第二代移动通信系统概述课件

第二章第二章第二代移动通信系统第二代移动通信系统第二代移动通信系统概述GSM系统结构GSM系统接口GSM寻呼流程CDMA系统组成CDMA 基本特点第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统20世纪世纪80年代中期到年代中期到21世纪初，数字移世纪初，数字移动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是欧洲的欧洲的GSM和美国的和美国的CDMA，也就是通常所说也就是通常所说的第二代移动通信技术（的第二代移动通信技术（2G）。）。第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统在欧洲电信标准协会的领导下，在欧洲电信标准协会的领导下，GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）。）。于于1990年完成了年完成了GSM900的规范并开始在的规范并开始在欧洲投入试运行，欧洲投入试运行，1991年，移动特别小组还制年，移动特别小组还制定了定了1800MHz频段的规范，命名为频段的规范，命名为DCS1800系统。系统。第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统 CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）是码分多址的英文缩写，它是在扩是码分多址的英文缩写，它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。成熟的无线通信技术。CDMA技术的出现源于人们对更高质量技术的出现源于人们对更高质量无线通信的需求。无线通信的需求。课程内容课程内容n第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述nGSM系统结构系统结构nGSM系统接口系统接口nGSM寻呼流程寻呼流程nCDMA系统组成系统组成nCDMA基本特点基本特点GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统GSM移动通信网结构GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 由系统结构图可以看出，GSM由MS（移动台）、BSS（基站子系统）、MSS（移动交换子系统，也叫网络子系统-NSS）和OSS（操作维护子系统）这四部分组成。组成GSM的四大部分GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统移动台（MS）移动台是GSM系统的用户设备，包括车载台、便携台和手持机。每个移动台都有自己的识别码，即国际移动设备识别号IMEI，IMEI主要由型号许可代码和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，这个号码全球唯一，存储在用户的SIM卡上。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统基站子系统（BSS）功能：基站子系统BSS在GSM网络的固定部分和无线部分之间提供中继，BSS通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时BSS又连接到网络端的移动交换机。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统基站收发信台BTS 完成无线与有线的转换，属于基站系统的无线部分，是由BSC控制，服务于小区的无线收发信设备，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。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统基站控制器BSC 是BSS的控制部分，在BSS中起交换作用。BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心（OMC）相连，BSC面向无线网络，主要负责完成无线网络、无线资源管理及无线基站的监视管理，并能完成对基站子系统的操作维护功能。BSS中的BSC所控制的BTS的数量随业务量的大小而改变。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统码型变换器TC 主要完成13kbit/s RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测）编码和64kbit/s A律PCM之间的语音变换。在典型的实施方案中，ZXG10-TC位于MSC与BSC之间。当TC位于MSC侧时，通过MSC和BSC之间以及BSC和BTS之间的传输线路子复用器SM、BIE，可以充分利用在空中接口使用的低语音编码传输速率，降低传输线路的成本。BSC与TC之间的接口称为Ater接口，TC与MSC之间的接口称为A接口。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统移动交换子系统（MSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需要的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统（1）移动业务交换中心（MSC）（2）归属位置寄存器（HLR）（3）拜访位置寄存器（VLR）（4）鉴权中心（AUC）（5）设备识别寄存器（EIR）（6）短消息中心（SC）移动交换子系统（MSS）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 MSC是网络的核心。它提供交换功能，把移动用户与固定网用户连接起来，或把移动用户互相连接起来。为此，它提供到固定网（即PSTN、ISDN、PDN等）的接口，及与其它MSC互连的接口。MSC从三种数据库归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC根据其最新数据更新数据库。移动业务交换中心（MSC)GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 HLR是GSM系统的中央数据库，存贮着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据，一个HLR能够控制若干个移动交换区域或整个移动通信网，所有用户的重要的静态数据都存贮在HLR中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样就使任何入局呼叫立即按选择的路径送往被叫用户。归属位置寄存器（HLR）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，这使得MSC能够建立呼入/呼出呼叫。可以把它看作动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存储必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。拜访位置寄存器（VLR）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息与加密密钥，用来进行用户鉴权及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信安全。鉴权中心（AUC）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 EIR存贮着移动设备的国际移动设备识别号（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单、灰色清单这三种表格，分别列出准许使用、出现故障需监视、失窃不准使用的移动设备识别号（IMEI）。运营部门可据此确定被盗移动台的位置并将其阻断，对故障移动台能采取及时的防范措施。移动设备识别寄存器（EIR）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 提供在GSM网络中移动用户和固定用户或移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。短消息中心（SC）GSM系统结构系统结构第二代移动通信系统 OSS是维护人员和系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作和维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。