典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)解析課件

1、網(wǎng)絡(luò)通信原理（四）2013級 研究生課程八月 221SCUT DT&P Labs Copyright網(wǎng)絡(luò)通信原理（四）2013級 研究生課程第1頁，共73頁。4.典型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)1 八月 222SCUT DT&P Labs Copyright第2頁，共73頁。4.1 公用交換電話網(wǎng)(PSTN)八月 223SCUT DT&P Labs Copyright第3頁，共73頁。 公用交換電話網(wǎng)公用交換電話網(wǎng)（PSTN：Public Switched Telephone Network） 特指傳統(tǒng)的有線公用交換電話網(wǎng)。 PSTN的典型結(jié)構(gòu) 我國定義了五個等級的PSTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 第一、二、三和四級均為長

2、途交換中心； 第五級為由端局組成的本地交換中心； 電話機(jī)就是網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備，端局為網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)； 第一級交換中心作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的骨干部分； 第二、三和四級的中繼(交換節(jié)點(diǎn))和端局節(jié)點(diǎn)間則以樹形的結(jié)構(gòu)逐級匯聚接入到主干網(wǎng)上。 八月 224SCUT DT&P Labs Copyright第4頁，共73頁。八月 225SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電話網(wǎng)(續(xù)) 五級PSTN的典型結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)間也根據(jù)區(qū)域之間的業(yè)務(wù)量大小，建立同層之間的直通鏈路或者不同層之間的非對稱鏈路。第5頁，共73頁。八月 226SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電

3、話網(wǎng)(續(xù)) 簡化的PSTN的二級結(jié)構(gòu) 在省內(nèi)和省際的兩級網(wǎng)絡(luò)平面上分別構(gòu)成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，可使得長途話務(wù)的轉(zhuǎn)接次數(shù)大大減少； 在兩省和省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平面的節(jié)點(diǎn)間，可以設(shè)置直達(dá)路由，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸效率。第6頁，共73頁。八月 227SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電話網(wǎng)(續(xù)) PSTN話音與信令的路由選擇策略 路由選擇的一般原則是： 首先選擇可直達(dá)的路由； 當(dāng)直達(dá)路由不可用時，選擇優(yōu)先級別最高的第一迂回路由； 當(dāng)?shù)谝挥鼗芈酚梢膊豢捎脮r，再選擇優(yōu)先級 別次高的第二迂回路由； 以此類推，直到確定合適的路由為止。 示例：端局A1與A2之間直達(dá)路由為A1A2；第一迂回路由為A1B

4、2A2；第二迂回路由為A1B1B2A2；第三迂回路由則為A1B1C1B2A2。第7頁，共73頁。八月 228SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電話網(wǎng)(續(xù)) PSTN的接入網(wǎng) PSTN的接入網(wǎng)通常是指用戶電話機(jī)到端局的網(wǎng)絡(luò)部分； PSTN的接入網(wǎng)基本上是由雙絞線銅纜組成的； 在300到3400Hz頻譜段，信號的衰減最小，非常適合信號能量主要集中在這一頻段的語言信號； 普通電話機(jī)信號通過雙絞線到達(dá)端局的傳輸距離可達(dá)3到5公里； 當(dāng)利用PSTN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，在接入網(wǎng)傳輸階段，應(yīng)加入調(diào)制解調(diào)器(Modem)， 使載波信號工作在300到3400Hz頻譜； 通過Modem，利用多進(jìn)

5、制的載波調(diào)制方式來傳輸數(shù)據(jù)，接入網(wǎng)的傳輸速率可達(dá)到幾十Kbps。第8頁，共73頁。八月 229SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電話網(wǎng)(續(xù)) PSTN的信號方式與幀結(jié)構(gòu) 第9頁，共73頁。八月 2210SCUT DT&P Labs Copyright 公用交換電話網(wǎng)(續(xù)) PSTN典型的呼叫過程 第10頁，共73頁。4.2 移動通信網(wǎng)絡(luò)八月 2211SCUT DT&P Labs Copyright第11頁，共73頁。八月 2212SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò) 本課程中的移動通信網(wǎng)絡(luò)均是指商用的蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)。 移動通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

