《電信工程及管理專業(yè)概論》課件-第4章 移動通信網(wǎng)

內(nèi)容提要1移動通信概述第二代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)第四代移動通信系統(tǒng)第五代移動通信系統(tǒng)移動通信組網(wǎng)案例第四章移動通信網(wǎng)4.1 移動通信概述24.1.1 移動通信的概念及特點(diǎn)1.移動通信的概念按照通信雙方是否使用無線傳輸方式來完成通信，可將通信分為移動通信或固定通信。移動通信是指通信雙方至少有一方在可移動狀態(tài)，并借助于無線傳輸方式來進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。2.移動通信的特點(diǎn)相比于其他類型的通信方式，移動通信主要有以下主要特點(diǎn)：移動性電波傳播條件復(fù)雜噪聲和干擾嚴(yán)重系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜對頻率利用率和移動設(shè)備性能要求高3

3.移動通信的頻段

按照無線電頻率的劃分，移動通信的頻段主要使用VHF（甚高頻）和UHF（特高頻）等微波頻段。一般分配為150MHz，450MHz，800MHz，900MHz，1800MHz以及2000MHz頻段等。在頻率資源日益緊張的情況下，5G移動通信的頻段還要向6GHz以下的中低頻段甚至6GHz以上的更高頻段開發(fā)。這些頻段均為公用移動通信的使用頻段。從電波傳播特點(diǎn)來看，一個頻點(diǎn)的傳播范圍，在視距內(nèi)大約幾十公里，即幾十公里半徑的范圍。頻段資源是異常寶貴的空間資源，無線電廣播、電視、飛機(jī)導(dǎo)航、軍用等各種移動通信，都要分享這一資源，所以任何一個移動通信系統(tǒng)都必須精細(xì)的規(guī)劃和合理使用分得的頻率資源。4.1 移動通信概述4

4.1.2移動通信的發(fā)展歷程移動通信主要經(jīng)歷了如下表所示的四個典型的階段。4.1 移動通信概述發(fā)展階段時間系統(tǒng)主要特點(diǎn)典型系統(tǒng)案例第一階段20世紀(jì)20年代至40年代專用系統(tǒng)工作頻率較低單工或半雙工方式美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)第二階段20世紀(jì)40年代至60年代專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡，交換方式采用人工交換，網(wǎng)絡(luò)的容量很??；大量的小范圍專用移動通信系統(tǒng)第三階段20世紀(jì)60年代至70年代采用大區(qū)制方式組網(wǎng)靠天線的高度與大功率提供無線覆蓋，僅能提供中小容量的用戶使用可自動選頻與自動交換接續(xù)；早期的移動電話系統(tǒng)第四階段20世紀(jì)70年代中后期至今采用小區(qū)制蜂窩組網(wǎng)方式通信容量迅速增加新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)系統(tǒng)性能不斷完善技術(shù)發(fā)展呈加快趨勢1G~5G蜂窩移動通信系統(tǒng)（PLMN）5第四階段的蜂窩移動通信系統(tǒng)又可有以下幾個劃分方式：按多址方式來分，頻分多址（FDMA）系統(tǒng)是第一代移動通信系統(tǒng)（1G）；時分多址（TDMA）或碼分多址（CDMA）系統(tǒng)是第二代移動通信系統(tǒng)（2G）；使用分組/電路交換的CDMA系統(tǒng)是第三代移動通信系統(tǒng)（3G）；使用不同的高級接入技術(shù)并采用全I(xiàn)P（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)稱為第四代移動通信系統(tǒng)（4G）。按系統(tǒng)的典型技術(shù)來劃分，則模擬系統(tǒng)是1G；數(shù)字話音系統(tǒng)是2G；數(shù)字話音/數(shù)據(jù)系統(tǒng)是超二代移動通信系統(tǒng)（B2G）；寬帶數(shù)字系統(tǒng)是3G；而極高速數(shù)據(jù)速率系統(tǒng)則是4G（峰值速率為100Mbps-1000Mbps）；第五代移動通信系統(tǒng)（5G）是面向2020年以后更高速（平均傳輸速率達(dá)到100Mbps~1Gbps）的移動通信以及面向萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的需求而提出的新一代移動通信系統(tǒng)，ITU將其命名為IMT-2020。2019年6月6日，中國工信部已經(jīng)宣布發(fā)放5G商用牌照給全國四大運(yùn)營商（中國移動、中國聯(lián)通、中國電信以及中國廣電），當(dāng)前5G的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在全國分階段進(jìn)行。4.1 移動通信概述6

第一代移動通信系統(tǒng)（1G）采用模擬無線通信技術(shù)，工作頻段為900MHz，頻道帶寬為30kHz和25kHz，頻分多址接入（FDMA），頻分雙工（FDD）方式。該系統(tǒng)因抗干擾能力差，質(zhì)量不穩(wěn)定，各種系統(tǒng)互不兼容等眾多的缺點(diǎn)，早在上個世紀(jì)90年代就陸續(xù)被第二代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)所取代。第二代蜂窩移動通信（2G）的典型系統(tǒng)是歐洲推出的GSM（GlobalSystemforMobilecommunications）系統(tǒng)，美國推出的D-AMPS系統(tǒng)和日本推出的JDC系統(tǒng)。2G系統(tǒng)采用數(shù)字無線通信技術(shù)，工作頻率900MHz和1800MHz，頻道帶寬為200kHz和30kHz，時分多址接入（TDMA），頻分雙工方式工作。目前我國的中國移動公司仍還在提供GSM的服務(wù)，起到了對新技術(shù)的補(bǔ)充和備份的作用。4.1 移動通信概述7伴隨著對第三代移動通信技術(shù)研究的升溫，以及2.5G產(chǎn)品GPRS系統(tǒng)，2.75G產(chǎn)品EDGE的過渡，3G（3G技術(shù)名為IMT-2000）登上了通信的舞臺。3G的開發(fā)目標(biāo)是：一種能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網(wǎng)絡(luò)相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點(diǎn)進(jìn)行任何種類的通信系統(tǒng)。2000年5月，IMT-2000的全部網(wǎng)絡(luò)規(guī)范得到確定，其中包括美國提交的CDMA2000、歐洲提交的WCDMA以及中國電信科學(xué)技術(shù)研究院提交的TD-SCDMA。而這三大標(biāo)準(zhǔn)依次被我國的通信服務(wù)運(yùn)營商中國電信、中國聯(lián)通和中國移動的3G系統(tǒng)所采用。目前中國電信和聯(lián)通的系統(tǒng)還在正常運(yùn)行，中國移動的TD-SCDMA已經(jīng)退出服務(wù)。3G較之于2G，具有全球化、多媒體化、綜合化、智能化、個人化等顯著的特征。4.1 移動通信概述8為應(yīng)對“寬帶接入移動化”的挑戰(zhàn)，同時也為了滿足更多的新型業(yè)務(wù)的需求，2004年底，3GPP啟動了長期演進(jìn)（LTE）（準(zhǔn)4G）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。LTE致力于進(jìn)一步改進(jìn)和增強(qiáng)現(xiàn)有3G技術(shù)的性能，以提供更快的分組速率、頻譜效率以及更低的延遲。LTE后續(xù)演進(jìn)升級的正式名為“LTE-Advanced”，簡稱“LTE-A”。其帶寬可達(dá)100MHz，峰值速率下行可達(dá)1Gbps，上行可達(dá)500Mbps。2019年6月開始在我國投入商用的5G移動通信，標(biāo)志著我國的通信技術(shù)進(jìn)入了全球第一集團(tuán)軍的陣列，真正甩掉了我國通信落后于世界先進(jìn)水平的帽子?；仡櫼苿油ㄐ沤?0年的發(fā)展歷程，我國移動通信市場的發(fā)展速度和規(guī)模令世人矚目?？梢哉f，中國的移動通信發(fā)展史是超常規(guī)、成倍數(shù)、跳躍式的發(fā)展史。總體來說，我國移動通信發(fā)展經(jīng)歷了引進(jìn)、吸收、改造、創(chuàng)新4個階段。現(xiàn)階段，我國的移動通信技術(shù)水平已同步于世界先進(jìn)水平，并有望在本階段（5G）占領(lǐng)移動通信技術(shù)制高點(diǎn)，引領(lǐng)移動通信的發(fā)展方向。相信在不久的將來，“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景將會呈現(xiàn)在我們面前。4.1 移動通信概述9移動通信按照不同的分類原則有多種不同的分類方法：按使用對象分：可分為民用通信和軍用通信，民用是對大眾開放的公用網(wǎng)絡(luò)，而軍用是專用網(wǎng)絡(luò)，加密程度很高。按使用環(huán)境分：可分為陸地通信、海上通信和空中移動通信。在陸地、海上和空中不同的環(huán)境中，因無線信道傳播條件不同，使得采用的技術(shù)方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所不同。按多址方式分：可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）。采用不同的多址方式對系統(tǒng)容量的影響也不同。按覆蓋范圍分：可分為廣城網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個域網(wǎng)。按業(yè)務(wù)類型分：可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。按工作方式分：可分為單工、雙工和半雙工方式。現(xiàn)代公其移動通信系統(tǒng)均采用雙工方式，一些小型的專用系統(tǒng)仍采用單工方式。按服務(wù)范圍分：可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)。專用通信網(wǎng)為一個或幾個部門或者單位所擁有，它只為擁有者提供服務(wù)，這種網(wǎng)絡(luò)不向其他人提供服務(wù)。而公用網(wǎng)則可為所有的人提供服務(wù)，公眾只要付費(fèi)就可以接人使用，即它是面向全社會提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。目前公用網(wǎng)構(gòu)成了移動通信的主要部分按信號形式分：可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。模擬移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸采用模擬通信技術(shù)，而數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸采用數(shù)字通信技術(shù)。第一代蜂窩移動通信網(wǎng)是模擬網(wǎng)，第二代以后的蜂窩移動通信網(wǎng)都是數(shù)字網(wǎng)。4.1 移動通信概述4.1.3移動通信的分類及工作方式10

