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1、1移动通信技术浅谈移动通信技术浅谈2007年4月2一、基础概念一、基础概念3通信网组成通信网组成基础传输网接 入网业务网接 入网接入网:接入网:AN、ADSL、VDSL、PLC、BSC/BTS、RNC/NodeB、WLAN、WIMAX传输网:传输网:ATM、SDH、WDM、PDH业务网(基础业务):业务网(基础业务):GSM、CDMA、PSTN、IP、VOIP增值业务:彩铃,飞信增值业务:彩铃,飞信用户驻地网用户驻地网信令网:信令网:No7同步网同步网网管网:网管网:TMN用户终端用户驻地网用户驻地网用户终端信令网同步网网管网增值业务4话务量:话务量是指通信设备被占用的程度话务量公式为:A=C
2、xt,C是呼叫次数,单位是个,t是每次呼叫平均占用时长,单位是小时单位为erl(爱尔兰)。接通率:接通次数/试呼次数拥塞率:拥塞次数/试呼次数忙时话务量早忙时晚忙时BHCA忙时试呼次数用于衡量交换机呼叫处理能力dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)中继基本概念基本概念5基本概念:信令基本概念:信令信令是通信网的神经系统。在通信网中任意两个用户之间建立接续必须通过相关通信设备内的机件按一定的指令及操作程序动作才可实现,完成和实现这些指令和操作程序控制的各种信令就叫电话网的信令系统用户线信令局间信令交换机和交换机之间的信令
3、,在局间中继线上传输,用来控制呼叫接续和拆线局间信令可以分为随路信令方式和公共信道信令方式 交 换 设 备出 局线 路 设备入 局线 路 设备 交 换 设 备记 发器 设 备记 发器 设 备 交 换 设 备 出 局 线 路 设 备 信 号 设 备 控 制 设 备 信 号 设 备 控 制 设 备 入 局 线 路 设 备 交 换 设 备6关于关于No7信令信令SPSTPDPC和OPCSPC国内信令点编码本地信令点编码信令链路信令路由信令链路集主信号区编码分信号区编码信号点编码8887HSTPSPA A面面省内信令网省内信令网B面面HSTPHSTPHSTPHSTPHSTPLSTPLSTPLSTPLS
4、TPLSTPLSTPSPSPSPSP全国信令网结构示意图全国信令网结构示意图8移动通信技术发展历程移动通信技术发展历程AMPSTACSNMT其它第一代 80年代模拟模拟技术GSMGSMCDMACDMAIS95IS95TDMATDMAIS-136IS-136PDCPDC第二代 90年代数字需求驱动需求驱动数数字字技技术术语音业务第三代 IMT-2000UMTSUMTSWCDMAWCDMAcdmacdma20002000需求需求/技术驱动技术驱动宽带带业务TD-TD-SCDMASCDMA9多址技术多址技术PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TD
5、MAFrequencyCDMACodeTime10多址技术多址技术-SDMA空分多址大大增加系统容量基带数字信号处理为每条信道提供一条赋形天线发射波束11频率频率提高频谱利用率是无线通信的核心问题频率:无线信号的发射频率联通800MCDMA频段是:移动台:移动台:825MHz835MHz基基站:站:870MHz880MHz联通900MGSM的频段是:移动台:移动台:909MHz915MHz基基站:站:954MHz960MHz移动900MGSM的频段是:移动台:移动台:897MHz909MHz基基站:站:942MHz954MHz1800MGSM的频段是:移动台:移动台:1710MHz1785MH
6、z基站:基站:1805MHz1880MHz频点是给固定频率的编号。GSM900的频段可以分成125个频点(实际可用124个)。其中195属于中国移动、96124属于中国联通。12小区小区13频率复用频率复用14二、二、GSM通信技术通信技术15GSM移动通信系统结构移动通信系统结构16终端终端移动终端就是“机”,它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“身份卡”,它类似于我们现在所用的IC卡,因此也称作智能卡,存有认证客户身份所需的所有信息,并能执行一些与安全保密有关的重要信息,以防止非法客户进入网路。17主要设备主要设备MSCMSC是NSS的核心。