6、接入網(wǎng)：基站/移動終端 核心網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、控制管理設(shè)備第12頁，共73頁。八月 2213SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò)(續(xù)) 移動通信網(wǎng)絡(luò)的蜂窩結(jié)構(gòu) 蜂窩結(jié)構(gòu)源于在平面劃分的小區(qū)形狀一般抽象為六角形，多個六角形在組合則構(gòu)成蜂窩的形態(tài)。 六角形是可實(shí)現(xiàn)無縫拼接的多邊形中，用圓形區(qū)分時，不同區(qū)域交疊面積最小一種多邊形。 在一個小區(qū)內(nèi)，還可進(jìn)一步劃分若干扇區(qū)，每個扇區(qū)使用不同的頻率以提高小區(qū)的用戶容量。第13頁，共73頁。八月 2214SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò)(續(xù)) 移動通信網(wǎng)絡(luò)的四個重要的發(fā)展階段： 第一代（1G）是模擬的通

7、信系統(tǒng)，主要采用頻分多址(FDMA)技術(shù)； 第二代之后的移動通信系統(tǒng)都是數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代（2G）移動通信系統(tǒng)采用時分多址（TDMA）或碼分多址（CDMA）技術(shù)； 第三代（3G）移動通信系統(tǒng)主要基于CDMA技術(shù)； 第三代之后的演進(jìn)技術(shù)（LTE）和第四代（4G）移動通信系統(tǒng)采用的是正交頻分復(fù)用/正交頻分多址(OFDM/OFDMA)技術(shù)。 移動通信系統(tǒng)的最大特點(diǎn)：支持漫游和移動環(huán)境下的通信；第14頁，共73頁。八月 2215SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò)(續(xù)) 第二代（2G）移動通信系統(tǒng) 2G移動通信網(wǎng)也稱為公共陸地移動通信網(wǎng)（PLMN：Public Land M

8、obile Network）。 2G系統(tǒng)以電路交換的語音業(yè)務(wù)為主；也支持通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS：General packet Radio Service）； 2G系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率可達(dá)14.4Kbps，在改進(jìn)完善的過程中也還在不斷提高數(shù)據(jù)傳輸速率； 2G系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)有歐洲采用時分多址（TDMA）方式的GSM(Global System for Mobile Communication)系統(tǒng)；美國采用碼分多址(CDMA)方式的IS-95系統(tǒng)。第15頁，共73頁。八月 2216SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 2G移動通信系統(tǒng)的基本組成 基站子系統(tǒng) (

9、BSS：Base Station System)：接入控制； 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS：Network Sub-System)：移動管理； 移動終端 (MS：Mobile Station) 包括了接入網(wǎng)、回程網(wǎng)和核心網(wǎng)三大部分。第16頁，共73頁。八月 2217SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 2G移動通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 接入網(wǎng)(Access Networks)：基站子系統(tǒng) (BSS)與移動終端(MS)間的網(wǎng)絡(luò)； 回程網(wǎng)(Backhual Networks)：基站子系統(tǒng)(BSS)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)間的網(wǎng)絡(luò)； 核心網(wǎng)(Core Networks)：基站子系統(tǒng)(

10、NSS)與交換設(shè)備等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。第17頁，共73頁。八月 2218SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) BSS的基本組成：基站收發(fā)臺(BTS：Base Transceiver Station) 、基站控制器(BSC：Base Station System) ； BTS的功能：覆蓋小區(qū)中的一個扇區(qū)；由天線、無線發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和有關(guān)的接口電路組成； BSC的功能：小區(qū)內(nèi)無線信道的管理，完成一個呼叫過程中無線信道的建立、維護(hù)和拆除的過程；控制MS在扇區(qū)間移動時的切換。第18頁，共73頁。八月 2219SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系

11、統(tǒng)(續(xù)) NSS(網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng))的基本組成： 移動業(yè)務(wù)交換中心 (MSC：Mobile Service Switching Center) ； 歸屬位置寄存器 (HLR：Home Location Register) ； 訪問位置寄存器 (VLR：Visitor Location Register) ； 設(shè)備標(biāo)識寄存器 (EIR：Equipment Identity Register)； 鑒權(quán)中心 (AC：Authentication Center) 。 HLR：存儲本地MS的各種信息：內(nèi)用戶號碼、移動設(shè)備號碼；MS當(dāng)前的漫游位置信息和業(yè)務(wù)信息等； VLR：記錄MS漫游到當(dāng)前所在小區(qū)時的各種信息

