移动通信 Mobile Communication
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第三章 蜂窝移动通信网
移动通信面临的问题
蜂窝移动通信网
蜂窝移动通信网的演进与全IP网络
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1. 移动通信面临的问题
频谱资源问题 ：(用户容量，业务容量)
信号传输问题：多径信道，信号衰减和衰落
信号干扰问题：邻道，同信道，多径，互调
安全保密问题：
终端的便携性问题：体积，功耗，重量有限
移动通信要解决终端的移动性问题
(必须采用无线电波进行传播)
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问题1：用户容量问题
已有的解决方案：
用户密度增加，蜂窝化，蜂窝微小化，蜂窝裂化
无线频谱资源增加，更宽的带宽
数字化，新的信道编码方案，提高频率复用因子
新的调制技术
新的多址方式，CDMA实现频率复用因子为1
信号处理技术，智能天线，多用户检测
功率控制
……
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问题2：业务容量问题
将来的方案：
信源编码
更宽的带宽资源
OFDM
MIMO天线系统
高阶调制，自适应调制编码
自适应功率分配(MIMO，OFDM)
……
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移动通信网的频率配置
系统或使用部门
上行频率/MHz
下行频率/MHz
中国联通CDMA
825~835
870~880
中国移动GSM室内分布系统
885~890
930~935
中国移动GSM900
890~909
935~954
中国联通GSM900
909~915
954~960
中国移动DCS1800
1710~1720
1805~1815
中国联通DCS1800
1745~1755
1840~1850
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2. 蜂窝移动通信网
蜂窝的概念
蜂窝移动通信网结构网络协议
越区切换策略
越区切换
位置管理
鉴权和安全
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蜂窝的概念
大区制
小区制
小区的图案
小区频率规划
提高系统容量常用措施
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大区制
前身---“大区制”系统
在蜂窝出现以前，是大区制。就是在一个服务区域(如一个城市)内只有一个或几个基站（Base Station，BS），并由它负责移动通信的联络和控制。
通常为了扩大服务区域的范围， 基站天线架设得都很高， 发射机输出功率也较大(一般在200 W左右)， 其覆盖半径大约为30～50 km。
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小区制
蜂窝系统---“小区制”系统
蜂窝的基本思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个大的发射机（大覆盖区）
六边形的“蜂窝”是简化的基站覆盖模型，实际的小区形状是不规则的
随着服务需求的增加，基站的数目可能会增加（为了避免增加干扰，发射机功率相应减少），从而提供更多容量，但未增加额外频率
每个小区（半径为2～20 km， 目前小的有1～3 km，有的城市为500 m）各设一个小功率基站，发射功率一般为5～20W。
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蜂窝的优缺点
蜂窝系统---“小区制”系统
“频率复用”的概念
特点：提高了频率利用率，用户容量大
相同的信道组可以覆盖不同的小区，只要小区间距离足够远。
为系统中所有基站选择和分配信道组的设计过程称为频率规划，或频率复用。
新的问题：系统网络复杂，越区切换，漫游，位置登记、更新和管理以及系统鉴权等功能要求高；基站增加，成本增加。
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小区簇的确定
基站发射机可在小区中心（中心激励），或在六个小区定点中的三个之上（顶点激励）
假定：有S个可用双向信道，每个小区分配k个信道，S个信道在N个小区中分为独立的信道组，那么可用信道的总数为：S=k*N
共同使用全部可用频率的N个小区称为一个“簇”，如果簇在系统中复制了M次，双向信道的总数C可以作为容量的度量：C=M*S
1
3
2
2
1
3
2
2
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小区频率分布
簇N的大小值表示：在保持令人满意的通信质量时，移动台或基站可承受的干扰
从设计的观点，N尽量取最小值，目的是在一定的覆盖范围内获取最大容量
蜂窝复用因子为1/N
3小区，N=3，D=3R
4小区，N=4，D=
7小区，N=7，D=
1
3
2
2
1
3
2
2
2
1
3
4
5
6
7
1
1
3
6
6
2
7
4
3
3
4
5
7
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小区分裂与扇区化
用户密度不等的小区结构
扇区化小区
1
6
2
4
5
3
1
6
2
4
5
3
1
6
2
4
5
3
1
6
2
4
5
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
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小区频率规划
在蜂窝移动通信网络中，同信道干扰问题已在分群时考虑， 保证有足够的防护比，而邻道干扰的问题则在信道分配时应加以考虑。
等频距分配法：
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信道分配
固定的信道分配：
每个小区分配给一组预先确定好的话音信道，即基站的频点是固定不变的
控制方便，投资少