7、MSC是交换机,在接口上的信道与通向其它MSC或PSTN的信道之间建立交换连接、呼叫控制和计费。具有移动用户呼叫建立和控制、位置更新、切换、数据查询、移动应用、信令连接、用户保护和话音加密等移动功能。HLR中央数据库,存着用户所有相关数据,识别号码、访问能力、用户类别、补充业务等。移动用户是运动的,一旦发出呼叫会出现主叫者不知被叫移动台位于何处,因此,在交换系统中需要建立一些数据库,用来保存MS的踪迹。当一个人购买了一个GSM移动机后,他的订单将被登记在HLR中。HLR中包含用户信息,如补充业务和鉴权参数。此外,还要有关MS位置的信息,即MS当前停留在哪个MSC区,这一信息将随MS的移动而相应
8、改变。MS要把它的位置信息(经由MSC/VLR)发往它的HLR,这样便提供了能接收呼叫的先决条件。18主要设备主要设备VLR拜访位置寄存器(VLR)也是一个数据库,是动态数据库,它包含了当前处在本区(MSC区)的全部MS的有关信息。当某一个MS用户漫游到新的MSC区,与该MSC连接的VLR就向其HLR请求该MS的有关数据。与此同时,其HLR将通知该MS当前正处在哪一MSC区。如果该MS用户想建立呼叫,则VLR将建立该MS用户所必须的全部信息,无需每次都要传送给HLR。AUC存贮鉴权算法和密钥,保证各种保密参数的安全性,向HLR提供鉴权参数。EIR存贮移动设备的国际移动设备识别码(IMEI)、确
9、保入网移动设备是入网许可的,不是失窃的和无故障的。19主要设备主要设备基站子系统BSC(基站控制器):BaseStationController,具有对一个或多个BTS进行控制的功能,它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等,是个很强的业务控制点。BTS(基站收发信台):BaseTransceiverStation,无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。20直放站直放站21室内分布系统室内分布系统利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落,从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖22
10、小区小区小区小区小区小区Um空间接口空间接口省际汇接省际汇接PSTN固定网固定网PLMN其他其他PLMN网网信令信令信令信令话音信令话音信令省内汇接省内汇接移动通信网络结构图23GSM系统主要接口系统主要接口GSM系统的主要接口包括A接口、Abis接口和Um接口A接口:移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的互连接口,其物理链接通过采用标准的2.048Mb/sPCM数字传输链路来实现Abis口:基站子系统的两个功能实体基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口,用于BTS(不与BSC并置)与BSC之间的远端互连方式,物理链接通过采用标准的2.048Mb/s或64k
11、bit/sPCM数字传输链路来实现Um接口(空中接口):为移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口,用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通,其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理,移动性管理和接续管理等。24信道信道25典型的呼叫过程典型的呼叫过程26主叫:无线接入阶段和鉴权阶段主叫:无线接入阶段和鉴权阶段27主叫:主叫:TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段指配阶段、取被叫漫游号码阶段 28被叫:接入阶段、鉴权阶段被叫:接入阶段、鉴权阶段 29被叫被叫TCH指配阶段、通话阶段指配阶段、通话阶段 30开机开机/关机关机开机与位置更新位置更新通过BCCH得到所在地区LA
