 3、通话质量更佳、通话质量更佳 4、 频率规划简单频率规划简单 5、建网成本低、建网成本低 3.5 第三代移动通信系统3.5.1 3G的概述 当前第三代移动通信的发展目标1.第三代移动通信系统的标准2.第三代移动通信的核心网络3.第三代移动通信系统的特点4.3G技术比较 1）3G技术总体比较 2）3G后续技术比较5. 2G向3G移动通信系统的演进 1）标准组织 2）3G演进策

13、略3）演进途径6.宽带无线技术标准的发展7.3G的三种主流标准 1）WCDMA 2)CDMA2000 3)TD-SCDMA3.5.2 CDMA2000CDMA2000移动通信系统在无线接口方面的特征。1.CDMA2000的核心网结构 1）电路域-CS域 2）分组域-PS域2.CDMA2000的接口 1）CS域接口 2）接口协议的简单介绍 3）PS域接口3.5.3 WCDMAWCDMA第三代移动通信系统是从GSM移动通信系统经GPRS系统平滑过渡而成的。从GSM系统发展到GPRS系统，主要是在GSM系统中增加了通用分组无线业务部分而成的。从GPRS系统发展成WCDMA是改造了基站子系统部分而成的

14、，GPRS系统用的是频分/时分多址方式，WCDMA用的是码分多址，基站部分必须全面更新，因而从2.5代的GPRS系统过渡到WCDMA所需要的投资是巨大的。WCDMA系统由无线网络子系统RNS和核心网CN组成。3.5.4 TD-SCDMA时分时分-同步码分多址存取同步码分多址存取（英文：Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，缩写为：TD-SCDMA），是ITU批准的三个3G标准中的一个，相对于另两个主要3G标准（CDMA2000和WCDMA）它的起步较晚 。TD-SCDMA技术优势：TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵

15、活性、对业务支持具有多样性及成本等方面有独特优势。TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。此外，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。TD-SCDMA还具有TDMA的优点，可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例，特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。 TD-SCDMA是时分双工，不需要成对的频带。因此，和另外两种频分双工的3G标准相比，在频率资源的划分上更加灵活。 3.6 第四代移动通信3.6.1 4G简述 4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区