第三章移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(1)

1、第三章 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(1)主主 講：郭斌講：郭斌 教授教授單單 位位：西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院：西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陜西省嵌入式系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陜西省嵌入式系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電電 話：話：1872922901018729229010辦辦 公公 室：計(jì)算機(jī)學(xué)院室：計(jì)算機(jī)學(xué)院512B512B房間房間電子郵箱電子郵箱 : : 個(gè)人主頁(yè)：個(gè)人主頁(yè)： http:/www.ayu.ics.keio.ac.jp/bingo/課程主頁(yè)：課程主頁(yè)： http:/www.ayu.ics.keio.ac.jp/bingo/course.html課程調(diào)整信息n第九周周一1-2節(jié)，教?hào)|D209n周三1-2節(jié)，教西A30

2、5HHME-第十屆全國(guó)和諧人機(jī)聯(lián)合會(huì)議UbiComp ConferenceUbiComp Conference內(nèi)容提綱n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程n第一代模擬系統(tǒng)（U）n第二代數(shù)字系統(tǒng)（U）n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（U）n全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（M）n蜂窩原理nGSM體系結(jié)構(gòu)n幾種編碼n通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（M）重要知識(shí)點(diǎn)n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程n蜂窩實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用的原理nGSM體系結(jié)構(gòu)組成nGSM的編碼及其不同用途nGPRS與GSM的區(qū)別和聯(lián)系第一代模擬系統(tǒng)n1900年馬可尼等人利用電磁波進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信取得了成功;n20世紀(jì)70年代，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了在移動(dòng)通信發(fā)展史上具有里程碑意義的小區(qū)制、

3、蜂窩組網(wǎng)的理論；n美國(guó)AMPS（貝爾實(shí)驗(yàn)室）、北歐的NMTnFDMA（頻分多址），分配兩個(gè)25MHz頻段 (FDD,頻分雙工)n基站到移動(dòng)設(shè)備869 MHz894 MHzn移動(dòng)設(shè)備到基站824 MHz849 MHzn每個(gè)頻段分為兩部分，供兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商使用第一代模擬系統(tǒng)(2)n隨著模擬蜂窩技術(shù)的引入，移動(dòng)通信的發(fā)展向前邁進(jìn)了一大步n隨著模擬蜂窩系統(tǒng)的發(fā)展，其弱點(diǎn)也日益突出n頻譜利用率不高，容量有限（單信道單用戶）n制式太多，互不兼容；n提供的業(yè)務(wù)有限，無(wú)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；n易被竊聽(tīng)；n第二代數(shù)字系統(tǒng)n第二代移動(dòng)通信以GSM、CDMA為主。n一代與二代的差別n數(shù)字業(yè)務(wù)信道(郵件、網(wǎng)頁(yè)等)n信道接入（每個(gè)信道

4、通過(guò)TDMA或CDMA可支持多用戶）n加密n錯(cuò)誤檢測(cè)與糾錯(cuò)第二代數(shù)字系統(tǒng)(2)nGSM（3GPP）n接入方式：TDMAn基站發(fā)射波段：935960（MHz）n移動(dòng)站發(fā)射波段：890915（MHz）n信道帶寬：200kHznIS-95（高通）n接入方式：CDMAn基站發(fā)射波段：869894（MHz）n移動(dòng)站發(fā)射波段：824849（MHz）n信道帶寬：1250kHzn均采用FDD第二代數(shù)字系統(tǒng)(3)n3GPP第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，即3GPP）是一個(gè)成立于1998年12月的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。n3GPP的目標(biāo)是在ITU的IMT-2000計(jì)劃

5、范圍內(nèi)制訂和實(shí)現(xiàn)全球性的（第三代）移動(dòng)電話系統(tǒng)規(guī)范。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種能提供多種類型、高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)。與前兩代的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，能在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游，并處理圖像、音樂(lè)、視頻流等多種媒體形式。n日益增長(zhǎng)的無(wú)線業(yè)務(wù)需求n希望更高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)n希望引入高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)nWCDMAWCDMA由標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP所制定ncdma2000cdma2000體制是基于IS-95的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出的3G標(biāo)準(zhǔn)，目前其標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP2來(lái)完成nTD-SCDMATD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)組織CWTS提出，目前已經(jīng)融合到3GPP關(guān)于W