12、I,通过RACH进行位置登记;MSC根据客户IMSI向客户所属HLR发送位置更新请求,HLR记录MSC号码并确认。MSC对应VLR记录该客户IMSI,设置“附着”标记,通知MS位置更新成功,MS在SIM卡记录该LAI。为了保证状态正确,通常采用周期性强制登记的方式,MS定期向BSC登记,发送“位置更新请求”消息。周期性登记的时间通过BCCH发送MS。关机最后一条RACH消息为分离消息,VLR设置“分离”标记。HLR不被通知。只有当该用户被寻呼时,才通知HLR用户已关机。31位置更新位置更新正常位置更新周期位置更新IMSI附着/分离32切换切换越区切换:当前正在通信的移动台与基站之间的链路转移到
13、另一个基站的过程。越区切换从技术上可分硬切换和软切换:硬切换:新的连接建立前,先中断旧的连接。例如GSM系统。软切换:指既维持旧的连接,又同时建立新的连接。例如CDMA系统。33切换切换34漫游漫游漫游业务的提供分3个步骤(以固定呼叫移动为例):位置更新呼叫转移首先呼叫转到被呼用户HLR最近的GMSCGMSC通过7号信令向HLR询问被呼MS当前的位置,或是获得MSRNGMSC利用MSRN重选接续路由,转接至MS当前位置的MSC/VLR呼叫建立MS当前位置的MSC/VLR根据MSRN查出该MS的IMSI,将其转换成信令数据,在其控制区内的登记位置区中发出寻呼GMSC根据HLR提供的MSRN完成漫
14、游中的中间路由转接至MSC-V(MS当前位置的MSC/VLR)。35移动用户和固定用户的通话移动用户和固定用户的通话36GPRS(General Packet Radio Service)GSM/EDGEAccessNetworkCircuitSwitchedCoreNetworkExternalNetworksMSC/VLRGMSCHLRSMSWAPBSC/PCUPSTNNMSNewServices:FastdataMobileInternetSMS/WAPoverGPRSDataRoaming&Pre-paySGSNGGSNFirewallIPBackboneLIGCGWInternetP
15、acketSwitchedCoreNetworkGSM/MAPCore37三、三、CDMA通信关键技术通信关键技术38CDMACDMA技术中包含两层含义扩频信息带宽扩展码分用户信道和基站均依靠码识别扩频的意义一个信道的发射带宽大于这个信道的相干带宽vs单个信道的带宽与所期望信道的相干带宽一致宽带系统通常能够带来频率分集的优势码分的含义基站的识别-不同相移的PN序列信道的识别-正交的Walsh函数用户的识别-周期足够长的PN序列39fS(f)f0扩频前的信号频谱信号S(f)ff0扩频后的信号频谱信号S(f)ff0解扩频后的信号频谱信号干扰噪声fS(f)f0解扩频前的信号频谱信号干扰噪声信号脉冲干
16、扰白噪声扩频通信示意图扩频通信示意图40CDMA关键技术关键技术RAKE接收技术接收技术时间分集时间分集 采用符号交织,检错纠错编码等方法。采用符号交织,检错纠错编码等方法。频率分集频率分集 通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。通过将信号能量在宽频带中扩展实现的。CDMA将信号扩展到将信号扩展到 整个整个1.25M上。上。空间分集空间分集 基站采用双接收天线。基站采用双接收天线。在手机和基站采用在手机和基站采用RAKE接收,合并不同传输延时的信号。接收,合并不同传输延时的信号。软切换的时候,移动台和多个基站同时联系,从中选出最好的软切换的时候,移动台和多个基站同时联系,从中选出最好的 帧送给交
17、换机。帧送给交换机。tt41CDMA关键技术关键技术RAKE接收技术接收技术tS(t)发射信号接收技术无线环境接收技术无线环境-多径效应多径效应42CDMA关键技术关键技术RAKE接收技术接收技术RAKE接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能接收技术在多径衰落条件下有效提高接收性能接收机单径接收电路单径接收电路单径接收电路搜索器计算信号强度与时延合 并合并后的信号ttS(t)S(t)43每个用户对于其他用户都每个用户对于其他用户都相当于干扰,远近效应严相当于干扰,远近效应严重影响系统容量重影响系统容量Powerf采用功控技术减少了用采用功控技术减少了用户间的相互干扰,提高户间的相互干扰,提高