移動通信的傳輸方式分為單向傳輸和雙向傳輸。單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng)；雙向傳輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。三種傳輸方式的定義及工作特點(diǎn)如下表所示。4.1 移動通信概述2．移動通信的工作方式工作方式定義特點(diǎn)單工通信雙方交替進(jìn)行收發(fā)的通信方式點(diǎn)對點(diǎn)通信，設(shè)備簡單半雙工移動終端采用單工，基站采用雙工的通信方式終端耗電小雙工通信雙方可同時進(jìn)行消息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?/p>

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4.1.4移動通信的基本技術(shù)4.1 移動通信概述移動通信中的各類新技術(shù)，都是為滿足移動通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指標(biāo)而設(shè)計的。1.移動信道電波傳播特性的研究。移動通信的無線信道隨時間和地點(diǎn)的不同而呈現(xiàn)不斷變化的特點(diǎn)，而移動通信雙方都可能處于高速移動狀態(tài)，并且無線電波的傳播環(huán)境也處于動態(tài)變化中，這些最終會使無線傳播路徑復(fù)雜多變，整個無線信道的傳播特性處于不斷變化的狀態(tài)。所以，移動通信的信道具有傳播的開放性，接收環(huán)境的復(fù)雜性以及通信用戶的隨機(jī)移動性等典型特征。分析移動信道中電波傳播的各種物理現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，找出其特點(diǎn)與規(guī)律以及這些現(xiàn)象對電波傳播所產(chǎn)生的不良影響，進(jìn)而研究減小或者抵消各種不良影響的對策，是理解移動通信關(guān)鍵技術(shù)的前提，也是開發(fā)移動通信各種新技術(shù)的基礎(chǔ)和依據(jù)。為了給通信系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計提供依據(jù)，人們通常采用理論分析或根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析（或二者結(jié)合）的方法來總結(jié)和建立有普遍性的數(shù)學(xué)模型。利用這些模型，可估算傳播環(huán)境中的傳播損耗和其他有關(guān)的傳播參數(shù)等。通過以上的分析研究，我們可以找到電波傳播在各種典型環(huán)境下的基本規(guī)律，形成相應(yīng)的電波傳播模型，并提供移動通信系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與分析使用。4.1 移動通信概述2.移動通信的多址技術(shù)多址技術(shù)是研究如何將有限的通信資源在多個用戶之間進(jìn)行有效的切割與分配，在保證多用戶之間通信質(zhì)量的同時盡可能地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度并獲得較高系統(tǒng)容量的一門技術(shù)。多址技術(shù)是移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，更是移動通信系統(tǒng)換代的一個重要標(biāo)志。第一代模擬蜂窩系統(tǒng)采用（FDMA）技術(shù)，該技術(shù)初步解決了利用有限頻率資源擴(kuò)展系統(tǒng)容量的問題。時分多址（TDMA）技術(shù)是伴隨著第二代移動通信系統(tǒng)中廣泛采用的數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)的，實(shí)際采用的是TDMA/FDMA的混合多址方式，在每個載波頻道中又劃分時隙來增加系統(tǒng)的可用信道數(shù)。碼分多址（CDMA）技術(shù)以碼元來區(qū)分信道，當(dāng)然蜂窩系統(tǒng)實(shí)際上也是采用CDMA/FDMA的混合多址方式，系統(tǒng)容量不再受頻率和時隙的限制，部分2G系統(tǒng)采用了窄帶CDMA技術(shù)，而3G的三個主流標(biāo)準(zhǔn)均采用了寬帶CDMA技術(shù)。此外移動通信中還使用了空分多址技術(shù)（SDMA）技術(shù)，以提高信息的抗干擾能力。13

4.1 移動通信概述三種基本的多址技術(shù)的基本概念如下圖所示。14

4.1 移動通信概述3.移動通信的組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)是移動通信系統(tǒng)的基本技術(shù)，大致可分為移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)接口和網(wǎng)絡(luò)的控制與管理等幾個方面。組網(wǎng)技術(shù)要解決的問題是如何構(gòu)建一個實(shí)用網(wǎng)絡(luò)，以便完成對整個移動通信服務(wù)區(qū)的有效覆蓋，并滿足業(yè)務(wù)種類、容量要求、運(yùn)行環(huán)境與有效管理等系統(tǒng)要求。在進(jìn)行公用陸地移動通信網(wǎng)（PLMN）組網(wǎng)時，首先考慮的是如何實(shí)現(xiàn)無線電波的最大化有效覆蓋，即小區(qū)覆蓋的幾何形狀必須滿足以下兩個基本條件：①能在整個覆蓋區(qū)域內(nèi)完成無縫連接且沒有重疊。②每一個小區(qū)能進(jìn)行分裂，以方便擴(kuò)展系統(tǒng)容量，即在需要時能用更小的相同幾何形狀的小區(qū)完成區(qū)域覆蓋，而不影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過考查，六邊形最接近小區(qū)基站通常的輻射模式——圓形（球面狀），并且其小區(qū)覆蓋面積最大。所以，PLMN的小區(qū)形狀確定采用正六邊形。因?yàn)檫@種小區(qū)連接的幾何形狀形似蜂窩，所以將PLMN稱作蜂窩移動通信系統(tǒng)。15

