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1、移动通信技术浅谈,2007年4月,一、基础概念,通信网组成,接入网：AN、ADSL、VDSL、PLC、BSC/BTS、RNC/NodeB、WLAN、WIMAX 传输网：ATM、SDH、WDM、PDH 业务网（基础业务）：GSM、CDMA、PSTN、IP、VOIP 增值业务：彩铃，飞信 用户驻地网 信令网：No7 同步网 网管网：TMN,用户终端,话务量： 话务量是指通信设备被占用的程度 话务量公式为：A=C x t ，C是呼叫次数，单位是个，t是每次呼叫平均占用时长，单位是小时 单位为erl（爱尔兰）。 接通率：接通次数/试呼次数 拥塞率：拥塞次数/试呼次数 忙时话务量 早忙时 晚忙时 BHC
2、A 忙时试呼次数 用于衡量交换机呼叫处理能力 dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率） 中继,基本概念,基本概念：信令,信令是通信网的神经系统。 在通信网中任意两个用户之间建立接续必须通过相关通信设备内的机件按一定的指令及操作程序动作才可实现，完成和实现这些指令和操作程序控制的各种信令就叫电话网的信令系统 用户线信令 局间信令 交换机和交换机之间的信令，在局间中继线上传输，用来控制呼叫接续和拆线 局间信令可以分为随路信令方式和公共信道信令方式,关于No7信令,SP STP DPC和OPC SPC 国内信令点编码 本地信令
3、点编码 信令链路 信令路由 信令链路集,HSTP,SP,A面,省内信令网,B面,HSTP,HSTP,HSTP,HSTP,HSTP,LSTP,LSTP,LSTP,LSTP,LSTP,LSTP,SP,SP,SP,SP,全国信令网结构示意图,移动通信技术发展历程,多址技术,多址技术-SDMA,空分多址大大 增加系统容量,基带数字信号处理为每条信道提供一条赋形天线发射波束,频率,提高频谱利用率是无线通信的核心问题 频率：无线信号的发射频率 联通800M CDMA频段是： 移动台：825MHz835MHz 基 站：870MHz880MHz 联通900M GSM的频段是： 移动台：909MHz915MHz
4、 基 站：954MHz960MHz 移动900M GSM的频段是： 移动台：897MHz909MHz 基 站：942MHz954MHz 1800M GSM的频段是： 移动台：1710MHz1785MHz 基站：1805MHz1880MHz 频点是给固定频率的编号。 GSM900的频段可以分成125个频点（实际可用124个）。其中195属于中国移动、96124属于中国联通。,小区,频率复用,二、GSM通信技术,GSM移动通信系统结构,终端,移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。 SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作
5、智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。,主要设备,MSC MSC是NSS的核心。 MSC是交换机，在接口上的信道与通向其它MSC或PSTN的信道之间建立交换连接、呼叫控制和计费。具有移动用户呼叫建立和控制、位置更新、切换、数据查询、移动应用、信令连接、用户保护和话音加密等移动功能。 HLR 中央数据库，存着用户所有相关数据，识别号码、访问能力、用户类别、补充业务等。 移动用户是运动的，一旦发出呼叫会出现主叫者不知被叫移动台位于何处，因此，在交换系统中需要建立一些数据库，用来保存MS的踪迹。当一个人购买了一个GSM移动机后，他的订单
6、将被登记在HLR中。HLR中包含用户信息，如补充业务和鉴权参数。 此外，还要有关MS位置的信息，即MS当前停留在哪个MSC区，这一信息将随MS的移动而相应改变。MS要把它的位置信息（经由MSC/VLR）发往它的HLR，这样便提供了能接收呼叫的先决条件。,主要设备,VLR 拜访位置寄存器（VLR）也是一个数据库，是动态数据库，它包含了当前处在本区（MSC区）的全部MS的有关信息。 当某一个MS用户漫游到新的MSC区，与该MSC连接的VLR就向其HLR请求该MS的有关数据。与此同时，其HLR将通知该MS当前正处在哪一MSC区。如果该MS用户想建立呼叫，则VLR将建立该MS用户所必须的全部信息，无需
7、每次都要传送给HLR。 AUC 存贮鉴权算法和密钥，保证各种保密参数的安全性，向HLR提供鉴权参数。 EIR 存贮移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）、确保入网移动设备是入网许可的，不是失窃的和无故障的。,主要设备,基站子系统 BSC（基站控制器）：Base Station Controller，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。 BTS（基站收发信台）：Base Transceiver Station，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
8、道加密、跳频等功能。,直放站,室内分布系统,利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖,HLR,MSC,BSC,基站,LSTP,LSTP,MSC,基站,BSC,HSTP,TMSC1,HSTP,MSC,BSC,基站,TMSC1,TMSC2,GMSC,小区,小区,小区,Um空间接口,省际汇接,PLMN,其他PLMN网,TMSC2,信令信令,话音信令,省内汇接,移动通信网络结构图,GSM系统主要接口,GSM系统的主要接口包括A接口、Abis接口和Um 接口 A接口：移动业务交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，其物理链接通过采用标