12、，知會HLR當(dāng)前MS所在的位置，與HLR共同完成MS身份認(rèn)證，為MS提供臨時移動用戶識別碼等。第19頁，共73頁。八月 2220SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 操作維護(hù)中心 (OMC：Operation and Maintenance Center) OMC功能：對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，維護(hù)系統(tǒng)正常工作。 接口標(biāo)準(zhǔn)及定義 Um接口：空中接口； A接口：BSC與MSC之間的接口； B接口：MSC與VLR間的接口標(biāo)準(zhǔn)； 等等。 標(biāo)準(zhǔn)接口用于規(guī)范不同廠商間的設(shè)備/模塊具有互換性。第20頁，共73頁。八月 2221SCUT DT&P Labs Copyright 2G

13、移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 移動通信系統(tǒng)的基本工作過程 (1)導(dǎo)頻信息廣播 ：BSS通過接入網(wǎng)系統(tǒng)中專門的無線控制信道定期地發(fā)布下行的廣播和公用控制信息，MS可根據(jù)導(dǎo)頻信息判斷網(wǎng)絡(luò)的存在、進(jìn)行頻率校正和同步等； (2)MS位置登記 ：移動通信系統(tǒng)通常會要求處于工作狀態(tài)的MS利用上行控制信道周期性地進(jìn)行登記操作； 登記信息被回傳的到HLR/AC中進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證的結(jié)果返回到接入小區(qū)NSS中的VLR，由此系統(tǒng)可判斷該MS的合法性； 無論MS漫游的到什么地方，HLR和所在小區(qū)的VLR中都保存了MS所在小區(qū)的位置和其身份信息。第21頁，共73頁。八月 2222SCUT DT&P Labs Copyright

14、 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) MS的位置更新登記過程 (圖中的P-VLR為當(dāng)前VLR的上一個VLR) 第22頁，共73頁。八月 2223SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) (3) 主叫MS的接續(xù)過程 鑒權(quán)：用于判斷MS的合法身份； 置密：用于設(shè)定通信過程的加密方式。 VLR會為合法主叫MS重新分配一個臨時移動用戶識別碼給MS； 臨時移動用戶識別碼可避免在MS在通信過程中被截獲其身份信息。 第23頁，共73頁。八月 2224SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) (4)被叫MS的 接續(xù)過程 第24頁，共73頁。八月 2225SC

15、UT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) (5)越區(qū)切換過程： MS在通信過程中會不斷地測試服務(wù)基站（BTS/BSS）和周圍基站的信號強(qiáng)弱，并將結(jié)果上報服務(wù)基站； 基站根據(jù)測量結(jié)果，以及周圍基站的綜合工作情況，做出是否進(jìn)行切換的判斷。 a、同一BSC控制下的不同扇區(qū)(BTS)之間的切換； b、同一NSS控制下的不同小區(qū)(BSC)之間的切換。第25頁，共73頁。八月 2226SCUT DT&P Labs Copyright 2G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) (5)越區(qū)切換過程： c、不同MSC/VTR（NSS）控制下的不同小區(qū)（BSC）之間的切換。第26頁，共73頁。八月 22

16、27SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò)(續(xù)) 第三代（3G）移動通信系統(tǒng) 3G基本特點(diǎn)：則是業(yè)務(wù)的綜合化和寬帶化，交換方式則向分組化的方向轉(zhuǎn)變； 主要技術(shù)指標(biāo)： 服務(wù)速率在室內(nèi)理想環(huán)境至少為2Mbps； 室外步行條件至少為384Kbps； 車載運(yùn)動環(huán)境至少為144Kbps。 傳輸速率可上下行不對稱配置和按需分配。 3G系統(tǒng)工作原理：如接入網(wǎng)絡(luò)的過程、漫游管理與越區(qū)切換控制等基本原理都與2G類似。第27頁，共73頁。八月 2228SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 國際電聯(lián)（ITU-T）將3G系統(tǒng)命名為IMT-2000 (Inte

