《现代通信网络 第2版 教学课件 ppt 作者 沈庆国 邹仕祥 陈涓 第七章 移动通信网》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信网络 第2版 教学课件 ppt 作者 沈庆国 邹仕祥 陈涓 第七章 移动通信网（146页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章移动通信网,现代通信网络,第7章 移动通信网,7.1 移动通信概述 7.2 系统结构 7.3 无线接口 7.4 交换技术 7.5 漫游管理 7.6 GSM移动通信系统 7.7 CDMA移动通信系统 7.8 第三代移动通信系统 习题与思考题,7.1 移动通信概述,移动通信是指通信的一方或双方可以在移动中进行的通信过程，即至少有一方具有可移动性。因此，移动通信可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定台之间的通信。移动通信满足了人们无论在何时何地都能进行通信的愿望。因此，20世纪80年代以来，特别是90年代以后，公用移动通信得到了飞速的发展。,相比固定通信而言，移动通信不仅要给用户
2、提供与固定通信一样的通信业务，而且由于用户的移动性，其控制与管理技术要比固定通信复杂得多。同时，由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线媒质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。,1.移动通信的特点 （1）用户的移动性。要保持用户在移动状态下的通信，必须是无线通信，或无线通信与有线通信的结合。因此，移动通信系统要有完善的管理技术来对用户的位置进行登记、跟踪，使用户在移动时也能进行通信，不因为位置的改变而中断。,（2）电波传播条件复杂。移动台可能在各种环境中运动，如平原、山地、森林和建筑群等，存在各种障碍，因而电磁波在传播时不仅有直射信号，而且还会产生
3、反射、折射、绕射和多普勒效应等现象，从而产生多径干扰、信号传播延迟和时延展宽等。因此，必须充分考虑电波的传播特性，使系统具有足够的抗衰落能力，才能保证通信系统正常运行。,（3）噪声和干扰严重。移动台在移动时不仅受到城市环境中的各种工业噪声和天电噪声的干扰，同时，由于系统内有多个用户，因此，移动用户之间还会有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。这就要求在移动通信系统中对信道进行合理的划分和频率的再用。 （4）系统和网络结构复杂。移动通信系统是一个多用户通信的系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。此外，移动通信系统还应与固定网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的。,（5）有限的频率资
4、源。在有线网中，可以依靠多铺设电缆或光缆来提高系统的带宽资源。而在无线网中，频率资源是有限的，ITU对无线频率的划分有严格的规定。如何提高系统的频率利用率是移动通信系统的一个重要课题。,2移动通信的电波传播特性 我们主要讨论陆地移动通信的电波传播特性。 陆地移动通信的电波传播问题很复杂，这是由于通信对象是移动的，电波传播路径会随时变化；另外，在电波传播路径上，地形、地物的变化也严重影响电波的传播特性。移动通信中，接收信号强度和传播损耗是随机变化的，因此常用中值和瞬时值两个参量来联合表征。,所谓中值是指在给定统计时间内，信号电平大于或小于它的时间各为50的场强值。一般地，场强瞬时值变化快；而中值
5、变化慢。在实际移动信道中，接收信号是由多径传播的多个信号的矢量合成，直射波、反射波或散射波在接收地点形成干扰场，信号电平变动范围可达3040dB。这种由多径效应引起的快速而深度的衰落称为快衰落。由于这些衰落服从瑞利分布，所以又称为瑞利衰落（Reyleigh Fading）。,在电波传播路径上，遇到建筑物、森林等障碍物的阻挡时，则会形成电磁场的阴影。当移动台通过不同障碍物的阴影时，就造成接收场强中值的变化。这种由于阴影效应导致接收场强中值随着地理位置改变而出现的缓慢变化，称为阴影衰落（Shadow Fading）。另外，由于气象条件的变化，导致大气折射系数随时间而变化，也会造成同一地点场强中值随
6、时间而缓慢改变。我们知道，在自由空间中，电波传播的损耗与距离的平方成正比。而在移动通信中，由于电波传播环境特别复杂多变，因此电波传播的损耗近似与距离的四次方成正比。,3移动通信的分类 (1) 集群移动通信 (2) 公用移动通信系统 (3) 卫星移动通信 (4) 无绳电话 (5) 寻呼系统 在上述通信方式中，公用移动通信最为广泛。在本章的后续内容中，我们将研究公用移动通信，简称移动通信。,3移动通信的分类 (1) 集群移动通信 (2) 公用移动通信系统 (3) 卫星移动通信 (4) 无绳电话 (5) 寻呼系统 在上述通信方式中，公用移动通信最为广泛。在本章的后续内容中，我们将研究公用移动通信，简
7、称移动通信。,7.2 系统结构,7.2.1 网络结构 为了便于各设备之间的互连互通，ITU-T于1988年对公用陆地移动通信网（PLMN，Public Land Mobile Network）的结构、功能和接口及其与公共电话交换网PSTN等的互通做出了详尽的规定。PLMN的网络功能结构如图7-1所示。,图7-1 PLMN的网络功能结构,1网络功能实体 （1）移动台（MS，Mobile Station） MS是移动通信网的用户终端。用户使用MS接入PLMN，得到所需的通信服务。MS可分为车载台、便携台和手持台等类型。对于GSM系统，移动台并非固定于一个用户，在系统中的任何一个移动台上，都可以通过
8、用户识别卡（SIM卡，Subscriber Identity Module）来识别用户，此外还可设置个人识别码（PIN），以防止SIM卡未经授权而被使用。,每个移动台都有自己的设备识别号，即国际移动设备识别号IMEI。IMEI主要由型号许可代码和与厂家有关的产品号构成。每个移动用户有自己的国际移动用户识别号（IMSI），存储在SIM卡上。,（2）基站系统（BSS，Base Station System） BSS负责在一定区域内与移动台之间的无线通信。一个BSS包括一个基站控制器（BSC）和一个或多个基站收发信台（BTS）。 基站收发信台（BTS，Base Transceiver Station
