2014-2015网络通信原理_4移动通信网络1

网络通信原理（四）2014级研究生课程2020年1月1SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络2020年1月2SCUTDT&PLabsCopyright移动通信网络移动通信网络的基本概念第二代(2G)移动通信系统第三代(3G)移动通信系统第四代(4G/LTE)移动通信系统4.移动通信网络华南理工大学2020年1月3SCUTDT&PLabsCopyright移动通信网络的基本概念移动通信网：在本课程中特指商用的蜂窝移动通信网络。移动通信网的基本结构：华南理工大学2020年1月4SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络交换机/路由器控制/管理/信息服务－服务器系统基站基站基站基站有线连接无线连接房屋家庭基站有线连接核心网接入网接入网回程网华南理工大学2020年1月5SCUTDT&PLabsCopyright蜂窝系统的形象结构相邻小区采用不同的频率可避免小区间的同频干扰；小区内可根据需要进行进一步的扇区划分；实际的小区覆盖范围由基站的功率、天线的方向和地形地貌等因素决定。4.移动通信网络f1f2f3f3f3f2f2fk1fk2fk3（a）（b）华南理工大学2020年1月6SCUTDT&PLabsCopyright移动通信系统的几个发展阶段(1)第一代(1G)：是唯一的采用模拟技术的系统，主要采用频分多址（FDMA）技术；(2)第二代(2G)：采用时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA）技术；(3)第三代(3G)：主要基于CDMA技术；(4)第四代(LTE/4G)：采用正交频分多址（OFDMA）技术。第一代通信系统基本上是一个终端具有可移动性的电话系统；第二代之后的移动通信系统除了主要的话音通信功能之外，还引入了数据传输功能；随着传输能力的宽带化，移动通信系统也逐步演变为一个可传输综合业务的网络系统。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月7SCUTDT&PLabsCopyright移动通信系统的特点(1)移动通信接入网是通过无线的链路实现，终端的位置可以从某一地漫游到另外一处；(2)终端的位置不确定导致移动终端的身份不能像普通固定电话那样，根据位置与号码的对应关系来确定其身份;(3)移动通信系统接入网的信道特性通常是变化的，需要在保证终端高速移动的环境下也能够正常通信综上特点，相对于PSTN网络，其实现的复杂性大大增加。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月8SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统2G移动通信网也称为公共陆地移动通信网(PLMN：PublicLandMobileNetwork);2G系统以语音业务为主，传输数据业务时其速率可达14.4Kbps；2G系统在改进完善的过程中也在不断提高数据传输速率，2G系统除支持电路交换外，也支持通用分组无线业务(GPRS：GeneralpacketRadioService)2G系统的主要标准有欧洲采用时分多址(TDMA)方式的GSM系统，美国采用码分多址(CDMA)方式的IS-95系统。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月9SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统的基本组成接入网：移动终端MS、基站子系统BSS；回程网：基站子系统、网络子系统NSS；核心网：程控交换设备。4.移动通信网络NSSBSSNSSBSSNSSBSSNSSBSSNSSBSSNSSBSSNSSBSSNSSBSSSWSWSWSW（PSTN,ISDN,PDN）MSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMSMS核心网接入网回程网华南理工大学2020年1月10SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统基站子系统BSS的组成：基站收发器(BTS)；基站控制器(BSC)。4.移动通信网络BSCBSSBTSMSBSCBSSBTSMSMSCVLRHLREIRACOMCNSSPSTNISDNPDNUmABFCDEMSCGVLRAbis华南理工大学2020年1月11SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统基站子系统BSS的组成：(1)基站收发器(BTS)：BTS由天线、无线发射机、接收机和有关的接口电路等构成；BTS负责收发无线信号，其中包括了每个BTS通常对应小区中的一个扇区。(2)基站控制器(BSC)：BSC负责小区内无线信道的管理、实现一个呼叫过程中无线信道的建立、维护和拆除的过程；一个BSC可以控制多个BTS，控制MS在扇区间移动时的切换。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月12SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统网络子系统NSS的组成：(1)移动业务交换中心(MSC)：一个MSC可控制若干个小区组成的一个区域，实现MS在区域内移动时的切换控制。(2)归属位置寄存器(HLR)：HLR中存储着本地MS中的各种信息，包括：识别卡(SIM)内用户号码、移动设备号码；本地MS当前的漫游位置信息和业务信息等。(3)访问位置寄存器(VLR)：VLR记录MS漫游到当前所在小区时的各种信息，通知HLR其MS当前位置，与HLR共同完成MS的身份认证，为MS提供临时移动用户识别码等。(3)设备标识寄存器(EIR)：记录MS有关标识码。(4)鉴权中心(AC)：MS身份鉴别。(5)操作维护中心(OMC)。对基站设备进行监控,维护系统正常工作。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月13SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统移动通信的基本工作过程(1)导频信息广播：BSS通过专门的无线控制信道定期地发布下行的广播和公用控制信息(导频信息)。MS可根据这些广播信息判断网络的存在、并进行频率校正和同步。