17、rnational Mobile Communications-2000); 3G的主要國際標(biāo)準(zhǔn)： 歐洲提出的WCDMA； 美國提出的cdma2000； 中國提出的TD-SCDMA。 上下行工作方式： WCDMA和cdma2000采用頻分雙工； TD-SCDMA采用時分雙工。 時分雙工方式頻率配置、上下行不對稱配置簡單，但對系統(tǒng)的同步要求較高。第28頁，共73頁。八月 2229SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 3G接入網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3G接入網(wǎng)統(tǒng)稱為通用移動通信系統(tǒng)陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN) UTRAN：UMTS Terrestrial Radio Acc

18、ess Network UMTS：Universal Mobile Telecommunication System第29頁，共73頁。八月 2230SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 3G接入網(wǎng)基本組成： (1)基站Node B：Node B負(fù)責(zé)無線信號的收發(fā)，同時也參與無線資源的管理； (2)無線網(wǎng)絡(luò)控制器 (RNC：Radio Network Controller)：管理某一區(qū)域內(nèi)的若干Node B； 3G核心網(wǎng)功能模塊： (1)歸屬位置寄存器 (HLR)； (2)訪問位置寄存器 (VLR)； (3)移動交換中心 (MSC)： 管理傳統(tǒng)的電路交換 (

19、CS：Circuit Switching)業(yè)務(wù)； (4)服務(wù)型GPRS支撐節(jié)點(diǎn)(SGSN：Serving GPRS Support Node)管理分組交換(PS：Packet Switching)業(yè)務(wù)。第30頁，共73頁。八月 2231SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 接入網(wǎng)（UTRAN）的主要功能： (1)提供MS的接入控制、網(wǎng)絡(luò)同步、廣播和多播、資源調(diào)度管理和切換控制等； (2)提供移動業(yè)務(wù)服務(wù)，如傳輸用戶數(shù)據(jù)和有關(guān)信令、信息加解密、服務(wù)RNS重定位和用戶定位等。 UTRAN的功能主要由UTRAN通用協(xié)議來規(guī)范 UTRAN通用協(xié)議模型第31頁，共73

20、頁。八月 2232SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) UTRAN通用協(xié)議模型水平面劃分 (1)無線網(wǎng)絡(luò)層：主要為UTRAN中RNS與MS間的無線接口及相關(guān)協(xié)議提供支撐服務(wù)； (2)傳輸網(wǎng)絡(luò)層：主要為RNS與外部模塊間各類有線接口，以及RNS內(nèi)RNC與Node B間接口(Iub)提供適配服務(wù)。 UTRAN通用協(xié)議模型垂直面劃分 (1)控制平面的應(yīng)用協(xié)議提供有關(guān)空口控制的信令承載； (2) 用戶平面則提供用戶數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。 傳輸網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面 為信令或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸在有線信道接口間提供邏輯信道的構(gòu)建與維護(hù)等控制服務(wù)。第32頁，共73頁。八月 223

21、3SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) UTRAN同時提供電路交換與分組交換服務(wù) (1) Iu-CS接口：Iu-CS接口提供RNS與CN之間的電路交換連接的功能； Iu-CS接口邏輯功能圖第33頁，共73頁。八月 2234SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) Iu-CS接口邏輯功能： (1)控制平面采用7號信令系統(tǒng)中無線接入網(wǎng)應(yīng)用部分的信令信息方式。 a、在控制平面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)層上可以以面向連接的方式承載控制信息，相應(yīng)的的功能模塊： 信令連接控制部分(SCCP)； 消息傳輸部分(MTP3-B) ； 網(wǎng)間接口信令A(yù)TM適配層(S

22、AAL-NNI) 。 ATM適配層組成：業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)功能(SSCF) 、特定業(yè)務(wù)面向連接協(xié)議(SSCOP) 和ATM適配層5 (AAL5) 第34頁，共73頁。八月 2235SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) b、在控制平面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)層上也可以引入IP傳輸方式承載控制信息，相應(yīng)的功能模塊： 信令連接控制部分(SCCP)； 消息傳輸部分3-用戶適配層(M3UA)； 簡單控制傳輸協(xié)議(SCTP)； IP協(xié)議。 (2)在用戶平面上可以采用ATM的適配層2的服務(wù)，也可以采用基于UDP/IP的RTP/RTCP實(shí)時業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)。 第35頁，共73頁。八月 2236SCUT