18、了系统整体容量了系统整体容量PowerfCDMA关键技术关键技术功率控制功率控制远近效应与功率控制远近效应与功率控制44前向功率控制前向功率控制小区发射功率小区发射功率上报功率控制比特上报功率控制比特手机发射信号手机发射信号功率控制命令功率控制命令反向功率控制反向功率控制 克服远近效应和多径衰落克服远近效应和多径衰落 减小多址干扰,保证网络容量减小多址干扰,保证网络容量 延长电池使用时间延长电池使用时间 CDMA关键技术关键技术功率控制功率控制45调整CDMA系统容量;多址干扰远近效应功率控制的目标:所有的信号到达基站的功率相同(上行);减少对其他基站的干扰(下行)功率控制可以补偿衰落有三种功
19、率控制原理:开环、闭环和外环开环:从信道中测量干扰条件,并调整发射功率,以达到期望的误帧率(误块率)闭环:测量信噪比,并向移动台发送指令调整它的发射功率外环:测量误帧率(误块率),调整目标信噪比CDMA关键技术关键技术功率控制功率控制46小区呼吸是负载控制的主要手段负载控制的主要目的是将某些负载控制的主要目的是将某些“热点小区热点小区”的负载分担到的负载分担到周围负载较轻的小区中,提高系统容量的利用率周围负载较轻的小区中,提高系统容量的利用率CDMA关键技术关键技术功率控制功率控制47CDMA系统的切换系统的切换切换类型切换类型n 不同基站NodeB间切换n 不同RNC间切换 软切换:软切换:
20、n 同基站不同扇区间切换 更软切换:更软切换:n 异频切换n 不同系统间切换 硬切换:硬切换:CDMA系统支持多种切换技术ABCABCABCABCABCABC48切换过程和效果切换过程和效果当邻近小区的强度超过本小区信号强度一个给定的门限时,移动台执行切换,硬切换(FDMA、TDMA)CDMA系统小区的频率一致,软切换时,移动台同时与多个基站相连接软切换是为了降低对其他小区的干扰,并通过宏分集来改善性能当邻近小区的信号强度超过一个门限,但仍然低于当前小区基站的强度时,则进入软切换状态在上行链路,二个或多个基站可以接收同样的信号,在下行链路移动台可以相干地合并来自不同基站的信号,即宏分集由于新基
21、站发射额外的信号给移动台,而由于RAKE的Finger数目有限,移动台不能合并所有的能量。在下行链路,软切换增加了对系统的干扰软切换的增益决定于宏分集增益和由于增加的干扰引起的性能损失49软切换软切换上行软切换在上行软切换在RNCRNC中进行多径中进行多径合并;合并;上行更软切换在上行更软切换在NodeBNodeB中进行中进行多径合并;多径合并;下行的软切换都在下行的软切换都在UEUE中合并中合并移动台合并功率移动台合并功率各自小区的接收能量各自小区的接收能量50四、移动通信网络运维相关概念四、移动通信网络运维相关概念51局数据局数据交换机中的数据包括局数据和用户数据局数据:号码分析和路由选择
22、数据信令网管理数据蜂窝无线网管理数据计费管理数据省份省份城市城市区号区号1390H1H2H31380H1H2H31370H1H2H31360H1H2H31350H1H2H3北京北京北京北京10100-109100-109100-109100-109100-109北京北京北京北京10110-119110-119110-119110-119110-119北京北京北京北京10120-129120-129120-129120-129120-129北京北京北京北京10130-139130-139130-139130-139135-139天津天津天津天津22200-209200-209200-209200
23、-209200-203,205天津天津天津天津22210-219210-219210-219210-219206/208/209天津天津天津天津22300-309210-219江苏江苏南京南京25514-519514-519514-519514-519514-519江苏江苏南京南京25158,159158,159158,140140,143,145江苏江苏南京南京25900,902-904146,15852无线网络优化无线网络优化GSM系统的优化指通过各种技术手段和措施,解决系统系统的优化指通过各种技术手段和措施,解决系统运行过程中存在的各种问题,使系统始终处于较好的运行运行过程中存在的各种问