4.1 移動通信概述一個蜂窩移動通信系統(tǒng)最基本組成結(jié)構(gòu)由移動臺（MS）、基站（BS）和移動交換中心（MSC）等最主要的部分組成。如下圖所示。（1）移動通信系統(tǒng)的主要衰落與干擾在移動通信系統(tǒng)中，主要的衰落有：路徑衰落、慢衰落和快衰落。①路徑衰落也稱為路徑損耗：它是電波在空間中傳播中產(chǎn)生的損耗。它反映了電波在空間距離上接收信號電平平均值的變化趨勢。②慢衰落損耗也稱為大尺度衰落：主要是指電波在傳播路徑上受到建筑物等阻擋所產(chǎn)生陰影效應(yīng)時的損耗。它反映出電波在中等范圍內(nèi)的接收信號電平平均值起伏變化趨勢。該現(xiàn)象也稱為陰影效應(yīng)。③快衰落也稱為多徑衰落：主要是由于受到不同的環(huán)境影響，如城區(qū)的高層建筑、郊區(qū)的山體、其他電磁輻射影響等干擾，使得無線電波傳播出現(xiàn)明顯的多路徑傳播的效應(yīng)，從而引起接收信號出現(xiàn)多徑衰落。它反映了微觀小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢。其變化速度比慢衰落快，因此稱為快衰落，或者小尺度衰落等。4.1移動通信概述4.移動通信的抗衰落、抗干擾技術(shù)17

（2）抗干擾的主要措施抗干擾技術(shù)是無線電通信的重點(diǎn)研究課題，在移動通信的信道中，除存在大量的環(huán)境噪聲和干擾外，還存在大最電臺產(chǎn)生的干擾（鄰道干擾、共道干擾和互調(diào)干擾）。因此，在設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時，必須預(yù)計到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境中可能存在的各種干擾強(qiáng)度，采取有效措施，使干擾電平和有用信號相比不超過預(yù)定的門限值或者傳輸差錯率不超過預(yù)定的數(shù)量級，以保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。移動通信中主要的抗衰落、抗干擾技術(shù)有：均衡技術(shù)、分集技術(shù)和信道編碼三種基本技術(shù)，另外也采用交織、跳頻、擴(kuò)頻、功率控制、多用戶檢測、話音激活與間斷傳輸?shù)燃夹g(shù)來對抗各種信號衰落與干擾。4.1移動通信概述18

5. 移動通信的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)調(diào)制是指將需傳輸?shù)恼Z音、圖像以及視頻等低頻信息寄載到高頻載波上，以方便以無線電波的方式傳輸?shù)倪^程，而調(diào)制技術(shù)的作用就是將傳輸信息轉(zhuǎn)化為適合于無線信道傳輸?shù)男盘?，以便于從信號中提取和恢?fù)信息。移動通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方案要求能有良好的抗衰落、抗干擾的能力，還要具有良好的帶寬效率和功率效率，對應(yīng)的解調(diào)技術(shù)中有簡單高效的非相干解調(diào)方式。通常，線性調(diào)制技術(shù)可獲得較高頻譜利用率但移動設(shè)備的制造難度和成本會增大；而恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有純屬性要求但頻譜利用率不及前者。以上兩類數(shù)字調(diào)制技術(shù)在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中使用最多。移動通信進(jìn)入了全數(shù)字化時代，數(shù)字調(diào)制技術(shù)也成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)字調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。此外，還有許多由基本調(diào)制類型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，線性調(diào)制技術(shù)包括PSK、四相相移鍵控（OPSK）、差分相移鍵控（DOPSK）、交錯四相相移鍵控（OQPSK）、π/4-DQPSK和多電平PSK等；恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)，包括最小頻移鍵控（MSK）、高斯德波最小頹移鍵控（GMSK）、高斯頻移鍵控（GFSK）和平滑調(diào)頻（TPH）等。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。4.1移動通信概述19

6.移動通信的編碼技術(shù)在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中需要在發(fā)送端將原始語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在接收端再將數(shù)字信號還原成模擬信號，這個模/數(shù)以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換的過程就稱作語音編解碼，簡稱語音編碼。語音編碼技術(shù)是數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，由于無線頻率資源極其有限，即數(shù)字蜂窩網(wǎng)的帶寬是有限的因而對語音編碼也有特殊的要求，需要壓縮語音，采用低編碼速率，以使系統(tǒng)容納最多的用戶。數(shù)字蜂窩系統(tǒng)對語音編碼技術(shù)有如下主要要求：①編碼的速率適合在移動信道內(nèi)傳輸，純編碼速率應(yīng)低于16Kbps。②在一定編碼速率下，語音質(zhì)量應(yīng)盡可能高，即譯碼后的恢復(fù)語音的保真度要盡量同，一般要求到達(dá)長話質(zhì)量，MOS評分（主觀評分）不低于3.5。③編譯碼時延要小，總時延不大于65ms。④編碼的算法復(fù)雜度要適中，便于大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。⑤要能適應(yīng)移動衰落信道的傳輸，即抗誤碼性能要好，以保持較好的語音質(zhì)量。語音編碼技術(shù)通常分為三類，即波形編碼、參量編碼和混合編碼，其中混合編碼綜合了波形編碼與參量編碼，吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服其不足，它能在4~16Kbps的編碼速率上得到高質(zhì)量的合成語音，因而廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動通信系統(tǒng)中4.1移動通信概述20

4.2.1GSM系統(tǒng)概述4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)是泛歐數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的簡稱，即“全球移動通信系統(tǒng)”。我國擁有世界上最大的GSM網(wǎng)絡(luò)，直到5G都已經(jīng)投入商用的今天，中國移動通信公司的GSM系統(tǒng)仍在正常地服務(wù)于全國的上億用戶。GSM系統(tǒng)采用時分多址（TDMA）、規(guī)則脈沖激勵長期線性預(yù)測編碼（RPE-LTP）、高斯濾波最小移頻鍵控調(diào)制方式（GMSK）等技術(shù)，其主要參數(shù)如下表所示。頻段900MHz，1800MHz等信道分配每載頻8時隙頻帶寬度25MHz通信方式全雙工載頻間隔200kHz信道總速率270.8kbit/s調(diào)制方式GMSK，BT=0.3話音編碼13kbit/s，規(guī)則脈沖激勵-長期線性預(yù)測編碼數(shù)據(jù)速率9.6kbit/s抗干擾技術(shù)跳頻技術(shù)217跳/s，分集接收技術(shù)，交織信道編碼，自適應(yīng)均衡技術(shù)21

4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：①GSM的移動臺具有漫游功能，可以實(shí)現(xiàn)國際漫游。②提供多種業(yè)務(wù)。除了提供話音業(yè)務(wù)外，還可以開放各種承載業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、補(bǔ)充業(yè)務(wù)等與ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)，可與ISDN兼容。③具有較好的抗干擾能力和保密功能。GSM可向用戶提供以下兩種主要的保密功能：對移動臺識別碼加密，使竊聽者無法確定用戶的移動臺電話號碼，起到對用戶位置保密的作用；將用戶的話音、信令數(shù)據(jù)和識別碼加密，使非法竊聽者無法竊取通信的具體內(nèi)容。④越區(qū)切換功能。在無縫覆蓋的蜂窩移動通信網(wǎng)中，要確保通話不因用戶的位置改變而中斷，越區(qū)切換是必不可少的功能。GSM采取移動臺參與越區(qū)切換的策略。移動臺在通話期間，不斷向所在工作小區(qū)基站報告本小區(qū)和相鄰小區(qū)無線信號測量的詳細(xì)數(shù)據(jù)。當(dāng)基站根據(jù)收到的測量數(shù)據(jù)，判斷需要進(jìn)行越區(qū)切換時，基站控制器向切換的目標(biāo)小區(qū)發(fā)出啟動空閑信道的命令，待目標(biāo)小區(qū)確認(rèn)信道激活后，基站向移動臺發(fā)出越區(qū)切換命令，目標(biāo)小區(qū)根據(jù)來自移動臺的接入請求，確認(rèn)移動臺已切換完成，并使移動臺在該信道上繼續(xù)通信。同時基站將通知原通話小區(qū)釋放原占用信道。⑤GSM系統(tǒng)容量大、通話音質(zhì)好。⑥具有靈活方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。222.GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個完整的GSM系統(tǒng)主要由移動終端（MS）、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）和基站子系統(tǒng)（BSS）組成（在3GPPR99版本以后NSS改稱核心網(wǎng)（CN），BSS改稱無線接入網(wǎng)（RAN）），而移動臺是用戶接入移動通信網(wǎng)的終端設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營部門為管理整個移動通信系統(tǒng)還需配置專門的操作支持子系統(tǒng)（OSS），如下圖所示。4.2 第二代移動通信系統(tǒng)23