6、CDMA-TDD的相關(guān)規(guī)范中第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3)RTT技術(shù)技術(shù)WCDMAcdma2000-1xTD-SCDMA信道間隔信道間隔5MHz1.25MHz1.6 MHz多址方式多址方式單載波直接序列擴(kuò)頻單載波直接序列擴(kuò)頻CDMA多址多址單載波直接序列擴(kuò)頻單載波直接序列擴(kuò)頻CDMA多址多址單載波直接序列擴(kuò)頻單載波直接序列擴(kuò)頻時(shí)分多址同步時(shí)分多址同步CDMA多址多址雙工方式雙工方式FDDFDDTDD碼片速率碼片速率3.84Mcps1.2288Mcps1.28Mcps基站同步基站同步異步（無(wú)異步（無(wú)GPS）可選同步）可選同步同步（需同步（需GPS）同步（主從同步，需同步（主從同

7、步，需GPS）幀長(zhǎng)幀長(zhǎng)10ms20ms10ms越區(qū)切換越區(qū)切換軟切換，頻間切換軟切換，頻間切換與與GSM間的切換間的切換軟切換，頻間切換軟切換，頻間切換與與IS-95B間的切換間的切換接力切換，頻間切換，與接力切換，頻間切換，與GSM間的切換間的切換語(yǔ)音編碼語(yǔ)音編碼自適應(yīng)多速率自適應(yīng)多速率可變速率可變速率可變速率可變速率功率控制功率控制內(nèi)環(huán)、外環(huán)內(nèi)環(huán)、外環(huán)控制速率控制速率1500Hz開(kāi)環(huán)、閉環(huán)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制速率控制速率800Hz內(nèi)環(huán)、外環(huán)內(nèi)環(huán)、外環(huán)支持可變數(shù)支持可變數(shù)據(jù)速率據(jù)速率最高為最高為2.048Mbps1X最高最高307kbps，1XEV支支持持2.4Mbps最高為最高為2.048Mbp

8、s業(yè)務(wù)特性業(yè)務(wù)特性適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)。適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)。適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)。適合于對(duì)稱業(yè)務(wù)。支持對(duì)稱業(yè)務(wù)，支持不對(duì)支持對(duì)稱業(yè)務(wù)，支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)具有突出的表現(xiàn)。稱業(yè)務(wù)具有突出的表現(xiàn)。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)n20082008年年2 2月，國(guó)際電信聯(lián)盟（月，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITUITU）發(fā)出通函，向各國(guó)和各標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)出通函，向各國(guó)和各標(biāo)準(zhǔn)化組織征集征集IMT-AdvancedIMT-Advanced（4G4G的標(biāo)準(zhǔn)族）的標(biāo)準(zhǔn)族）技術(shù)提案。技術(shù)提案。IMT-AIMT-A就是就是4G4G。IMT-AIMT-A技術(shù)的目標(biāo)峰值速率為：低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下技術(shù)的目標(biāo)峰值速率為：低速移動(dòng)、熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下1Gbit/s1G

9、bit/s，高速移動(dòng)、廣域覆蓋場(chǎng)景下，高速移動(dòng)、廣域覆蓋場(chǎng)景下100Mbit/s100Mbit/s?，F(xiàn)有4G標(biāo)準(zhǔn)-LTEv LTELTE（long term evolutionlong term evolution），即），即長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)。始于。始于20042004年年3GPP3GPP的多倫多會(huì)議。它改進(jìn)并增強(qiáng)了的多倫多會(huì)議。它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G3G的空中接入技術(shù)，采用的空中接入技術(shù)，采用OFDMOFDM（正（正交頻分復(fù)用技術(shù)）和交頻分復(fù)用技術(shù)）和MIMOMIMO（多入多出技術(shù)）（多入多出技術(shù)）作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的技術(shù)方式。實(shí)現(xiàn)在技術(shù)方式。實(shí)現(xiàn)在20MHz20MH

10、z頻譜帶寬下提供下行頻譜帶寬下提供下行326Mbit/s326Mbit/s與上行與上行86Mbit/s86Mbit/s的峰值速率。的峰值速率。v 基于舊的基于舊的GSMGSM技術(shù)進(jìn)行演進(jìn)技術(shù)進(jìn)行演進(jìn)v LTELTE并非等同于并非等同于4G4G，而是一種，而是一種B3GB3G技術(shù)，其技術(shù)，其300300多兆的速度雖然遠(yuǎn)超多兆的速度雖然遠(yuǎn)超3G3G，但與，但與ITUITU提出的提出的1Gbit/s1Gbit/s的的4G4G技術(shù)要求，還有距離。技術(shù)要求，還有距離。LTELTE常被稱常被稱為為3.9G3.9G?，F(xiàn)有4G標(biāo)準(zhǔn)- WIMAXv WiMax（Worldwide Interoperabilit