23、DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) Iu-PS接口邏輯功能： Iu-PS接口提供RNS與CN之間的分組交換連接的功能，同樣采用了控制與業(yè)務(wù)承載分離的方式。Iu-PS接口邏輯功能圖第36頁，共73頁。八月 2237SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) Iu-PS接口邏輯功能： Iu-PS接口是通過GTP隧道來實(shí)現(xiàn)控制信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載。 (1) 對信令信息，構(gòu)建GTP隧道所需參數(shù) 需要隧道標(biāo)識 源地址和目的地址 上述信息已經(jīng)包含在RANAP無線接入承載分配的有關(guān)消息中。 (2) 對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，用戶平面自身有構(gòu)建GTP隧道的機(jī)制。 因

24、此，傳輸網(wǎng)絡(luò)層上傳輸網(wǎng)絡(luò)控制平面的功能在Iu-PS接口中被省略。第37頁，共73頁。八月 2238SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用部分(RANAP)的基本功能 RANAP作為Iu的信令協(xié)議，定義了無線網(wǎng)絡(luò)層的各種控制信息: a. 重定位：在不中斷用戶數(shù)據(jù)流的情況下，將MS從一個當(dāng)前服務(wù)的RNS重新定位到另外一個RNS，實(shí)現(xiàn)RNS之間的硬切換； b. 無線接入承載管理：包括無線承載的建立、業(yè)務(wù)排隊管理、承載的屬性修改和承載的清除等； c. Iu接口釋放：釋放某個MS在控制和用戶平面上的所有資源； d. 報告錯誤：報告未成功傳輸?shù)竭_(dá)MS的數(shù)據(jù)，

25、據(jù)此可做其他的操作，如修改計費(fèi)記錄等； e. 公共ID管理：實(shí)現(xiàn)MS永久標(biāo)識符在UTRAN與CN之間的交互； f. 尋呼：CN通過該功能尋呼某個特定的處于空閑狀態(tài)的MS；第38頁，共73頁。八月 2239SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用部分(RANAP)的基本功能(續(xù)) g. MS-CN信令傳輸：提供MS與CN之間透明的信令傳輸，此時UTRAN不對信令做任何的解釋； h.安全模式控制：確定是否要對信令和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和整體校驗(yàn)； i.過載控制：控制Iu接口上的負(fù)荷，避免過載； j.位置報告：向CN報告MS實(shí)際的位置信息； k. 復(fù)位：在I

26、u接口上出現(xiàn)錯誤時進(jìn)行重啟的控制。第39頁，共73頁。八月 2240SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 3G空中接口：空中接口是指MS與無線接入網(wǎng)部份的接口； 空中接口包括了無線接口協(xié)議和物理層無線傳輸技術(shù)； 3G的三種不同的制式其區(qū)別主要在其物理層無線傳輸技術(shù)上，而無線接口協(xié)議部份則非常類似。第40頁，共73頁。八月 2241SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 3G空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)第41頁，共73頁。八月 2242SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 3G空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu) （1）L

27、1是系統(tǒng)的物理層：視不同制式，物理層傳輸技術(shù)可以是TD-SCDMA，或WCDMA，或cdma2000； (2) L2是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路層：主要包括媒體訪問控制(MAC)子層和無線鏈路控制(RLC)子層。還可包括： 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP) 子層 廣播/多播控制(BMC)子層。 (3) L3是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層：通過RRC功能模塊，提供空中接口的資源管理： L2中各個子層或?qū)嶓w的參數(shù)配置； MS與UTRAN間控制信令的交互。第42頁，共73頁。八月 2243SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) L2 MAC子層的基本功能： 物理層無線資源的分配和調(diào)整，資源的分配和