用于操作维护的设备成为操作维护中心OMC，它又分为OMC-S和OMC-R两部分，其中OMC-S用于MSC、HLR和VLR的维护和管理，OMC-R用于整个BSS系统的操作与维护。操作维护子系统OSSGSM系统结构系统结构第二代移动通信系统OMC与系统关系课程内容课程内容n第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述nGSM系统结构系统结构nGSM系统接口系统接口nGSM寻呼流程寻呼流程nCDMA系统组成系统组成nCDMA基本特点基本特点GSM接口接口第二代移动通信系统 接口代表两个相邻实体之间的连接点，而协议是说明连接点上交换信息需要遵守的规则。GSM接口接口第二代移动通信系统GSM各类接口示意图GSM接口接口第二代移动通信系统GSM主要接口Um接口：BTS与MS之间的接口A接口：BSC与MSC之间的接口Abis接口：BSC与BTS之间的接口GSM接口接口第二代移动通信系统移动交换子系统MSS内部接口课程内容课程内容n第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述nGSM系统结构系统结构nGSM系统接口系统接口nGSM寻呼流程寻呼流程nCDMA系统组成系统组成nCDMA基本特点基本特点GSM呼叫流程呼叫流程第二代移动通信系统 在GSM系统，无论是移动用户与市话用户还是移动用户之间建立通信，都会涉及系统中的各种设备。下面主要介绍系统接续流程和安全性管理，包括：位置更新流程 移动用户至固定用户出局呼叫流程 固定用户至移动用户的入局呼叫流程GSM呼叫流程GSM呼叫流程呼叫流程第二代移动通信系统 同一个HLR下不同MSC之间的位置区更新流程：位置更新流程GSM呼叫流程呼叫流程第二代移动通信系统移动用户至固定用户出局呼叫流程GSM呼叫流程呼叫流程第二代移动通信系统固定用户至移动用户入局呼叫流程课程内容课程内容n第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述nGSM系统结构系统结构nGSM系统接口系统接口nGSM寻呼流程寻呼流程nCDMA系统组成系统组成nCDMA基本特点基本特点CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统 CDMA蜂窝通信系统的网络结构与GSM系统相类似，主要由:网络子系统 基站子系统 操作管理中心 移动台子系统 等组成。CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统 网络子系统位于市话网与基站控制器之间，它主要由:移动交换中心（MSC），或称为移动电话交换局（MTSO）;本地用户位置寄存器（HLR）访问用户位置寄存器（VLR）操作管理中心（OMC）鉴权中心（AC）等设备组成。网络子系统CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统 基站子系统（BSS）包括基站控制器（BSC）和基站收发设备（BTS）。每个基站的有效覆盖范围即为无线小区，简称小区。小区可分为全向小区（采用全向天线）和扇形小区（采用定向天线），常用的小区分为3个扇形区，分别用、和表示。一个基站控制器（BSC）可以控制多个基站，每个基站含有多部收发信机。基站子系统CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统基站子系统CDMA系统组成系统组成第二代移动通信系统移动台课程内容课程内容n第二代移动通信系统概述第二代移动通信系统概述nGSM系统结构系统结构nGSM系统接口系统接口nGSM寻呼流程寻呼流程nCDMA系统组成系统组成nCDMA基本特点基本特点CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 系统容量大即频谱利用率高，指的是CDMA在与GSM同样的频段下可以允许更多的用户使用。理论上使用相同频率资源的情况下，CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大45倍。系统容量大CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 由于CDMA是一个自干扰系统，我们可将带宽想像成一个大房子，所有的人将进入惟一的大房子，如果他们使用完全不同的语言，他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰。在这里，屋里的空气可以想像成宽带的载波，而不同的语言即被当作不同的编码，我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音增大至用户间交谈无法进行下去为止。如果能控制住用户的信号强度，在保持高质量通话的同时，我们就可以容纳更多的用户。体现软容量的另一种形式是小区呼吸功能。软容量 CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 当相邻小区的负荷一重一轻时，负荷重的小区降低导频信道的发射功率，使本小区边缘的用户切换到临近小区，从而实现负荷分担，也相当于增加了系统容量。软容量（小区呼吸功能）CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 CDMA系统声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变化，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。可变速率声码器的一个重要特点是使用适当的门限值来决定所需速率。门限值随背景噪声电平的变化而变化。这样就抑制了背景噪声，使得即使在喧闹的环境下，也能得到良好的话音质量。话音质量高CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 软切换（Soft Switch）就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，CDMA系统采用软切换技术和先进的数字话音编码技术，并使用多个接收机同时接收不同方向的信号。软切换功能CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 CDMA信号的扰频方式提供了高度的保密性，要窃听通话，必须要找到码址。但CDMA码址是个伪随机码，而且共有44万亿种可能的排列，因此，要破解密码或窃听通话内容实在是太困难了。保密性强，通话不会被窃听CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 分集是对付多径衰落很好的办法，CDMA系统综合采用三种主要分集方式：时间分集、频率分集和空间分集，使性能大为改善。（1）时间分集采用了符号交织、检错和纠错编码等方法。（2）频率分集本身是125MHz宽带的信号，起到了频率分集的作用（扩频码本身频谱特性）。（3）空间分集基站使用两副接收天线，基站和移动台都采用了RAKE接收机技术，软切换也起到了空间分集的作用。多种形式的分集CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 CDMA系统功率控制的原理有两种类型：（1）开环控制，开环控制主要是用户根据测量到的帧差错概率来调整发射功率，（2）闭环控制，闭环功率控制则由基站根据收到移动台发来的信号测量其信干比（SIR）发出指令，调整移动台发射机的功率。精确的功率控制CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 典型的全双工双向通话中，每次通话的占空比小于35。CDMA在不讲话时传输速率降低，减轻了对其他用户的干扰，这就是CDMA系统中的话音激活技术。而CDMA的容量又直霎与所受总干扰功率有关，这样就可以使容量增加一倍左右。话音激活CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 用户按不同的序列码区分，所以不同的CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。频率规划简单CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 CDMA网络覆盖范围大，系统容量高，所需基站少，降低了建网成本。网络初期建设时此优点突出；载波穿透性强；建网成本低CDMA基本特点基本特点第二代移动通信系统 普通的手机（GSM和模拟手机）功率一般能控制在600mW以下，CDMA系统发射功率最高只有200mW，普通通话功率可控制在零点几亳瓦，其辐射作用可以忽略不计，对人体健康没有不良影响。手机发射功率的降低，将延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称之为“绿色手机”。发射功率低