11、y for Microwave Access）,即全球微波互聯(lián)接入，也叫802.16無(wú)線城域網(wǎng)。v 由美國(guó)Intel所主導(dǎo)，是目前傳輸距離最遠(yuǎn)的4G技術(shù)也是目前發(fā)展最快技術(shù)。4G在中國(guó)4G在中國(guó)(2)內(nèi)容提綱n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程n第一代模擬系統(tǒng)（U）n第二代數(shù)字系統(tǒng)（U）n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（U）n全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（M）n蜂窩原理nGSM體系結(jié)構(gòu)n幾種編碼n通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（M）蜂窩概念n蜂窩通信是一種使用頻率復(fù)用的智能方法，以使有限的帶寬可以容納大區(qū)域、大容量的用戶。n其基本原理是把覆蓋區(qū)域分為大量相連的小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域都使用自己的、低功率的無(wú)線基站。n同樣的頻譜在分散的區(qū)

12、域內(nèi)可以被多次復(fù)用n小區(qū)域被稱為小區(qū)或單元（cell），一組小區(qū)組成區(qū)群（cluster）n一個(gè)區(qū)群中小區(qū)的數(shù)量稱為區(qū)群大小或頻率復(fù)用因子蜂窩形狀：Why六邊形？比正方形、圓形銜接性好，模擬效果更好蜂窩-頻率復(fù)用N=4頻率復(fù)用模型123457612345761234576123424343213122143134N=7頻率復(fù)用模型n以FDMA為例，K為分配給系統(tǒng)的頻率總數(shù)，N為頻率復(fù)用因子，假定每個(gè)蜂窩區(qū)分配相同數(shù)量的頻率，則每個(gè)蜂窩區(qū)有K/N個(gè)頻率需要對(duì)這些小區(qū)域以智能的方式分配信道，以避免兩種干擾：同頻道干擾（co-channel interference）鄰道干擾（adjacent ch

13、annel interference） 內(nèi)容提綱n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程n第一代模擬系統(tǒng)（U）n第二代數(shù)字系統(tǒng)（U）n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（U）n全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（M）n蜂窩原理nGSM體系結(jié)構(gòu)n幾種編碼n通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（M）GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)基站子系統(tǒng)（BSS）移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng)（NSS）GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)nMS 移動(dòng)終端移動(dòng)終端n用戶使用的終端設(shè)備 n類型：手機(jī)、車載臺(tái)、便攜臺(tái)n通過(guò)無(wú)線接口接入GSM系統(tǒng)；提供與使用者間的接口n用戶識(shí)別模塊SIM：n包含所有與用戶有關(guān)的信息和某些無(wú)線接口的信息，其中也包括鑒權(quán)和加密信息GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)n基站子系統(tǒng)（BSS）：通過(guò)無(wú)線發(fā)送

14、和接受信息，負(fù)責(zé)提供和管理MS與NSS間的傳輸路徑。nBSC：n管理設(shè)備，控制BTS，負(fù)責(zé)所有的無(wú)線接口管理控制和處理，主要是無(wú)線信道的分配、釋放、切換處理及功率控制。n BTS：n傳輸設(shè)備，包括無(wú)線發(fā)射和接收設(shè)備、天線及所有無(wú)線接口特有的信號(hào)處理設(shè)備（基帶、載頻、控制單元）。GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)n網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng)（NSS）： GSM系統(tǒng)的交換功能，管理GSM用戶之間和其他電信網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信，以及對(duì)用戶數(shù)據(jù)、移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。n移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC-Mobile Switch Center）n訪問(wèn)位置寄存器（VLR- Visited Location Registe

15、r）n歸屬位置寄存器（HLR- Home Location Register）n鑒權(quán)中心（AC- Authentication Centre ）n設(shè)備標(biāo)識(shí)寄存器（EIR- Equipment Identify Register）n操作維護(hù)中心（OMC）GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)nMSC-移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心n是網(wǎng)絡(luò)的核心 n完成系統(tǒng)的電話交換功能 n呼叫建立、控制、終止、選路n業(yè)務(wù)的提供、計(jì)費(fèi)處理、區(qū)內(nèi)切換n功能實(shí)體間及網(wǎng)絡(luò)間接口、公共信令等n從HLR、VLR、AUC中獲取位置登記和呼叫請(qǐng)求所需的數(shù)據(jù)nHLR-歸屬位置寄存器nGSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，它存儲(chǔ)著固定區(qū)域內(nèi)歸屬所有移動(dòng)用戶的信息。n存儲(chǔ)信息n用戶