但信道的利用率较低。当一个基站的信道全忙时，邻近的信道即使空闲也不能使用。
动态信道分配：
使信道的配置方法能够随移动通信网的地理分布及业务量大小的变化而变化
频谱的利用率大约可提高20%
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蜂窝移动通信网结构
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系统组成--无线基站子系统(BSS)
通过空中接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理，由MSC控制。
1) 基站控制器（BSC）：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。
2) 基站收发信台（BTS）：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
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系统组成--交换网路子系统（NSS)
1) 移动业务交换中心（MSC）：
是GSM 系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台（MS）进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
2) 访问用户位置寄存器（VLR）：
是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。
3) 归属用户位置寄存器（HLR）：
是一个数据库，是存储管理部门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，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。
4) 鉴权中心（AUC）：
用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的参数的功能实体。
5) 移动设备识别寄存器（EIR）：
是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。
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系统组成--操作维护子系统（OSS)
主要是对整个GSM网路进行管理和监控。
通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。
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通信网络接口
包括Sm接口，Um接口，Abis接口，A～G接口
不同的系统有不同的信令接口协议。
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2. 3 传输链路的标准
基站与交换机、交换机和固定网络可采用有线链路(光纤、同轴电缆)或无线链路(如微波等)
北美、日本
欧洲
标志
信息速率(Mbps)
电话路数
标志
信息速率(Mbps)
电话路数
T-1
24
E-1
30
T-1C
48
E-2
120
T2
96
E-3
480
T3
672
E-4
1920
T4
4032
E-5
7680
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2. 4 蜂窝系统的覆盖
蜂窝系统的覆盖范围：指接收端接收到的信号质量(SINR)满足业务要求。
一般蜂窝系统的链路计算
+
移动台发射功率，dBm
Pm
+
发射天线增益，dBi
Gm
-
传播损耗中值，dB
Lmed(d)
+
小区接收天线增益，dBi
Gc
-
小区电缆损耗，dB
Lrc
-
噪声与其它用户干扰，dB
(N+I)
+
接收机的处理增益，dB
PG
=
平均接收SNR中值，dB
SNRmed
-
所需的SNR，dB
SNRreq
=
所需的SNR容限，dB
MdB
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2. 5 蜂窝系统的性能准则
话音质量：在一个给定值下，认为话音质量或优良的用户百分比，分为5级
CM5：优秀 (话音完全能听懂)
CM4：良好 (话音容易听懂，但有噪声)
CM3：一般 (话音可听懂但有一点困难，偶尔重发)
CM2：差 (在相当的努力下话音才可懂)
CM1：不可用
服务质量
覆盖范围
服务等级
呼叫丢失率
特殊服务种类
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蜂窝系统的容量
系统的容量包括两方面的概念：
用户容量，即系统可以同时接纳的用户数目
业务容量，即系统允许同时传输的数据量(满足一定的QoS要求)
对于单蜂窝系统，在加性高斯噪声下，FDMA/TDMA/CDMA具有相同容量，CDMA容量大的原因是从多蜂窝的角度
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鸡尾酒会
FDMA（频分多址）
一个很大的房间被做成很多的隔断，每一隔段里有一对人正在交谈。这样由于隔断的分隔，谈话者不会听到其他人的交谈。这就象一个“FDMA”系统。
TDMA（时分多址）
TDMA可以在FDMA的基础上进一步类比，可以把隔断做得大些，这样一个隔段可容纳几对交谈者。但在每一个隔段中只能同时有一对人讲话。如果再把交谈的时间按交谈者的数目分成若干等分，就成为一个“TDMA”系统。
CDMA（码分多趾）
一个宽敞的房间，宾客正两两一对进行着交谈。假设每一对人使用一种语言，有说英语的、中文的、日语的等等，所有交谈的人都只懂一种语言。于是，对于正在交谈中的任何一对来说，别人的交谈声无疑是一种背景噪声这就是一个“CDMA”系统。
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频率再用
蜂窝通信系统所以能提高通信容量, 其原因是采用了频率再用技术。
即把蜂窝系统中小区分成许多区群, 每区群K个小区