9、准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现 Abis口：基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于BTS（不与BSC并置）与BSC之间的远端互连方式，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现 Um 接口（空中接口）：为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。,信道,典型的呼叫过程,主叫：无线接入阶段和鉴权阶段,主叫：TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段,被叫：接入
10、阶段、鉴权阶段,被叫TCH指配阶段、通话阶段,开机/关机,开机与位置更新 通过BCCH得到所在地区LAI，通过RACH进行位置登记；MSC根据客户IMSI向客户所属HLR发送位置更新请求，HLR记录MSC号码并确认。MSC对应VLR记录该客户IMSI，设置“附着”标记，通知MS位置更新成功，MS在SIM卡记录该LAI。为了保证状态正确，通常采用周期性强制登记的方式，MS定期向BSC登记，发送“位置更新请求”消息。周期性登记的时间通过BCCH发送MS。 关机 最后一条RACH消息为分离消息，VLR设置“分离”标记。HLR不被通知。只有当该用户被寻呼时，才通知HLR用户已关机。,位置更新,正常位置
11、更新 周期位置更新 IMSI附着/分离,切换,越区切换：当前正在通信的移动台与基站之间的链路转移到另一个基站的过程。 越区切换从技术上可分硬切换和软切换： 硬切换：新的连接建立前，先中断旧的连接。例如GSM系统。 软切换：指既维持旧的连接，又同时建立新的连接。例如CDMA系统。,切换,漫游,漫游业务的提供分3个步骤（以固定呼叫移动为例） ： 位置更新 呼叫转移 首先呼叫转到被呼用户HLR最近的GMSC GMSC通过7号信令向HLR询问被呼MS当前的位置，或是获得MSRN GMSC利用MSRN重选接续路由，转接至MS当前位置的MSC/VLR 呼叫建立 MS当前位置的MSC/VLR根据MSRN查出
12、该MS的IMSI，将其转换成信令数据，在其控制区内的登记位置区中发出寻呼 GMSC根据HLR提供的MSRN完成漫游中的中间路由转接至MSC-V（ MS当前位置的MSC/VLR ）。,移动用户和固定用户的通话,GPRS（General Packet Radio Service）,GSM/EDGE Access Network,Circuit Switched Core Network,External Networks,MSC/VLR,GMSC,HLR,SMS WAP,BSC/PCU,PSTN,NMS,New Services: Fast data Mobile Internet SMS/WAP
13、 over GPRS Data Roaming & Pre-pay,SGSN,GGSN Firewall,IP Backbone,LIG,CGW,Internet,Packet Switched Core Network,GSM/MAP Core,三、CDMA通信关键技术,CDMA,CDMA技术中包含两层含义 扩频信息带宽扩展 码分用户信道和基站均依靠码识别 扩频的意义 一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽 vs 单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致 宽带系统通常能够带来频率分集的优势 码分的含义 基站的识别-不同相移的PN序列 信道的识别-正交的Walsh函数 用户的识别-周期足够长
14、的PN序列,信号,脉冲干扰,白噪声,扩频通信示意图,CDMA关键技术RAKE接收技术,时间分集 采用符号交织，检错纠错编码等方法。 频率分集 通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩展到 整个1.25M上。 空间分集 基站采用双接收天线。 在手机和基站采用RAKE接收，合并不同传输延时的信号。 软切换的时候，移动台和多个基站同时联系，从中选出最好的 帧送给交换机。,CDMA关键技术RAKE接收技术,S(t),发射信号,接收技术无线环境-多径效应,CDMA关键技术RAKE接收技术,RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能,接收机,单径接收电路,单径接收电路,单径接收电路,搜索
15、器,计算信号强度与时延,合 并,合并后的信号,t,S(t),每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应严重影响系统容量,采用功控技术减少了用户间的相互干扰，提高了系统整体容量,CDMA关键技术功率控制,远近效应与功率控制,前向功率控制,小区发射功率,上报功率控制比特,手机发射信号,功率控制命令,反向功率控制,克服远近效应和多径衰落 减小多址干扰，保证网络容量 延长电池使用时间,CDMA关键技术功率控制,调整CDMA系统容量； 多址干扰远近效应 功率控制的目标：所有的信号到达基站的功率相同（上行）；减少对其他基站的干扰（下行） 功率控制可以补偿衰落 有三种功率控制原理：开环、闭环和外环 开环：从信道中测量干扰条件，并调整发射功率，以达到期望的误帧率（误块率） 闭环： 测量信噪比，并向移动台发送指令调整它的发射功率 外环：测量误帧率（误块率），调整目标信噪比,CDMA关键技术功率控制,小区呼吸是负载控制的主要手段,负载控制的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率,CDMA关键技术功率控制,CDMA系统的切换,切换类型,CDMA系统支持 多种切换技术,切换过程和效果,当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时，移动台执行切换，硬切换（FDMA、TDMA