4.2 第二代移動通信系統(tǒng)移動臺（MS）移動臺是公用GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備，是整個GSM系統(tǒng)中用戶能夠直接接觸的唯一設(shè)備。移動臺的類型有車載臺、便攜臺和手持臺。移動臺能通過無線方式接入通信網(wǎng)絡(luò)，為主叫和被叫用戶提供通信所需的各種控制和處理，MS還具備與使用者之間的接口，如完成通話呼叫所需要的話筒、揚(yáng)聲器、顯示屏和按鍵，或者提供與其他一些終端設(shè)備之間的接口，如與個人計算機(jī)或傳真機(jī)之間的接口，或同時提供這兩種接口。移動臺可以是單獨(dú)的移動終端（MT、手持機(jī)、車載臺）或者可以是由移動終端（MT）與終端設(shè)備（TE）傳真機(jī)相連接而構(gòu)成，或者可以是移動終端（MT）通過相關(guān)終端適配器（TA）與終端設(shè)備（MT）相連接而構(gòu)成。移動臺的主要功能是：通過無線接入通信網(wǎng)絡(luò)，完成各種控制和處理以提供主叫或被叫通信；具備與使用者之間的人機(jī)接口，例如要實(shí)現(xiàn)話音通信必須要有送、受話器，鍵盤以及顯示屏幕等，或者與其他終端設(shè)備相連接的適配器，或兩者兼有。移動臺的另一個重要組成部分是用戶識別模塊（SIM），它是用戶身份的體現(xiàn)。它以存儲磁卡的形式出現(xiàn)，移動臺上只配有讀卡裝置，SIM上存儲有用戶相關(guān)信息，其中包括鑒權(quán)和加密信息，移動臺中必須插入SIM卡才能工作，只有在處理異常的緊急呼叫時，可在沒有SIM卡的情況下操作。SIM卡的應(yīng)用使移動臺并非固定地束縛于一個用戶，因?yàn)镚SM系統(tǒng)是通過SIM卡來識別移動電話用戶的，無論在什么地方，用戶只要將其SIM卡插入其他移動臺設(shè)備，同樣可以獲得用戶自己所注冊的各種通信服務(wù)。SIM卡的使用，為用戶提供了一種非常靈活的使用方式，這為將來發(fā)展個人通信打下了基礎(chǔ)。移動臺還涉及用戶注冊與管理。移動臺依靠無線接入，不存在固定的線路，移動臺本身必須具備用戶的識別號碼，這些用于識別用戶的數(shù)據(jù)資料是用戶在與運(yùn)營商簽約時一次性寫入標(biāo)志該用戶身份的SIM卡上的。24

4.2 第二代移動通信系統(tǒng)

基站子系統(tǒng)（BSS）基站子系統(tǒng)（BSS）包含了GSM系統(tǒng)中無線通信部分的所有地面基礎(chǔ)設(shè)施，它通過無線接口直接與移動臺相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送、接收和無線資源控制與管理。此外，BSS通過接口與移動交換中心（MSC）相連，并受移動交換中心（MSC）控制，處理與交換業(yè)務(wù)中心的接口信令，完成移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間的通信連接，傳送系統(tǒng)控制信號和用戶信息等。BSS還建立與操作支持子系統(tǒng)（OSS）之間的通信連接，為維護(hù)人員提供一個操作維護(hù)接口，使系統(tǒng)運(yùn)行時有良好的維護(hù)手段。BSS可分為兩部分，即基站收發(fā)信臺（BTS）和基站控制器（BSC）?；臼瞻l(fā)信臺（BTS）BTS包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件，如發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、支持各種小區(qū)結(jié)構(gòu)所需要的天線、連接基站控制器的接口電路以及收發(fā)信臺本身所需要的檢測和控制裝置等。BTS的天線通常安裝在幾十米外的天線鐵塔上，通過饋線電纜與收發(fā)信機(jī)架相連接?；究刂破鳎˙SC）BSC是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的連接點(diǎn)，也為基站收發(fā)臺和操作維護(hù)中心之間交換信息提供接口,它通?？煽刂拼罅康幕臼瞻l(fā)臺，其主要功能是進(jìn)行無線信道控制與管理，實(shí)行呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并對本控制區(qū)內(nèi)的移動臺的越區(qū)切換進(jìn)行控制等。在GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，BSC還有一個重要的功能部件稱為碼型轉(zhuǎn)換器／速率適配器（TRAU），它使GSM系統(tǒng)空中接口上的低速率信號（全速16kb/s或半速8kb/s）與PCM傳輸線路中標(biāo)準(zhǔn)的64kb/s信號速率相適配。多數(shù)TRAU設(shè)備都配置在BSC內(nèi)，以提高BTS與BSC之間傳輸線路的效率。25