再把总频段分成M个频道, M=W/B,B 为频道宽度,W 为总频段数值, 并把这些频道互不重复地分成K个频组, 每组指配给一个区群的K个小区使用
因为不同区群在地理上有一定距离, 只要这距离足够大, 则可以把这个频道按相同的方法指配给不同区群的小区使用, 而不产生明显的干扰。
显然, 在总频道数不变的条件下, 区群的小区数目越小, 分配给各小区的频道数M/K越大,系统的通信容量也越大。
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多址技术与系统容量
FDMA
由于其抗干扰特性较差, 要求各区群之间的距离比较大, 所以必须采用7小区或更多小区的频率复用方式
TDMA
采用了先进的编码技术，通信系统的抗干扰性高得多，在话音质量要求相同的情况下,所需的载干比可以降低, 即可采用3小区或4小区
CDMA
它是用码型来区分不同的信道, 因而对同频干扰有天然的抵抗能力, 可采用1小区复用, 即所有蜂窝小区都可以使用同一频率，限制系统容量的原因是系统中存在背景干扰, 即任何一个用户的信号都受到其它用户信号的干扰, 用户越多, 背景干扰越严重
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常用概念
噪声
干扰
爱尔兰
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噪声---分类与特性
分类：1、内部噪声，2、人为噪声，3、自然噪声
等效噪声系数
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噪声---人为噪声
移动信道中，人为噪声主要是车辆的点火噪声。
统计测试表明，噪声强度随地点的分布近似服从对数正态分布。
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噪声环境下---语音质量的恶化
噪声环境下，语音服务质量将恶化
车辆行进的动态条件下，恶化量为达到静态条件下一样的语音质量所需的接收电平增加量。
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噪声---发射机边带噪声和寄生辐射
发射机边带噪声
发射机的寄生辐射
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干扰
同频干扰
邻道干扰
互调干扰
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1. 同频干扰
指无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。
频率复用技术使得小区不断分裂，基站服务区不断缩小，大量的同频干扰将取代人为噪声和其它干扰，成为对小区制的主要约束。
移动环境将由噪声受限环境变为干扰受限环境。当同频干扰的载波干扰比小于某个特定值时，就会影响到通话质量，严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。
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同频道干扰保护比指标
接收机输出端有用信号达到规定质量的情况下，在接收机输入端测得有用射频信号与同频无用射频信号之比的最小值， 称为同频道干扰保护比。
静态同频道干扰保护比。
对于三级话音质量其下限信噪比为14 dB。 对应的有用信号与干扰信号之比为8 dB。
对于四级话音质量其下限信噪比约为25 dB。同频道干扰保护比要求大于等于12 dB。
同频道干扰概率。
同频道干扰概率规定为10%。
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解决方法
蜂窝网中，使两个同频小区保持必要的距离是保证同频道干扰保护比达到指标要求的主要办法。
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2. 邻道干扰
工作在k频道的接收机受到工作于k±1频道的信号的干扰，即邻道（k±1频道）信号功率落入k频道的接收机通带内造成的干扰称为邻频道干扰。解决邻频道干扰的措施包括：
降低发射机落入相邻频道的干扰功率，即减小发射机带外辐射；
提高接收机的邻频道选择性；
在网络设计中，避免相邻频道在同一小区或相邻小区内使用，以增加同频道防护比。
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3. 互调干扰
当两个或多个干扰信号同时加到接收机时，由于非线性的作用，这两个干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机，其中三阶互调最严重。
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发射机互调干扰
一部发射机发射的信号进入了另一部发射机，并在其末级功放的非线性作用下与输出信号相互调制，产生不需要的组合干扰频率。减少措施：
加大发射机天线之间的距离；
采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔；
提高发射机的互调转换衰耗。
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接收机互调干扰
多个强干扰信号进入接收机前端电路时，在器件非线性作用下，干扰信号互相混频后产生落入接收机中频频带内的干扰。减少措施：
提高接收机前端电路的线性度；
在接收机前端插入滤波器， 提高其选择性；
选用无三阶互调的频道组工作。
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无三阶互调干扰的信道组
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爱尔兰
1. 呼叫话务量
话务量是度量通信系统业务量或繁忙程度的指标。
所谓呼叫话务量A，是指单位时间内（1小时）进行的平均电话交换量，单位是爱尔兰。
C：每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫失败的次数）；