28、數(shù)據(jù)傳輸通過邏輯信道到傳輸信道的映射來實(shí)現(xiàn)； 數(shù)據(jù)傳輸和提供測量報告； 從控制平面和用戶平面下傳的各種控制信號和各類業(yè)務(wù)通過不同的邏輯信道到達(dá)MAC子層。第43頁，共73頁。八月 2244SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 邏輯信道、傳輸信道和物理信道間的映射關(guān)系第44頁，共73頁。八月 2245SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 邏輯信道的分類 (1) 控制信道 下行廣播控制信息信道(BCCH) ； 下行尋呼信息信道(PCCH) 雙向的公共控制信道(CCCH)； 專用的雙向控制信道(DCCH) 雙向的傳輸控制信道(S

29、HCCH)等。 (2) 業(yè)務(wù)信道 給全部或部分用戶發(fā)送信息的點(diǎn)對多點(diǎn)信道 (CTCH)； 專門針對一個用戶的點(diǎn)對點(diǎn)專用業(yè)務(wù)信道(DTCH)等。第45頁，共73頁。八月 2246SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 傳輸信道的分類 (1)公共信道廣播信道（BCH） ；尋呼信道（PCH）前向接入信道（FACH)；隨機(jī)接入信道（RACH） 雙向下行共享信道（DSCH）等。 (2)專用信道 專用信道則通常是分配給具體用戶的，用于傳輸用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和有關(guān)的控制信息。第46頁，共73頁。八月 2247SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)

30、) 物理信道的分類 (1)主公共控制物理信道（PCCPCH） (2)輔助公共控制物理信道（SCCPCH） (3)專用物理信道（DPCH） (4)物理下行共享信道（PDSCH） (5)物理上行共享信道（PUSCH） (6)物理隨機(jī)接入信道（PRACH）等。 物理信道具體是由頻率、時隙、信道碼和無線幀等參數(shù)來定義。第47頁，共73頁。八月 2248SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) L2 RLC子層的基本功能(參見P41圖) 每個特定的RLC實(shí)體為上層的相應(yīng)的某種控制信令或用戶業(yè)務(wù)提供承載； 承載是指可根據(jù)具體傳輸業(yè)務(wù)的要求，提供數(shù)據(jù)的分段與重組、收發(fā)緩沖、確

31、認(rèn)與重傳控制等功能； RLC子層操作的三種模式 (1)透明模式：對高層數(shù)據(jù)不添加任何的協(xié)議開銷，僅做必要的分段操作； (2)非確認(rèn)模式：在高層數(shù)據(jù)上添加某些控制協(xié)議的開銷形成新的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PUD），使其具備檢錯和順序控制等功能； (3)確認(rèn)模式：同樣通過高層數(shù)據(jù)上添加某些控制協(xié)議的開銷形成新的PDU，除具備檢錯和順序控制等功能外，還包括確認(rèn)與出錯時的重傳控制等。第48頁，共73頁。八月 2249SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) L2 PDCP子層的基本功能(參見P41圖) PDCP子層作為用戶平面上的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議功能實(shí)體，可提供RLC子層之外的一

32、些特殊的數(shù)據(jù)分組處理功能； 特殊的數(shù)據(jù)分組處理功能示例： 數(shù)字分組頭的壓縮功能，以提高空口的效率； 無損服務(wù)RNC（SRNC）的重定位，將下一個MS待收的PDCP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）從原來服務(wù)的RNC傳輸?shù)叫虑袚Q的RNC。 第49頁，共73頁。八月 2250SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) L2 BMC子層的基本功能(參見P41圖) BMC子層也是一個用戶平面上的業(yè)務(wù)子層，提供小區(qū)內(nèi)向MS單向廣播的服務(wù)，包括：小區(qū)廣播消息的存儲、調(diào)度和發(fā)送等。第50頁，共73頁。八月 2251SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) L

33、3層及無線資源控制協(xié)議(RRC)功能實(shí)體(參見P41圖) L3層主要完成控制平面上RRC的功能； RRC是UTRAN(通用移動通信系統(tǒng)陸地?zé)o線接入網(wǎng))中高層協(xié)議的核心部分，包括了MS與UTRAN之間交互的各種控制信令。 RRC在主要功能包括： （a）廣播與接入網(wǎng)相關(guān)的信息； （b）建立、維持和釋放MS與UTRAN之間的RRC連接； （c）分配、維持和釋放MS與UTRAN之間的資源和相應(yīng)的承載； （d）尋呼； （e）控制MS的初始小區(qū)選擇和移動切換功能； （f）控制各種業(yè)務(wù)所需的服務(wù)質(zhì)量； （g）控制MS進(jìn)行各種測量； （h）外環(huán)功率控制。 （i）安全模式控制和消息的完整性保護(hù)； （j）定時控制