4.2 第二代移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）NSS具有系統(tǒng)交換功能和數(shù)據(jù)庫功能，數(shù)據(jù)庫中存有用戶數(shù)據(jù)及移動性、安全性管理所需的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中起著管理作用。NSS內(nèi)各功能實(shí)體之間和NSS與BSS之間通過七號信令協(xié)議經(jīng)七號信令網(wǎng)絡(luò)相互通信。NSS由移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、歸屬位置寄存器（HLR）、拜訪位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）、設(shè)備識別寄存器（EIR）和操作維護(hù)中心（OMC）等基本功能實(shí)體構(gòu)成。4.2 第二代移動通信系統(tǒng)移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）MSC是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，其主要功能是對于本MSC控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信控制與管理。如：信道的管理與分配；呼叫的處理和控制；越區(qū)切換和漫游的控制；用戶位置登記與管理；用戶號碼和移動設(shè)備號碼的登記與管理；服務(wù)類型的控制；對用戶實(shí)施鑒權(quán)與加密；為系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)連接提供接口，如與其他MSC、公用通信網(wǎng)絡(luò)（PSTN、ISDN、其他PLMN和PDN等連接提供接口，保證用戶在移動或漫游過程中實(shí)現(xiàn)無中斷的服務(wù)。MSC可從HLR，VLR和AUC三種數(shù)據(jù)庫中獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)，反之，MSC也根據(jù)其獲取的最新信息請求更新數(shù)據(jù)庫中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。NSS可包括若干個MSC，VLR和HLR。當(dāng)其他通信網(wǎng)的用戶呼叫GSM移動網(wǎng)用戶時，首先將呼叫接入到GMSC，由它負(fù)責(zé)向用戶歸屬的HLR獲取位置信息，并把呼叫轉(zhuǎn)接到移動用戶當(dāng)前所在的MSC，亦稱為被訪MSC（VMSC）。GMSC具有其他通信網(wǎng)與NSS實(shí)體互通的接口，其功能可在MSC中實(shí)現(xiàn)，也可用獨(dú)立節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)GSM的用戶要呼叫其他通信網(wǎng)的用戶時，TMSC（匯接MSC）用作GSM系統(tǒng)與其他通信網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)接接口。TMSC的功能與PSTN網(wǎng)絡(luò)的匯接局相似，可與GMSC合并實(shí)現(xiàn)于同一物理實(shí)體中。4.2 第二代移動通信系統(tǒng)HLR是用來存儲本地用戶信息的數(shù)據(jù)庫。在蜂窩通信網(wǎng)中，通常設(shè)置若干個HLR，每個用戶都必須在某個HLR中登記。登記的內(nèi)容分為兩類：永久性的參數(shù)，如用戶號碼、移動設(shè)備號碼、接入的優(yōu)先等級、預(yù)定的業(yè)務(wù)類型以及鑒權(quán)加密參數(shù)等；暫時性的需要隨時更新的參數(shù)，即用戶當(dāng)前所處MSC的位置有關(guān)參數(shù)。這樣做的目的是保證當(dāng)呼叫任一個移動用戶時，無論他在何處，均可由該移動用戶的歸屬位置寄存器（HLR）獲知它當(dāng)時處于哪一個MSC的服務(wù)區(qū)，進(jìn)而建立起通信鏈路。歸屬位置寄存器（HLR）4.2 第二代移動通信系統(tǒng)VLR是一個用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。一個VLR通常與一個MSC合并實(shí)現(xiàn)于同一個物理設(shè)備中，表示為MSC/VLR，用于存儲活動在該MSC服務(wù)區(qū)的所有用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與位置數(shù)據(jù)。當(dāng)移動用戶漫游到新的MSC控制區(qū)時，它必須向該區(qū)的VLR申請登記。VLR要從該用戶的HLR查詢其有關(guān)的參數(shù)，通知其HLR修改其中存儲的用戶所在的MSC服務(wù)區(qū)的位置信息，準(zhǔn)備為其他用戶呼叫此移動用戶時提供路由信息。如果移動用戶由一個MSC/VLR服務(wù)區(qū)移動到另一個MSC/VLR服務(wù)區(qū)時，HLR在修改該用戶的位置信息后，還要通知原來的VLR，刪除此移動用戶的位置信息。訪問位置寄存器（VLR）4.2 第二代移動通信系統(tǒng)AUC的作用是可靠地識別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并獲得服務(wù)。GSM系統(tǒng)采取了特別的安全措施，例如，用戶鑒權(quán)，對無線接口上的話音和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密等。因此，AUC存儲著鑒權(quán)信息和加密密鑰，用來防止無權(quán)用戶進(jìn)入系統(tǒng)和保證通過無線接口的移動用戶通信的安全。AUC通常與HLR物理上合并實(shí)現(xiàn)，視作HLR的功能單元之一，專用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。鑒權(quán)中心（AUC）4.2 第二代移動通信系統(tǒng)EIR存儲著移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI），用于對移動設(shè)備的鑒別和監(jiān)視，并拒絕非法移動臺入網(wǎng)。EIR通過核查白色清單、灰色清單或黑色清單這三種表格，在表格中分別列出了準(zhǔn)許使用的、出現(xiàn)故障需監(jiān)視的、失竊不準(zhǔn)使用的移動設(shè)備的IMEI，使得運(yùn)營部門對于網(wǎng)絡(luò)中非正常運(yùn)行的MS設(shè)備，都能采取及時的防范措施，以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動設(shè)備的唯一性和安全性。但由于此功能的開通既會增加用戶與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商使用的負(fù)擔(dān)，也不利于手機(jī)的更新?lián)Q代，我國的移動業(yè)務(wù)運(yùn)營商均未向普通用戶提供此功能。移動設(shè)備識別寄存器（EIR）4.2 第二代移動通信系統(tǒng)OMC的任務(wù)是對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作，例如，系統(tǒng)的自檢、報警與備用設(shè)備的激活，系統(tǒng)的故障診斷與處理，話務(wù)量的統(tǒng)計和計費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞，以及各種資料的收集、分析與顯示等。操作維護(hù)中心（OMC）4.2 第二代移動通信系統(tǒng)操作支持子系統(tǒng)（OSS）OSS的主要功能是移動用戶管理、移動設(shè)備管理以及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)。移動用戶管理包括用戶數(shù)據(jù)管理和呼叫計費(fèi)。用戶數(shù)據(jù)管理一般由HLR來完成，用戶數(shù)據(jù)可從營業(yè)部門的人機(jī)接口設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)傳到HLR上，SIM卡的管理也是用戶數(shù)據(jù)管理的一部分，但需用專門的SIM個人化設(shè)備來完成。呼叫計費(fèi)由移動用戶所訪問的各個MSC或GMSC分別實(shí)時生成通話詳單后，經(jīng)與后臺計費(fèi)中心之間的數(shù)據(jù)接口直接送到該計費(fèi)中心，集中處理計費(fèi)數(shù)據(jù)。從電信管理網(wǎng)（TMN）的發(fā)展角度考慮，OMC應(yīng)具備與高層次的TMN進(jìn)行通信的接口功能，以保證GSM網(wǎng)絡(luò)能與其他電信網(wǎng)絡(luò)一起進(jìn)入先進(jìn)、統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行集中操作與維護(hù)管理。OSS是一個相對獨(dú)立的管理和服務(wù)中心，不包括與GSM系統(tǒng)的NSS和BSS部分密切相關(guān)的功能實(shí)體。它主要包括網(wǎng)絡(luò)管理中心（NMC）、安全性管理中心（SEMC）、用于用戶設(shè)備卡管理的個人化中心（PCS）、用于集中計費(fèi)管理的數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)（DPPS）等功能實(shí)體。4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)可提供各種功能完備的業(yè)務(wù)，從通信信息類型不同，可分為：語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；從業(yè)務(wù)的提供方式不同又可分為：基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。后者也是GSM規(guī)范中對業(yè)務(wù)的分類方式。GSM的基本業(yè)務(wù)又分成電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)兩大類。其中電信業(yè)務(wù)包括：電話業(yè)務(wù)、緊急呼叫業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、傳真等；承載業(yè)務(wù)主要為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。電話業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的最基本的業(yè)務(wù)，用戶通過撥打被叫號碼，可進(jìn)行移動用戶之間，或者移動用戶與固定網(wǎng)用戶間的實(shí)時雙向通話。在緊急情況下，移動用戶可撥打緊急服務(wù)中心的號碼獲得服務(wù)。緊急呼叫業(yè)務(wù)優(yōu)先于其他業(yè)務(wù)，在移動用戶沒有插入SIM卡時也可使用。短消息業(yè)務(wù)是用戶可以在移動電話上直接發(fā)送和接收文字或數(shù)字消息，因其傳送的文字信息短（消息量限制在160個英文/數(shù)字字符或70個中文字符）而稱為短消息業(yè)務(wù)。短消息業(yè)務(wù)包括移動臺間點(diǎn)對點(diǎn)的短消息業(yè)務(wù)，以及小區(qū)廣播式短消息業(yè)務(wù)。GSM系統(tǒng)的傳真與數(shù)據(jù)通信服務(wù)可使用戶在戶外或外出途中收發(fā)傳真、閱讀電子郵件、訪問Internet、登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器等。用戶可以在GSM移動電話上連接一個計算機(jī)的PCM-CIA插卡，然后將此卡插入個人計算機(jī)，就可以發(fā)送和接收傳真、數(shù)據(jù)了。4.2.2GSM的主要業(yè)務(wù)4.2 第二代移動通信系統(tǒng)補(bǔ)充業(yè)務(wù)是對基本業(yè)務(wù)的改進(jìn)和補(bǔ)充，它不能單獨(dú)向用戶提供，而必須與基本業(yè)務(wù)一起提供，同一補(bǔ)充業(yè)務(wù)可應(yīng)用到若干個基本業(yè)務(wù)中，補(bǔ)充業(yè)務(wù)的大部分功能和服務(wù)不是GSM系統(tǒng)所特有的，也不是移動電話所特有的，而是直接繼承固定電話網(wǎng)的，但也有少部分是為適應(yīng)用戶的移動性而開發(fā)的。用戶在使用補(bǔ)充業(yè)務(wù)前，應(yīng)在歸屬局辦理業(yè)務(wù)開通手續(xù)，在獲得某項補(bǔ)充業(yè)務(wù)的使用權(quán)后才能使用。系統(tǒng)按用戶的選擇提供補(bǔ)充業(yè)務(wù)，用戶可隨時通過移動電話通知系統(tǒng)為自己提供或刪除某項具體的補(bǔ)充業(yè)務(wù)。用戶在移動電話上對補(bǔ)充業(yè)務(wù)的操作有：激活補(bǔ)充業(yè)務(wù)、刪除補(bǔ)充業(yè)務(wù)、查詢補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。GSM的主要補(bǔ)充業(yè)務(wù)分成如下幾類：號碼識別補(bǔ)充業(yè)務(wù)類呼叫提供類補(bǔ)充業(yè)務(wù)呼叫限制類補(bǔ)充業(yè)務(wù)呼叫完成類補(bǔ)充業(yè)務(wù)多方通信類補(bǔ)充業(yè)務(wù)計費(fèi)類補(bǔ)充業(yè)務(wù)4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）是移動通信和分組數(shù)據(jù)通信相融合的第一階段產(chǎn)品。GSM/GPRS網(wǎng)是GSM網(wǎng)絡(luò)的升級，被稱為蜂窩移動通信的2.5G，也是GSM向3G演進(jìn)的重要階段。GPRS具有資源共享，頻率利用率高；實(shí)行動態(tài)鏈路適配，用戶一直處于在線連接狀態(tài)，接入速度快；能夠向用戶提供可協(xié)商的四種QoS類別的服務(wù)；支持X.25協(xié)議和IP協(xié)議以及采用對數(shù)據(jù)流量進(jìn)行計費(fèi)等特點(diǎn)。GPRS主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：E-mail電子郵件、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、WAP業(yè)務(wù)、電子商務(wù)、信息查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。4.2.3GPRS系統(tǒng)概述4.2