t0：每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续时间和通话时间）。
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例子
设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分钟，则这些信道上的呼叫话务量：
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2.呼损率
当多个用户共用时，通常总是用户数大于信道数，会出现许多用户同时要求通话而信道数不能满足要求的情况。
在一个通信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，即呼损率（B）
呼损率B为
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呼损率
设A′为呼叫成功而接通电话的话务量，简称为完成话务量；
C为总呼叫的次数；C0为一小时内呼叫成功而通话的次数; t 为每次通话的平均占用信道时间， 则
完成话务量A′为
（A-A′）为损失话务量
呼损率
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呼损率
呼损率B愈小，成功呼叫的概率越大，用户就越满意。
呼损率也称为系统的服务等级GOS（the Grade Of Service）。
例如，某系统的呼损率为10%，即说明该系统内的用户每呼叫100次，其中有10次因信道被占用而打不通电话。
要想使呼损减少，只有让呼叫流入的话务量减少，即容纳的用户数少一些，这是不希望的。可见呼损率和话务量是一对矛盾，即服务等级和信道利用率是矛盾的。
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3.繁忙小时集中度(K)
繁忙小时集中度K一般为8%~14%
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4.每个用户忙时话务量
假设每一用户每天平均呼叫次数为C，每次呼叫平均占用信道的时间为T（单位为秒），忙时集中率为K，则每个用户忙时话务量为
Aa为最忙时间的那个小时的话务量，它是统计平均值。
例如，每天平均呼叫3次，每次的呼叫平均占用时间为120秒， 忙时集中度为10%(K=)，则每个用户忙时话务量为 Erl/用户。
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例如：接上题，一个系统采用5小区复用模式，并且，系统共有25个双工语音信道，小区用户数100.则：
小区忙时话务量*100=1
每个小区的信道数为25/5=5
系统阻塞概率可查表：1%
阻塞概率/服务等级为2%时，小区/信道/服务区能承载的用户数？
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Erl损失概率表
B:阻塞概率/服务等级 n：信道数
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Erl损失概率表
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Erl损失概率表
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协议---OSI参考模型
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移动通信协议分层简单模型
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OSI模型中的基本术语
协议：Protocol，指各同名层间的通信规约
实体：Entity，指各个功能层中实现各个功能的模块
服务：Service，在各功能层中，低层向高层提供什么的层服务
服务接入点：SAP，指相邻功能层间的接口
原语：Primitive，指功能层间交换的信息
Request 原语，应答为Confirmation原语
Indication原语，应答为Response原语
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信令
基本概念：
指在通信网中传输，与通信有关的一系列控制信号。
信令：不同于用户信息
信令通常需要在通信网络的不同环节中传输，各环节进行分析处理并通过交互作用而形成一系列的操作和控制。
目的：是保证用户信息有效且可靠的传输。
信令的内容
包括呼叫建立、监控、拆除、网络管理控制等信息
信令分类：
接入信令：用户到网络节点间的信令
网络信令：网络节点间的信令
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1. 接入信令
移动通信中：移动台到基站之间的信令
主要包括呼叫管理，移动管理和无线资源管理
不同系统有不同的信令
包括数字信令和模拟音频信令
信令基本格式为：
前置码(P)，字同步(SW)，地址或数据(A或D)，纠错码(SP)等
P
SW
A or D
SP
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2. 接入信令传输协议
移动通信的空中接口信令分三个层次。
信息传输包括：无证实和有证实(应答)两种
消息
第三层
网络层
地址段
控制字段
长度指示段
信息段
填充段
第二层
链路层
物理帧
第一层
物理层
逻辑信道
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3. 接入信令传输方式
采用端到端的信息传输处理方式
信息通过原语传送到下层，形成物理帧，通过无线接口到接收端，再通过原语传送到对应端。
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4. 网络信令
常用的网络信令为7号信令
7号信令又称为公共信道信令，以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路信令的信令方式，通常用于局间。