34、；等等。第51頁，共73頁。八月 2252SCUT DT&P Labs Copyright 3G移動通信系統(tǒng)(續(xù)) RRC的功能示例：分配MS與UTRAN之間的無線資源和建立相應(yīng)的承載。 RRC連接與DCH建立過程第52頁，共73頁。八月 2253SCUT DT&P Labs Copyright 移動通信網(wǎng)絡(luò)(續(xù)) 第四代/長期演進(jìn)(3G/LTE)移動通信系統(tǒng) 促進(jìn)移動通信系統(tǒng)不斷演進(jìn)和向4G發(fā)展的基本因素： (1)需求：互聯(lián)網(wǎng)與移動通信系統(tǒng)的結(jié)合使人們期待可隨時隨地、象以普通有線接入那樣的下載速度使用互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)； (2)技術(shù)進(jìn)步：高頻譜效率的多路正交頻分復(fù)用(OFDM)的“并行”高頻譜效率

35、的傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法取得突破并開始廣泛應(yīng)用； (3)競爭：無線城域網(wǎng)(WMAN/802.16)和無線局域網(wǎng)(WMAN/802.11)的推廣應(yīng)用迫使傳統(tǒng)移動通信設(shè)備和運(yùn)營商提出應(yīng)對措施。 移動通信系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP把3G之后移動通信技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展描述為長期演進(jìn)（LTE：Long Term Evolution）過程。第53頁，共73頁。八月 2254SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) LTE系統(tǒng)的主要類型(ITU的4G的候選標(biāo)準(zhǔn))： (1) 時分雙工LTE(中國)； (2) 頻分雙工LTE (歐洲)； (3) IEEE802.16m (美國)

36、； LTE是一種完全在分組域(IP)工作的系統(tǒng)。 LTE系統(tǒng)的基本技術(shù)指標(biāo)： 20MHz帶寬、終端具有2根接收天線和1根發(fā)射天線的應(yīng)用環(huán)境, 下行22 MIMO和上行12 SIMO時的峰值傳輸速率分別為100M/50Mbps，相應(yīng)的頻率效率分別為5bit/s/Hz和2.5bit/s/Hz。第54頁，共73頁。八月 2255SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 4G/LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 扁平化：原3G網(wǎng)元RNC功能放進(jìn)eNodeB，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單； 分組化：接入網(wǎng)與核心網(wǎng)間已經(jīng)沒有電路域的鏈路，移動通信網(wǎng)絡(luò)由此過渡到單一的分組交換系統(tǒng)。第55頁，

37、共73頁。八月 2256SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 接入網(wǎng)功能由E-UTRAN (Evolved- UTRAN)實(shí)現(xiàn)； 接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的交互功能由EPC(Evolved Packet Core)實(shí)現(xiàn)。 E-UTRAN的主要功能： （a）無線資源管理：空口上的無線接入與承載控制，移動性管理； （b）IP報頭壓縮； （c）安全認(rèn)證及數(shù)據(jù)加密； （d）eNode B與EPC間的信令與數(shù)據(jù)承載控制。 EPC的主要功能： （a） UE和E-UTRAN間的系統(tǒng)控制； （b）信令和數(shù)據(jù)的承載。第56頁，共73頁。八月 2257SCUT DT&P Labs

38、 Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN與EPC間功能劃分 第57頁，共73頁。八月 2258SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) EPC中移動管理實(shí)體(MME)是主要功能： （a）非接入層（NAS：Non-Access Stratum）信令的加密與完整性保護(hù)，信令處理； （b）UE的鑒權(quán)與接入層安全控制； （c）跟蹤區(qū)列表，（接入/空閑狀態(tài)）移動性管理，核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的信令控制； （d）LTE系統(tǒng)與2G或3G系統(tǒng)間切換時的服務(wù)型GPRS支撐節(jié)點(diǎn)（SGSN）選擇與控制。 NAS信令通常是指核心網(wǎng)與用戶間除接入控制之外的信令，