(2)MS位置登记移动通信系统要求处于工作状态的MS利用上行控制信道周期性地进行登记操作，以确定用户的合法身份和所在位置。4.移动通信网络华南理工大学2020年1月14SCUTDT&PLabsCopyright第二代移动通信系统移动通信的基本工作过程MS位置登记操作流程4.移动通信网络MSCBSSMSVLRP-VLRHLR“位置登记”请求广播与公共控制消息“身份识别”响应核心网“位置登记”请求增加MS位置区消息查询“身份识别信息”更新MS位置区消息删除MS旧位置区信息删除位置区信息确认告知MS“身份信息”MS“身份信息”确认MS“位置更新”确认MS“位置更新”确认MS“位置更新”确认MS“位置更新”确认广播与公共控制消息华南理工大学2020年1月15SCUTDT&PLabsCopyright(3)MS主叫接续过程4.移动通信网络在随机接入信道发“信道请求”“业务请求”启动鉴权操作MSBSSMSCVLR“信道请求”确认“业务请求”“鉴权请求”发出“鉴权请求”发送“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应“鉴权”确认“置密模式”信息“置密模式”指令发送“置密模式”“置密模式”设定“置密模式”设定完成“置密模式”设定完成分配“临时移动用户识别码”发布“临时移动用户识别码”传递“临时移动用户识别码”确认“临时移动用户识别码”“临时移动用户识别码”设置完成“临时移动用户识别码”设置完成华南理工大学2020年1月16SCUTDT&PLabsCopyright(3)MS主叫接续过程(续)4.移动通信网络请求“建立呼叫”请求“建立呼叫”请求“建立呼叫”信息发布“建立呼叫”信息发布“呼叫开始”指令传递“呼叫开始”指令发布“信道指配”指令传递“信道指配”指令确认“信道指配”确认“信道指配”与被叫用户接续完成被叫用户接续发出“回铃音”传递“回铃音”被叫用户摘机话路接通发出“连接指令”传递“连接指令”确认“连接”确认“连接”通话阶段MSBSSMSCVLR华南理工大学2020年1月17SCUTDT&PLabsCopyright(4)MS被叫接续过程4.移动通信网络VLR其他用户呼叫移动用户HLRGW-MSCV-MSCV-BSS被叫MS询问“被叫MS”信息询问“被叫MS”位置信息确认“MS”位置确认“MS”位置传递被叫MS“拨号信息”询问“呼叫参数”返回“呼叫参数”发“寻呼”MS指令“寻呼”被叫MS请求询问“呼叫参数”“信道指配”响应“寻呼”收到“寻呼”响应“鉴权请求”发起“鉴权”发送“鉴权请求”“鉴权请求”响应“鉴权请求”传递“鉴权响应”“鉴权确认”回铃音核心网华南理工大学2020年1月18SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络(4)MS被叫接续过程(续)“置密模式”信息“置密模式”指令发送“置密模式”“置密完成”“置密完成”“置密设定”完成请求“建立呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫建立”响应“呼叫建立”响应“信道指配”请求“信道指配”“信道指配”确认“信道指配”完成“连接”完成，被叫MS摘机通话阶段连接完成被叫摘机连接确认VLRHLRGW-MSCV-MSCV-BSS被叫MS华南理工大学2020年1月19SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络(4)MS越区切换过程a.同一BSC控制下的不同扇区（BTS）之间的切换“信号测试报告”MS“切换完成”BCS“切换到新信道”命令华南理工大学2020年1月20SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络(4)MS越区切换过程b.同一MSC/VLR（NSS）控制下的不同小区（BSC）之间的切换“信号测试报告”“切换请求”MSBSC1BCS“启动切换”“切换指令”“切换确认”“切换完成”BSC2“切换命令”“切换完成”“清除命令”“清除完成”华南理工大学2020年1月21SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络MSC1BSS1MSBSS2MSC2VLR2请求“越区切换”分配“临时识别码”确认分配“无线信道”请给拟进入小区的MS分配“临时识别码”传递“临时识别码”请求“越区切换”请求“越区切换”请分配“无线信道”建立新的“核心网链路”新的“核心网链路”已建立“切换操作”指令执行“切换操作”“切换操作”完成“切换操作”（c）核心网用户数据(4)MS越区切换过程c.不同MSC/VLR（NSS）控制下的不同小区（BSC）之间的切换华南理工大学2020年1月22SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络第二代移动通信系统第二代移动通信系统的基本工作原理导频信息广播移动终端的位置登记主叫接续工作方式被叫接续工作方式越区切换控制等基本的工作原理对任何一种移动通信系统均适用，具有一般性。华南理工大学2020年1月23SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络第三代移动通信系统3G的主要目标：业务在以话音为主的同时，向综合化发展；传输服务性能的宽带化；交换方式向分组化过渡。3G的主要性能参数：室内良好信道条件下至少为2Mbps；室外步行条件至少为384Kbps；车载运动环境至少为144Kbps；传输速率可上下行不对称配置和按需分配。华南理工大学2020年1月24SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络第三代移动通信系统国际电联(ITU-T)的3G系统命名：IMT-2000(InternationalMobileCommunications-2000)3G的主要的标准包括：欧洲提出的WCDMA；美国提出的cdma2000；中国提出的TD-SCDMA。三者都基于CDMA的技术，前两者采用频分双工的上下行方式，后者采用时分双工的上下行方式。华南理工大学2020年1月25SCUTDT&PLabsCopyright4.移动通信网络第三代移动通信系统3G接入网:通用移动通信系统陆地无线接入网(UTRAN)(1)3G接入网的系统结构a.无线网络系统(RNS)基站(NodeB)：负责无线信号的收发；无线网络控制器(RNC)：负责管理某一区域的若干NodeBRNCRNSNodeBMSMSMSCVLRHLRGMSCPSTNISDNRNCRNSNodeBSGSNGGSNIuCSIuPSIurIubUuInternetCN华南理