在我国使用的7号信令系统称为中国7号信令系统。SS7网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上，是支撑网的重要组成部分。
7号信令网络是与PSTN平行的独立网络
包括信令点(SP)、信令链路和信令转移点(STP)
信令点包括业务交换点(SSP)和业务控制点(SCP)
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5. 信令应用
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越区切换
基本概念：Handover
指正在进行的无线通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。
发生在移动台从一个基站覆盖的小区进入另一个基站覆盖的小区情况下，为保持通信的连续性，所进行的无线链路转移工作。
越区切换是蜂窝移动通信系统不可避免的。
越区切换的分类
硬切换，GSM，不同频
软切换，CDMA，同频
切换策略
当移动台在通话过程中，从一个基站移动到另一个基站时，MSC自动地讲呼叫转移到新的信道上
这种切换不仅要识别一个新的基站，而且要求将语音和控制信号分配到新的基站的相关信道上
许多切换策略都是切换请求优于呼叫初始请求
切换必须要顺利完成，并尽可能少的出现，并使用户察觉不到
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切换方法
为了适应切换策略，设计者必须要指定一个启动切换的最恰当的信号强度。
将某个特定信号强度指定为基站接收机可接受话音质量的最小可用信号（-90dbm__-100dbm），稍强一点的信号就可以作为启动门限。
其中的间隔表示为Δ，
Δ太大，切换次数多增加MSC负担； Δ太小，可能因为信号太弱而掉线（图）
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切换要点
决定何时切换时，要保证检测到的信号电平的下降不是因为瞬间的衰减，而是由于移动台正要离开当前的基站
为了保证这点，需要对信号监测一段时间，对信号能量的连续的平均测量优化
决定切换进行的时间长短，取决于车辆的行驶速度，如果在固定时长内的平均信号强度很陡，要进行快速切换
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驻留时间
呼叫在一个小区内没有经过切换的通话时间称为驻留时间
每个用户的驻留时间受一系列参数的影响：传播、干扰、用户和基站的距离扥
即使用户是静止的，基站和移动台附近也可能产生衰减，驻留时间也不固定
驻留时间取决于用户的移动速度和无线覆盖的类型
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切换比较
一代模拟蜂窝中，信号强度的检测是在MSC管理下由BS完成的，每个BS连续地检测它的所有反向话音信号强度
二代中，由移动台辅助完成是否切换。每个移动台测量从周围基站中接收到的信号功率，并将结果连续地报告给BS
当相邻小区高于当前基站一定电平，或维持了一段时间，就决定切换
当移动台进入不同MSC控制的蜂窝中去，就变成了漫游用户
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切换中的问题
优先切换
伞状小区法：解决高速和低俗速用户的问题，是高速用户的切换次数降低
小区拖尾：用户以非常低速度离开基站时，平均信号衰减不快，不做切换
一代中：切换时长10s, Δ在6-12db
二代中：切换时长1-2s, Δ为0-6db
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1. 硬切换
在FDMA和TDMA系统中，所有的切换都是硬切换。
当切换发生时，手机总是先释放原基站的信道，然后才能获得新基站分配的信道，是一个“释放-建立”的过程，切换过程发生在两个基站过度区域或扇区之间。
若在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换，产生所谓的"乒乓效应"。这样给交换系统增加了负担，也增加了掉话的可能性。
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2. 软切换
在CDMA系统中，切换的情况有所不同。
当一部手机处于切换状态下同时将会有两个甚至更多的基站对它进行监测，系统中的基站控制器将逐帧比较来自各个基站的有关这部手机的信号质量报告，并选用最好的一帧。
切换是一个"建立-比较-释放"的过程，我们称这种切换为软切换。
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3. 更软切换
在CDMA系统中还有一种切换称为“更软切换”。它指发生在同一基站具有相同频率的不同扇区间的切换。
CDMA系统中还可以提供导频引导的不同载波间的切换，以及软件控制的一些切换。所有这些切换措施都为CDMA系统带来了更可靠的无线通路。
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4. 越区切换的问题和性能指标
越区切换的问题
越区切换的准则，何时需要进行越区切换---when
越区切换如何控制 --- How
越区切换信道如何分配 --- what
性能指标
失败概率
因越区切换失败而使通信中断的概率
越区切换的速率
越区切换引起的通信中断的时间间隔
越区切换发生的时延
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5. 越区切换的准则
通常根据移动台处接收的平均信号强度，或移动台的S/N或误比特率等参数来确定
准则1：相对信号强度准则
准则2：具有门限规定的相对信号强度准则
准则3：具有滞后余量的相对信号强度准则
准则4：具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则
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6. 位置管理
Why：移动用户的位置变化，为了将一个呼叫传送到移动用户，必须有一个位置管理系统来跟踪用户的位置变化