9、） BTS是BSS的无线部分，受控于BSC，包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如发射机、接收机、天线、连接基站控制器的接口电路，以及收发信台本身所需要的检测和控制装置等。它完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。, 基站控制器（BSC，Base Station Controller） BSC是BSS的控制部分，处于BTS和移动业务交换中心（MSC）之间。一个基站控制器通常控制几个基站收发信台，主要功能是无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台越区切换进行控制等。,（3）移动业务交换中心（MSC，Mobile Ser
10、vice Switching Center） MSC及下面要讨论的实体称为PLMN的网络部件。MSC完成移动呼叫接续、越区切换控制、无线信道资源和移动性管理等功能，是移动通信网的核心。同时，MSC也是PLMN与固定网之间的接口设备。,（4）归属位置寄存器（HLR，Home Location Register） HLR是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。归属是指移动用户开户登记所属区域。在移动通信网中，可以设置一个或若干个HLR，这取决于用户数量、设备容量和网络的组织结构等因素。每个用户都必须在某个HLR中登记。登记的内容主要有： 用户信息：如用户号码、移动设备号码等。, 位置信息：如用户的
11、漫游号码、VLR号码、MSC号码等，这些信息用于计费和用户漫游时的接续。这样可以保证当呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的HLR获知他当时处于哪一个地区，进而建立起通信链路。 业务信息：用户的终端业务和承载业务信息、业务限制情况、补充业务情况等。,（5）访问位置寄存器（VLR，Visitor Location Register） VLR是一个用于存储进入其覆盖区的用户位置信息的数据库。当移动用户漫游到新的MSC控制区时，由该区所属的VLR来控制。当移动台进入一个新的区域时，首先向该地区的VLR申请登记。VLR要从该用户的HLR中查询，存储其有关的参数；通知其HLR修改该
12、用户的位置信息，然后准备为其他用户呼叫此移动用户时提供漫游号码（MSRN）等路由信息。移动用户一旦由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时，移动用户将重新在新的VLR上登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。一般地，一个MSC对应一个VLR，并处于同一物理设备中，记作MSC/VLR。,（6）设备标识寄存器（EIR，Equipment Identity Register） EIR是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴别和监视，并拒绝非法移动台入网。 （7）鉴权中心（AC，Authentication Center） AC存储移动用户合法性检验的专用数据和算法。用于防止无权用户
13、接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。 （8）操作维护中心（OMC，Operation and Maintenance Center） OMC是网络运营者对全网进行监视和操作的功能实体。,2网络接口 （1）Um接口 Um接口又称为空中接口，是PLMN的主要接口之一。Um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。该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。按照业务信号采用模拟还是数字方式传送，可以分为模拟移动通信系统和数字移动通信系统；按照多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）系统。GSM和CDMA属于第二代移动通信系统，采用数字程控
14、交换机组网，一般支持电路型窄带数据业务；第三代移动通信系统（3G）引入了无线接入网的概念，并在无线接入网中采用分组传递技术，支持宽带数据业务，3G的目标是在空中接口采用统一的技术和标准，以实现全球漫游。,（2）网络内部接口 如图7-1所示，除空中接口外，PLMN各网络部件之间的接口称为网络内部接口。主要包括： A接口：为基站与MSC之间的接口。该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、无线资源管理等信息，并与Um接口互通，在MSC和MS之间传递信息。在模拟移动通信系统中，A接口规范没有标准化；在数字系统中，尤其是欧洲的GSM系统，对A接口做出了详尽的规范，因此原则上可选用不同厂家生产的
15、MSC和BS设备进行互连。,A-bis接口：BSC与BTS之间的接口，该接口未完全标准化。 B接口：为MSC与访问位置寄存器（VLR）之间的接口，MSC通过该接口传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。 C接口：为MSC与归属位置寄存器（HLR）之间的接口，MSC通过该接口向HLR查询被叫移动用户的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。 D接口：为HLR与VLR之间的接口，该接口主要用于传送移动用户数据、位置和选路信息。,E接口：为MSC之间的接口，该接口主要用于越区切换。当通话中的移动用户由一台MSC业务区进入另一台MSC业务区时，两个M
16、SC需要通过该接口交换信息，由另一台MSC接管该用户的通信控制，使移动用户的通信不中断。 F接口：为MSC与设备标识寄存器（EIR）之间的接口，MSC通过该接口向EIR查询发话移动台设备的合法性数据。 G接口：为VLR之间的接口，当通话中的移动用户由一个VLR管辖区进入另一个VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的控制信息。,（3）PLMN与其他网络之间的接口 为PLMN实现与其他网络（如PSTN/ISDN、PSPDN等）业务互通的网间互连接口。,3网络区域划分 PLMN的网络覆盖区域划分如图7-2所示，按从小到大的顺序，包括下列各组成区域。,图7-2 PLMN网络覆盖区域划分,（1）小区。为PLMN的最小覆盖区域。每个小区分配一组信道，小区半径按需划定，一般为1千米至几十千米。半径在1千米以内的为微小区，还有更小的微微小区。小区越小，频率重用距离就越近，频率利用度越高，但系统设备投资也越高，且移动用户通信中的越区切换也越频繁。 （2）基站区。一个基站管辖的区域。如果采用全向天线，一个基