第二代移動通信系統(tǒng)GPRS的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是建立在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，通過升級相關(guān)節(jié)點(diǎn)軟件和增加三個特殊的硬件單元來提供GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理功能。增加的三個主要單元如下：SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）：SGSN的工作是對移動終端進(jìn)行定位和跟蹤，并發(fā)送和接收移動終端的分組。GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）：GGSN將SGSN發(fā)送和接收的GSM分組按照其他分組協(xié)議（如IP）發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)。SGSN、GGSN加上與GSM共用的HLR，共同完成了GPRS分組核心網(wǎng)的功能。PCU（分組控制單元）。PCU負(fù)責(zé)許多GPRS相關(guān)功能，比如接入控制、分組安排、分組組合及解組合。PCF通常與BSC和設(shè)在同一節(jié)點(diǎn)中。GPRS的系統(tǒng)組成及其各節(jié)點(diǎn)功能4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GSM和GPRS并存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.2 第二代移動通信系統(tǒng)GPRS最主要的業(yè)務(wù)就是以分組數(shù)據(jù)交換和傳輸?shù)姆绞?，為移動用戶提供接入外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（如互聯(lián)網(wǎng)）的功能。GPRS數(shù)據(jù)分組網(wǎng)還能夠向用戶提供豐富的業(yè)務(wù)類型，從更大程度上滿足用戶的各種需求。具體業(yè)務(wù)類型包括：承載業(yè)務(wù)、用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)，此外還支持短消息、匿名接入等其他業(yè)務(wù)。其中承載業(yè)務(wù)可以是點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)兩類業(yè)務(wù)；用戶終端業(yè)務(wù)則包括信息點(diǎn)播業(yè)務(wù)、E-mail業(yè)務(wù)、會話業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程操作業(yè)務(wù)、單向廣播業(yè)務(wù)和雙向小數(shù)據(jù)量事務(wù)處理業(yè)務(wù)等；短消息業(yè)務(wù)可通過GPRS信道傳送來進(jìn)行，從而使效率大大提高。4.2 第二代移動通信系統(tǒng)EDGE稱為增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)。是一種能夠增強(qiáng)GPRS的單位時隙內(nèi)數(shù)據(jù)吞吐量的技術(shù)。EDGE是從GSM到3G的過渡技術(shù)，主要是在GPRS系統(tǒng)中采用了新的調(diào)制方法，即最先進(jìn)的多時隙操作和8PSK調(diào)制技術(shù)。EDGE技術(shù)的引入，只會影響GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線接入部分，即BTS和BSC，而對與網(wǎng)絡(luò)的其他部分沒有太大的影響。EDGE技術(shù)有效地提高了GPRS信道編碼效率及其高速移動數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，它的最高速率可達(dá)384kbit/s，在一定程度上節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)投資，可以充分滿足無線多媒體應(yīng)用的帶寬需求。EDGE的主要改變在于利用新的調(diào)制技術(shù)提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，所以其實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能與GPRS完全一致。4.3 第三代移動通信系統(tǒng)4.3.1第三代移動通信系統(tǒng)概述蜂窩移動通信系統(tǒng)的演進(jìn)4.3 第三代移動通信系統(tǒng)國際電聯(lián)（ITU）提出了公共陸地移動通信系統(tǒng)FPLMT的概念，并將其命名為IMT-2000，即第三代移動通信系統(tǒng)（3G）。IMT-2000系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，其終端既可連接到基于地面的網(wǎng)絡(luò)，也可連接到衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)。目前，我國使用的3G系統(tǒng)為三種碼分多址（CDMA）技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，如圖4.6所示。其中的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)。4.3 第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000具有全球性漫游的特點(diǎn)。IMT-2000系統(tǒng)的終端類型多種多樣IMT-2000的數(shù)據(jù)速率提供能力強(qiáng)。IMT-2000能與第二代系統(tǒng)共存和互通。IMT-2000系統(tǒng)可包括衛(wèi)星和地面兩個網(wǎng)絡(luò)，具有更高的頻譜利用率，可降低相同速率的業(yè)務(wù)的價格，從而降低用戶使用成本IMT-2000系統(tǒng)可同時提供語音、分組數(shù)據(jù)和圖像等多媒體業(yè)務(wù)。IMT-2000以全球化、多媒體化、綜合化、智能化以及個人化為顯著特征，并具有以下主要特點(diǎn)：4.3 第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000系統(tǒng)主要由三個功能子系統(tǒng)構(gòu)成，即核心網(wǎng)（CN）、無線接入網(wǎng)（RAN）和用戶設(shè)備（UE）2.第三代移動通信系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)及其主要節(jié)點(diǎn)功能4.3 第三代移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)（CN）：提供系統(tǒng)中信息的交換和傳輸，采用分組交換的數(shù)據(jù)報（IP）交換或者虛電路（ATM）交換網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，最終方案為實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，同時與2G系統(tǒng)核心網(wǎng)兼容。核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)完全繼承GSM（CS域）和GPRS（PS域）的結(jié)構(gòu)，即平滑升級而來。其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的基本功能均無大的改變。無線接入網(wǎng)（RAN）：實(shí)現(xiàn)無線部分的傳輸與控制功能。三大標(biāo)準(zhǔn)中，RAN部分CDMA2000的節(jié)點(diǎn)名稱與GSM相同，無變化；而WCDMA和TD-SCDMA則有全新的節(jié)點(diǎn)名稱來表示，即RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）和NodeB。WCDMA系統(tǒng)的RAN如下圖所示。用戶設(shè)備（UE）：為移動用戶提供服務(wù)的設(shè)備，它與無線接入網(wǎng)之間的通信鏈路為無線鏈路。它由移動終端（MT）和用戶識別模塊（USIM）組成。前者是用戶物理終端設(shè)備，后者是用戶合法使用系統(tǒng)的身份標(biāo)識。4.3 第三代移動通信系統(tǒng)WCDMAR99的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.3 第三代移動通信系統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)包括CN，UTRAN（即RAN）以及UE三部分組成。通過CN，WCDMA系統(tǒng)可與其他的，諸如公用電話網(wǎng)（PSTN）、其他的蜂窩移動通信網(wǎng)（Inter-PLMN）以及互聯(lián)網(wǎng)（Internet）等進(jìn)行通信。WCDMA的CN由電路域（CS）和分組域（PS）共同組成。CS完成語音通信、短信收發(fā)等基本業(yè)務(wù)和大量的補(bǔ)充業(yè)務(wù)，其主要節(jié)點(diǎn)MSC、GMSC、HLR/AUC的功能與GSM系統(tǒng)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)功能類似，此處不再贅述。SCP稱為業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)，是WCDMA中智能網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的控制節(jié)點(diǎn)。