16、信息：用戶的入網(wǎng)信息，注冊(cè)的有關(guān)業(yè)務(wù)信息等；n位置信息（處理來(lái)電呼叫）：VLR變更后，進(jìn)行位置更新過(guò)程。n分配給移動(dòng)用戶的兩個(gè)號(hào)碼：IMSI、MSISDNn靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)nVLR-訪問(wèn)位置寄存器n負(fù)責(zé)存儲(chǔ)MSC管轄區(qū)域范圍內(nèi)已登記的移動(dòng)用戶的相關(guān)信息（例如用戶號(hào)碼，所處位置區(qū)的識(shí)別，向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)）n漫游功能實(shí)現(xiàn)（西安用戶-上海出差）n動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)-VLR與HLR內(nèi)容提綱n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程n第一代模擬系統(tǒng)（U）n第二代數(shù)字系統(tǒng)（U）n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（U）n全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（M）n蜂窩原理nGSM體系結(jié)構(gòu)n幾種編碼n通用分

17、組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（M）GSM中的幾種編號(hào)n移動(dòng)用戶的ISDN號(hào)碼MSISDN n主叫用戶為呼叫GSM用戶所需的撥叫號(hào)碼 n號(hào)碼結(jié)構(gòu)國(guó)家碼CC：我國(guó)為86國(guó)內(nèi)有效ISDN號(hào)：移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)NDC（N1N2N3 ）：13S （S=94屬于中國(guó)移動(dòng)；S=03屬于中國(guó)聯(lián)通） HLR識(shí)別號(hào)：H0H1H2H3 移動(dòng)用戶號(hào)：ABCD GSM中的幾種編號(hào)n國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼IMSIn用于在國(guó)際上唯一識(shí)別移動(dòng)用戶，網(wǎng)內(nèi)部使用 n結(jié)構(gòu)（15位）：如圖所示我國(guó)MCC為460MNC的值中國(guó)移動(dòng)為00、中國(guó)聯(lián)通為01 GSM中的幾種編號(hào)n臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼TMSI n為了對(duì)IMSI保密，IMSI僅在空中傳送一次，便由

18、VLR給來(lái)訪移動(dòng)用戶分配一個(gè)惟一的TMSI號(hào)碼替代 n僅在本地有效 ，當(dāng)用戶離開(kāi)此VLR服務(wù)區(qū)后釋放 n由VLR臨時(shí)分配n移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼MSRNn用于在呼叫時(shí)為移動(dòng)用戶選路nVLR臨時(shí)分配 ，接續(xù)完成后即釋放n在被訪VLR區(qū)域內(nèi)是惟一有效的n國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼IMEIn用于在國(guó)際上惟一地識(shí)別一個(gè)移動(dòng)設(shè)備 GMSCHLRMSC/VLRBSMS固定用戶撥號(hào)固定用戶撥號(hào)查詢路由信息查詢路由信息查詢路由信息響應(yīng)查詢路由信息響應(yīng)撥號(hào)信息撥號(hào)信息尋呼請(qǐng)求尋呼請(qǐng)求尋呼響應(yīng)尋呼響應(yīng)加密加密呼叫建立呼叫建立呼叫證實(shí)呼叫證實(shí)信道指配信道指配回鈴音回鈴音連接完成連接完成撥號(hào)應(yīng)答撥號(hào)應(yīng)答連接連接連接確認(rèn)連接確認(rèn)提供

19、漫游號(hào)碼請(qǐng)求提供漫游號(hào)碼請(qǐng)求提供漫游號(hào)碼響應(yīng)提供漫游號(hào)碼響應(yīng)信道指配完成信道指配完成鑒權(quán)鑒權(quán)鑒權(quán)響應(yīng)鑒權(quán)響應(yīng)基本工作原理固定用戶呼叫移動(dòng)用戶的接續(xù)過(guò)程內(nèi)容提綱n蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程n第一代模擬系統(tǒng)（U）n第二代數(shù)字系統(tǒng)（U）n第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（U）n全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM（M）n蜂窩原理nGSM體系結(jié)構(gòu)n幾種編碼n通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（M）GPRS由來(lái)nGSM只有9.6kbps數(shù)據(jù)帶寬，設(shè)計(jì)時(shí)未考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大量增長(zhǎng)問(wèn)題。n實(shí)現(xiàn)以流量計(jì)費(fèi)，而非占用GSM信道時(shí)間計(jì)費(fèi)。在Web上大部分時(shí)間處于瀏覽狀態(tài)。nGSM-連接/電話思想nGPRS-分組/Internet思想GPRS nGeneral

20、Packet Radio Service（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）：它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念發(fā)展出的一套無(wú)線傳輸方式。n是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶只需注冊(cè)GPRS服務(wù)，無(wú)需換SIM卡，只要更換一部支持GPRS的手機(jī)或終端，就可以享受GPRS服務(wù)。nGPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E-mail、進(jìn)行Internet瀏覽等 。GPRS空中接口0124356701234012435670123401243567012340124356701234UplinkDownlinkVoice User1Voice User2GPRS User1GPRS User2GPRS User3F1F2F3F4F1F2F3F4