39、如數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某休d管理、空閑UE的管理與尋呼、安全控制等。 第58頁，共73頁。八月 2259SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) EPC中服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）的作用：（a）分組數(shù)據(jù)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)；（b）UE移動時的用戶平面切換控制；（c）合法監(jiān)聽；（d）用戶計費(fèi)、運(yùn)營商間計費(fèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。 分組數(shù)字網(wǎng)關(guān)P-GW的主要作用：（a）用戶IP地址的分配和服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證；（b）按照策略控制與計費(fèi)規(guī)則進(jìn)行流量的計費(fèi)。第59頁，共73頁。八月 2260SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu)

40、 協(xié)議架構(gòu)中包含了控制平面和用戶平面； (1)控制平面層次結(jié)構(gòu)第60頁，共73頁。八月 2261SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu) (2)用戶平面層次結(jié)構(gòu)第61頁，共73頁。八月 2262SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu) 控制平面和用戶平面層次結(jié)構(gòu)中RRC、PDCF、RLC和GTP-U等模塊的功能與3G系統(tǒng)中相應(yīng)模塊的功能基本相同。 用戶平面層次結(jié)構(gòu)兩個IP的不同作用： (1)應(yīng)用層下的IP是用戶傳輸業(yè)務(wù)用的IP； (2)GTP-U下的UDP/IP則是構(gòu)

41、建承載用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隧道使用的IP，用戶的IP報文通過該隧道建立EPC與核心網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)或路由器的連接通道。第62頁，共73頁。八月 2263SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu)中的重要接口 S1接口與X2接口第63頁，共73頁。八月 2264SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu)中的重要接口 S1接口：連接eNode B與核心網(wǎng)EPC的接口； 兩類S1接口： (1) S1-MME：用于控制平面，負(fù)責(zé)eNode B與MME之間接入層信及非接入層信令的承載；采用流控

42、制傳輸協(xié)議（SCTP）和IP協(xié)議進(jìn)行傳輸； 采用SCTP可TCP一樣可保證流的可靠傳輸，在SCTP的每個流中可以同時實(shí)現(xiàn)多個單獨(dú)連接的信令流的多路復(fù)用。 (2) S1-U：用于用戶平面，該接口繼承了3GPP定義的2G/3G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分組域采用的GTP/UDP協(xié)議棧，與原有3G的核心網(wǎng)系統(tǒng)保持較好的一致性，以支持3GPP內(nèi)部的移動性。第64頁，共73頁。八月 2265SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) E-UTRAN協(xié)議架構(gòu)中的重要接口 X2接口：用于E-UTRAN系統(tǒng)內(nèi)eNode B之間的互連； X2接口在無線網(wǎng)絡(luò)層用X2-AP替代了S1接口中的

43、S1-AP，控制平面的和用戶平面的協(xié)議棧與S1接口的相同。 X2接口在E-UTRAN系統(tǒng)的功能原則上也可以由S1完成，引入了X2可使得UE移動時傳輸業(yè)務(wù)在eNode B之間的切換將更加直接和便捷。第65頁，共73頁。八月 2266SCUT DT&P Labs Copyright 4G/LTE移動通信系統(tǒng)(續(xù)) 4G/LTE無線接口協(xié)議及其基本功能 4G/LTE無線接口協(xié)議與3G的基本相同，例如PDCP、RLC與MAC層的模塊完成與3G系統(tǒng)中相應(yīng)的模塊類似的功能； 4G/LTE整合和新定義的信道包括： 邏輯信道中的多播控制信道（MCCH）用于支持多媒體多播廣播業(yè)務(wù)（MBMS）傳輸、多播業(yè)務(wù)信道（MTCH）用于承載多媒體的多播廣播業(yè)務(wù)； 傳輸信道中的下行共享信道（DL-SCH）和上行共享信道（UL-SCH）分別用于承載下行或上行的用戶數(shù)據(jù)或控制消息； 傳輸信道與物理信道的映射關(guān)系： MCHPMCH，RACHPRACH，UL-SCHPUSCH；等等。第66頁，共73頁。八月 2267SCUT DT&P Labs Copyri