PS的功能與GPRS完全一致，只是因?yàn)椴捎昧藢拵DMA技術(shù)，而極大地提升了數(shù)據(jù)速率，目前，WCDMA的HSPA+（增強(qiáng)的高速分組接入技術(shù)），已提供高達(dá)約50Mbps的接入速率。而PS部分核心網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)仍然是SGSN、GGSN以及HLR/AUC，其功能與2.5G基本相同。WCDMA的無線接入網(wǎng)由全新的RNC和NodeB組成。其中RNC完成無線相關(guān)的控制功能以及與核心網(wǎng)的MSC和SGSN進(jìn)行通信的功能，NodeB完成無線信道控制與提供功能。4.3 第三代移動通信系統(tǒng)3G業(yè)務(wù)是指在3G網(wǎng)絡(luò)上承載的各種移動業(yè)務(wù)?；痉诸惻cGSM的業(yè)務(wù)分類相似。它包括點(diǎn)對點(diǎn)基本移動語音業(yè)務(wù)和各類移動增值業(yè)務(wù)。3G具有豐富的多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用、高速率的數(shù)據(jù)承載、業(yè)務(wù)提供方式靈活和提供業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量保證等特點(diǎn)。而移動增值業(yè)務(wù)更是移動運(yùn)營商的主要利潤增長點(diǎn)，也是發(fā)展3G業(yè)務(wù)發(fā)展的方向。新的3G移動增值業(yè)務(wù)，它們具備互聯(lián)網(wǎng)化、媒體化和生活化的新特點(diǎn)。4.3.2第三代移動通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)及其分類4.3 第三代移動通信系統(tǒng)成熟類：主要有短消息（SMS）、彩鈴、WAP（無線應(yīng)用協(xié)議）、IVR（互動式語音應(yīng)答）等業(yè)務(wù)；成長類：主要有移動即時通信、移動音樂、MMS（彩信）、移動郵件、移動電子商務(wù)、LBS（移動位置服務(wù)）、手機(jī)媒體、移動企業(yè)應(yīng)用、手機(jī)游戲、無線上網(wǎng)卡業(yè)務(wù)跟蹤等業(yè)務(wù)；萌芽類：主要有移動博客、手機(jī)電視、一鍵通（PTT）、移動數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)、移動搜索、移動VoIP（基于IP的語音通信）等業(yè)務(wù)。3G移動增值業(yè)務(wù)主要有以下幾類：4.4 第四代移動通信系統(tǒng)4G移動通信致力于進(jìn)一步改進(jìn)和增強(qiáng)現(xiàn)有3G技術(shù)分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，以提供更快的分組速率、更高的頻譜效率以及更低的延遲作為其追求的主要目標(biāo)。2005年10月，ITU正式將4G移動通信技術(shù)命名為IMT-Advanced。它支持100Mbps以上速率的蜂窩系統(tǒng)，并可支持高達(dá)1Gbps以上速率的無線接入。4G具有以下的特點(diǎn)：通信速度快、質(zhì)量高。網(wǎng)絡(luò)頻譜寬、頻率使用效率高?？商峁└鞣N增值服務(wù)。通信費(fèi)用更加便宜。4.4.1 第四代移動通信系統(tǒng)概述4.4 第四代移動通信系統(tǒng)4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也就是LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其結(jié)構(gòu)與GPRS相比，核心網(wǎng)層面進(jìn)行了革命性變革，引入了SAE（系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)），核心網(wǎng)僅含分組域，且控制面與用戶面分離。而無線接入網(wǎng)中的網(wǎng)元也進(jìn)行了精簡，取消了RNC，使無線接入網(wǎng)形成只有單級節(jié)點(diǎn)的扁平化結(jié)構(gòu)，更有利于縮短數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)延遲。由3G到4G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)對比結(jié)構(gòu)如圖所示。第四代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.4 第四代移動通信系統(tǒng)從上圖可見，與現(xiàn)有3G的GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)及其功能的改變在于：所有RNC和NodeB的功能由eNodeB完成；SGSN控制面功能由MME完成；SGSN用戶面功能由S-GW完成；GGSN功能由P-GW完成。目前2G、3G和4G處于并存的狀態(tài)，其典型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示。圖中右側(cè)部分為目前包含CS和PS的3G系統(tǒng)的典型架構(gòu)；HSS為共用的歸屬用戶數(shù)據(jù)庫，用以取代HLR；左側(cè)是LTE的完整網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；左上方的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）是為LTE提供終極語音解決方案，即：基于LTE的語音（VoLTE）（或稱為高清語音）而必備的部分。4.4 第四代移動通信系統(tǒng)2G、3G和4G處于并存的狀態(tài)，其典型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.4 第四代移動通信系統(tǒng)LTE（長期演進(jìn)）：是4G移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)部分標(biāo)準(zhǔn)；SAE（系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)）：與LTE相對應(yīng)的核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；EPC（演進(jìn)的分組核心網(wǎng)）：當(dāng)前，EPC與SAE可等效為同一概念；EPS（演進(jìn)分組系統(tǒng)）：代表完整的4G系統(tǒng)?？梢岳斫鉃椋篍PS=EPC（SAE）+LTE+UE；eNodeB：LTE無線接入基站，是無線接入網(wǎng)唯一的節(jié)點(diǎn)，為終端提供無線接入，由基帶處理單元（BBU）和無線射頻單元（RRU）組成；MME（移動性管理實(shí)體）：它負(fù)責(zé)對由無線接入的每個用戶基于簽約相關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí)施移動性管理。HSS（用戶歸屬服務(wù)器）：它負(fù)責(zé)存儲歸屬移動用戶的所有數(shù)據(jù)。作用與HLR類似。SGW（業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)）：它負(fù)責(zé)與eNodeB連接，提供用戶面業(yè)務(wù)通道。PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)）：它是EPS與外部IP網(wǎng)絡(luò)的互通的錨點(diǎn)。PCRF（策略和計費(fèi)規(guī)則功能）：它提供策略控制的決策以及基于流媒體的計費(fèi)控制功能。LTE相關(guān)的重要節(jié)點(diǎn)及其功能4.4 第四代移動通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)豐富多彩業(yè)務(wù)方便簡單業(yè)務(wù)安全可靠業(yè)務(wù)個性化業(yè)務(wù)無縫覆蓋業(yè)務(wù)開放性4.4.2第四代移動通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)特征4.5 第五代移動通信系統(tǒng)5G可以應(yīng)對未來爆炸式的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，使“信息隨心至，萬物觸手及”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。5G具有以下顯著特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率快、頻率利用率高、無線覆蓋能力強(qiáng)兼容性好、成本費(fèi)用低、不受場地限制等。相對于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將提升10~100倍，峰值傳輸速率可達(dá)到10Gbps，端到端時延可達(dá)到ms級，連接設(shè)備密度將增加10~100倍，流量密度將提升10000倍，頻諧效率將提升5~10倍，并能夠在500km/h的速度下保證用戶體驗(yàn)4.5.1 第五代移動通信系統(tǒng)概述4.5 第五代移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)演進(jìn)的過程4.5 第五代移動通信系統(tǒng)5G移動通信系統(tǒng)將以實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)通信為其突出的特點(diǎn)，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)，因此需要滿足人與人、人與物、物與物的信息交互，其各種應(yīng)用場景將更加復(fù)雜化。