位置管理：原籍位置寄存器和访问位置寄存器
位置管理的任务：位置登记和呼叫传递，位置更新
位置管理涉及到网络的处理能力和通信能力
目的：以尽可能小的处理能力和附加业务量，来最快的确定用户位置。
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7. 位置更新
位置更新：解决移动台发现位置变化后及时报告它的当前位置
寻呼：如何有效的确定用户在哪个小区
目的：以尽可能小的处理能力和附加业务量，来最快的确定用户位置。
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8. 位置登记和呼叫传递
位置登记
系统将覆盖区域分成若干登记区RA
用户在新RA对应的VLR中登记
修改HLR中该MT的VLR值
在旧的VLR中注销MT（移动终端）
呼叫传递 (寻呼)
确定MT的VLR
确定MT访问的小区
位置更新策略
基于时间的位置更新策略
基于移动的位置更新策略
基于距离的位置更新策略
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鉴权和安全
GSM信号通过空中传播 开放式环境，信号可被截获，窃听，泄漏(移动商务)
GSM的安全措施：
鉴权：确认用户具有的各种权利
用户对基站鉴权，基站对手机鉴权
基站对用户鉴权，基站用户相互鉴权
加密：对信息进行加扰，防止第三者窃听。
原始信息加密
空中传输信息加密
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鉴权方法
用户入网时，得到IMSI（用户识别码）和用户鉴权Ki（用户密匙）
鉴权中心产生随机数(RAND)，通过密钥算法(A8)和鉴权算法(A3)产生密钥(kc)和符号响应(SRES)，存入HLR。
鉴权过程：
MS发出入网请求时，MSC向MS发RAND
MS利用RAND和已有的Ki，IMSI计算SRES
MS发送SRES给MSC
MSC确定SRES是否正确
四、蜂窝移动通信网的演进与全IP网络
*
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通信网络发展趋势
结构扁平、简洁
多业务综合网
核心网全IP化
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通信网络结构趋于简洁、扁平
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现有网络---单业务网独立存在
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未来网络---多业务网综合
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无线移动通信网= 无线接入网络+核心网络
蜂窝移动通信网络
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WCDMA的版本演进
3GPP完成标准化工作，主要支持3个版本
R99
每3个月更新一次
2002年3月形成稳定的商用版本
R4
支持LCR TDD（TD－SCDMA）
电路域实现控制与业务分离
R5
RAN实现控制与业务分离，实现全IP网络
HSDPA支持10Mbps传输速率
R6……
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核心网的演进
光接入 CATT/HFC 铜线/xDSL 无线/移动
网络层
链路层
物理层
接入网
核心网
IPOS
IPOF
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WCDMA系统的网络发展
基于GSM/GPRS网络
分组控制单元
A接口
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3GPP---Release99
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3GPP---R99
核心网
相当于2G的NSS
RNC
3G无线传输技术
重新定义Iu接口
Iu－CS：电路域接口
Iu－PS：分组域接口
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3GPP---R4
SGSN
RNC
GSM
BSC
WCDMA
MGW
External
IP networks
IP/ATM
Backbone
MGW
PSTN/ISDN
Other PLMN
HSS
MSC Server
MSC Server
GGSN
A
A
Iu-CS
Iu-PS
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3GPP---R4
演进内容
控制与传输分离
便于引入新的应用
便于升级网络能力
全IP的结构
电路域采用NGN结构：MSC分离为控制平面(MSC服务器)和用户平面(MGW媒体网关)
核心网引入分组传送：IP或ATM
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3GPP---R5核心网
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3GPP－R5接入网
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3GPP---R5
基于IPv6的多媒体子系统（IMS）
VoIP
MMoIP
基于IP的无线接入网
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Services and
applications
IP based core network
IMT-2000
UMTS
WLAN
type
cellular
GSM
short range
connectivity
Wireline
xDSL
other
entities
DAB
DVB
return channel:
. GSM
download channel
New radio
interface
后3G网络