為此，5G定義了如下圖所示的三大類典型應(yīng)用場景：即：增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）、超可靠低時延通信（uRLLC）和海量機(jī)器類通信（mMTC）。4.5.2 第五代移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用場景4.5 第五代移動通信系統(tǒng)eMBB場景：是指在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，對用戶體驗(yàn)等性能進(jìn)一步提升，以追求人與人之間極致的通信體驗(yàn)。mMTC和uRLLC都是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的典型應(yīng)用場景，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。mMTC主要是人與物之間的通信，而uRLLC主要體現(xiàn)物與物之間的通信。eMBB場景表現(xiàn)為超高的數(shù)據(jù)傳輸速率、廣域覆蓋下的移動性保證等。該使用場情境涵蓋一系列使用案例，包括有著不同要求的廣域覆蓋和熱點(diǎn)。熱點(diǎn)指用戶密度大，但對移動性的要求低，熱點(diǎn)的用戶數(shù)據(jù)速率高。廣域覆蓋指移動性要求高，對數(shù)據(jù)速率的要求可能低于熱點(diǎn)。預(yù)計未來幾年用戶數(shù)據(jù)流量將持續(xù)增長（年均增長率預(yù)測高達(dá)47%），而業(yè)務(wù)形態(tài)將以視頻為主（占比達(dá)78%）。在5G的支持下，用戶可以享受在線2K/4K視頻及VR/AR視頻，用戶體驗(yàn)速率可提升至1Gbps，峰值速率可以達(dá)到10Gbps（目前華為公司的5G基站已經(jīng)測得的峰值速率已經(jīng)達(dá)到20Gbps）。4.5 第五代移動通信系統(tǒng)增強(qiáng)移動寬帶場景eMBB4.5 第五代移動通信系統(tǒng)在uRLLC場景下，時延要求低于1ms，且要求支持高速移動（500km/b）情況下的高可靠性（99.999%）連接。這一場景更多面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)制造或生產(chǎn)流程的無線控制、遠(yuǎn)程手術(shù)、智能電網(wǎng)配電自動化以及運(yùn)輸安全等大量特殊的，對時延以及可靠性具有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景，如下圖所示。低時延高可靠場景uRLLC低功耗大連接場景4.5 第五代移動通信系統(tǒng)mMTC場景主要考慮以強(qiáng)大的連接能力，以快速促進(jìn)各垂直行業(yè)（智慧城市智能家居、環(huán)境監(jiān)測等）的深度融合，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，如上圖所示。在此場景下，數(shù)據(jù)傳輸速率較低且對時延亦不敏感，但連接將覆蓋生活的方方面面，所以終端成本需要降至更低，電池續(xù)航時間需要大幅度延長、可靠性要求更高等是需要解決的突出問題。4.5 第五代移動通信系統(tǒng)1．5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則為了應(yīng)對5G需求和場景對網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)，并滿足5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)、靈活、智能、友好的整體發(fā)展趨勢，5G網(wǎng)絡(luò)需要通過基礎(chǔ)設(shè)施平臺和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個方面的技術(shù)創(chuàng)新和協(xié)同發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變革。傳統(tǒng)的電信基礎(chǔ)設(shè)施平臺是基于專用硬件實(shí)現(xiàn)的。5G網(wǎng)絡(luò)將通過引人互聯(lián)網(wǎng)和虛擬化技術(shù)，設(shè)計實(shí)現(xiàn)基于通用硬件的新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺，從而解決現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施平臺成本高、資源配置能力不強(qiáng)和業(yè)務(wù)引入周期長等問題。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方面，基于控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和控制功能重構(gòu)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高了接人網(wǎng)在面向5G復(fù)雜場景下的整體接入性能，簡化了核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，提供了靈活高效的控制轉(zhuǎn)發(fā)功能，可支持高智能的運(yùn)營，從而進(jìn)一步開放了網(wǎng)絡(luò)能力，提升了全網(wǎng)整體服務(wù)水平。4.5.3 第五代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.5 第五代移動通信系統(tǒng)2．新型設(shè)施基礎(chǔ)平臺實(shí)現(xiàn)5G新型設(shè)施平臺的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)。NFV技術(shù)通過軟件與硬件的分離，為5G網(wǎng)絡(luò)提供更具彈性的基礎(chǔ)設(shè)施平臺，組件化的網(wǎng)絡(luò)功能模塊實(shí)現(xiàn)控制面功能可重構(gòu)。NFV使網(wǎng)元功能與物理實(shí)體無綁定關(guān)系，采用通用硬件取代專用硬件，可以方便快捷地把網(wǎng)元功能部署在網(wǎng)絡(luò)中任意位置，同時對通用硬件資源實(shí)現(xiàn)按需分配和動態(tài)伸縮，以達(dá)到最優(yōu)的資源利用率。SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能的分離。有利于通過網(wǎng)絡(luò)控制平面從全局來感知和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的可編程。4.5 第五代移動通信系統(tǒng)3．5G網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)為了滿足業(yè)務(wù)與運(yùn)營的需求，5G接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能需要進(jìn)一步加強(qiáng)。5G網(wǎng)絡(luò)將是基于SDN、NFV和云計算技術(shù)的更加靈活、智能、高效和開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新型5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括接人云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云三個域，如下圖所示。其中控制云主要負(fù)責(zé)全局控制策略的生成，接入云和轉(zhuǎn)發(fā)云主要負(fù)責(zé)策略執(zhí)行。4.5 第五代移動通信系統(tǒng)接入云支持多種無線制式的接入，包含各種類型基站和無線接入設(shè)備，融合集中式和分布式兩種無線接入網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無線資源管理。5G的網(wǎng)絡(luò)控制功能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能也是分離的，形成集中統(tǒng)一的控制云和靈活高效的轉(zhuǎn)發(fā)云。控制云實(shí)現(xiàn)局部和全局的會話控制、移動性管理和服務(wù)質(zhì)量保證，并提供面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開放接口，從而滿足業(yè)務(wù)的差異化需求并提升業(yè)務(wù)的部署效率。轉(zhuǎn)發(fā)云則基于通用的硬件平臺，在控制云高效的控制和資源調(diào)度下，實(shí)現(xiàn)海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的高可靠、低時延、均負(fù)載的高效傳輸?；凇叭湓啤钡男滦?G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是移動網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向，但實(shí)際網(wǎng)絡(luò)發(fā)展在滿足未來新業(yè)務(wù)和新場景需求的同時，也要充分考慮現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)途徑。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的