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全IP网络的关键技术
全IP网络的目标
实现端到端的QoS
衡量QoS的标准
延时
延时抖动
包丢失率
不同的物理层
各种层2技术
IP传输层
IP之上的各种协议
各种业务应用
QoS
开放
接口
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小结
蜂窝移动通信网的系统概念，包括
网络系统结构、基本概念
相互间的协议、信令
讨论：蜂窝移动通信系统的问题：
越区切换
位置更新
鉴权、加密
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总结
移动通信面临非常恶劣的无线移动环境，需要充分利用编码，调制，天线阵列，信号处理，资源管理等技术，以提高用户容量和业务容量
蜂窝移动通信的网络与有线网络有许多不同
未来蜂窝移动通信的网络发展趋势是全IP网络
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数字蜂窝移动通信网与模拟蜂窝移动通信网的区别在于：
模拟蜂窝移动通信网的MSC包含移动性管理和用户鉴权及认证。
而数字蜂窝移动通信网将移动性管理和用户鉴权及认证从MSC中剥离出来，设置了原籍位置寄存器(HLR)，访问位置寄存器(VLR)来进行移动性管理。
还包括设备标志寄存器(EIR)，认证中心(AUC)和操作维护中心(OMC)等。
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1、Sm接口，人机接口
2、Um接口，移动台与基站之间的无线接口
3、A接口，基站与移动交换中心间的接口
4、ABis接口，基站控制器(BSC)和基站收发信机(BTS)之间的接口
5、B接口，移动交换中心（MSC）和访问位置寄存器（VLR）之间的接口
6、C接口，移动交换中心（MSC）和原籍位置寄存器（HLR）之间的接口
7、D接口，原籍位置寄存器（HLR）和访问位置寄存器（VLR）之间的接口
8、E接口，移动交换中心（MSC）之间的接口
9、F接口，移动交换中心（MSC）和设备标志寄存器（EIR）之间的接口
10、G接口，访问位置寄存器（VLR）之间的接口
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时分复用中的准同步数字复接。
PDH：一次群，二次群，三次群，四次群
通常每个基站要求支持50路话音呼叫，每个交换机可以支持100个基站。
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1。内部噪声：系统设备内部产生的噪声，如电阻中的热噪声，随机噪声
2。依据噪声特征分为：脉冲噪声和起伏噪声
脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，脉冲噪声建议较宽频带。
3。T0为参考绝对温度(290K)
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OSI：开放系统互联参考模型
分层的目的：将复杂的协议系统分成许多相对独立而又互相联系的功能层。
分层的原则：相同的功能放在同一层；各层功能应相对独立；分层的层间信息流量应最少；分层的层数应适中。
OSI七层模型：层与层之间的通信连续称作接口，端于端之间同名层的逻辑叫做分层协议。
OSI七层模型包括物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层
物理层：通信实体与传输介质的界面。规定建立、保持和拆除物理信道的有关特性。
数据链路层(DLC)：提供一条无差错的数据链路。包括建立信道，差错控制，流量控制，帧编号等
网络层：处理报文分组，完成分组的多路复用与分组交换，以及通信子网络间的数据传输
传送层：也叫运输层，提供透明的端---端间的逻辑信道，包括多路复用，最有效地利用网络条件
会话层：建立、控制和终止终端用户的应用进程间的逻辑信道的连接等
表示层：为用户提供一系列统一的数据表示方法。
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音频信令：常用于有线电话中，如单音频信令，双音多频信令(DTMF)等
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物理层在物理信道上形成许多逻辑信道，如广播信道(BCH)，随机接入信道(RACH)，接入允许信道(AGCH)和寻呼信道(PCH)等，这些信道按照一定的规则复接到物理层的具体帧中。
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MTP：消息传递部分，提供无连接的消息传输系统
SCCP：信令连接控制部分，提供用于无连接和面向连接业务所需的对MTP的附加功能。SCCP提供地址的扩展能力和四类业务，包括0类是基本的无连接业务；1类为有序的无连接业务；2类是基本的面向连接型业务；3类是具有流量控制的面向连接型业务。
ISDN-UP：ISDN用户业务，包括基本的承载业务和信道ISDN补充业务。
ICAP：事务处理能力应用部分，提供与电路无关的信令应用之间交换信息的能力。
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硬切换：指新的连接建立以前，先中断旧的连接
软切换：维持旧的连接，同时建立新的连接
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并不安全：信令分析仪。我们做的信令分析仪可以解开这些东西。
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CSCF: Call Sate Control Function
MSC: Mobile Switch Center
SGSN: Serving GPRS Support Node
GGSN: Gateway GPRS Support Node
MGCF: Media Gateway Control Function
HSS: Home Subscriber Server