24、题,使系统始终处于较好的运行状态。针对网络中存在的问题,调整不同类型的参数设置,状态。针对网络中存在的问题,调整不同类型的参数设置,包括:包括:处理机参数处理机参数中继群设置参数中继群设置参数无线小区设计参数无线小区设计参数无线资源参数等无线资源参数等无无线线网网络络优优化化主主要要是是通通过过调调整整各各种种相相关关的的无无线线网网络络工工程程设设计计参参数数和和无无线线资资源源参参数数,满满足足系系统统现现阶阶段段对对各各种种无无线线网网络络指指标标的的要要求求。优优化化调调整整过过程程往往往往是是一一个个周周期期性性的的过过程程,因因为系统对无线网络的要求总在不断变化。为系统对无线网络的
25、要求总在不断变化。53无线网络规划和优化的流程无线网络规划和优化的流程系统需求分析系统容量极限网络优化调整系统增长工程优化调整工程实施频率规划与干扰预测覆盖预测与规划勘察与站点初始布局容量规划54移动网络关键考核指标移动网络关键考核指标系统接通率(含用户行为)话务掉话比无线系统接通率交换系统接通率(不含用户行为)业务信道掉话率寻呼成功率业务信道分配成功率(不含切换)坏小区比例PPP连接成功率55五、移动通信新技术五、移动通信新技术56重要名词解释重要名词解释UMTS:UniversalMobileTelecommunicationsSystemGPRS:GeneralPacketRadioSe
26、rviceEDGE:EnhancedDataRateforGSMEvolutionWCDMA:HSDPA:HighspeedDownlinkPacketAccessCDMA20001XEV-DO:1XRTTEvolution-DataOptimizedCDMA20001XEV-DV:1XRTTEvolution-Data&VoiceIMS:IPMultimediaServiceTD-SCDMA:TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess573G583G主流技术主流技术WCDMACDMA2000TD-SCDMA双工方式FDDFDDTDD最
27、小带宽需求5MHZ3*1.25MHZ1.6MHZ扩频技术类型单载波宽带直接序列扩频CDMA多载波和直接扩频2种方式时分同步CDMA基站间同步异步同步(需GPS)同步(主从同步)切换软切换/频间切换/与GSM的切换软切换/频间切换/与IS-95的切换接力切换/频间切换/与GSM的切换59WCDMA-基于基于R4核心网核心网60基于基于R5核心网核心网CS-Domain“call”PSTN TDM,ATM or IPGMSCServerMSCServerMSCGMSC“session”IP BackbonePS-DomainRNCIntranet/InternetSGSNGGSNMGWMGW Iu
28、IuIuIu-CS-CS-CS-CS IuIuIuIu-PS-PS-PS-PSGiGiGiGiGnGnGnGnIM Sub-SystemIM Sub-System SIP SIPCSCF“IPv6 BasedIPv6 Based”MGWMGCFHSSSCPLCR_TDDLCR_TDDFDDFDD613G关键技术:智能天线关键技术:智能天线z使用智能天线使用智能天线.z能量仅指向小区内处于激活状态的移动终端z正在通信的移动终端在整个小区内处于受跟踪状态z不使用智能天线不使用智能天线.z能量分布于整个小区内z所有小区内的移动终端均相互干扰,此干扰是CDMA容量限制的主要原因智能天线的优势智能天线的
29、优势减少小区间干扰降低多径干扰基于每一用户的信噪比得以增加降低发射功率提高接收灵敏度增加了容量及小区覆盖半径62 3G关键技术:联合检测关键技术:联合检测联合检测作用避免多址干扰检测动态范围急剧增大,无需软切换小区内干扰最小化联合检测原理特定的空中接口“突发”结构允许收信机对无线信道进行信道估计根据估计的无线信道,对所有信号同时进行检测63时分双工时分双工(TD-SCDMA):上行频段和下行频段一样上行频段和下行频段一样 D U D D D DDD频分双工频分双工(FDD):上行频段和下行频段分开上行频段和下行频段分开DD D D DDDUU 上行D 下行未用 资源:时分双工的时分双工的优势:
30、优势:可用于不成对频段无需成对的有双工间隙的频段通过适配于用户话务需要,频谱效率得到了提高上行和下行使用同样的载频,因此无线传播是对称的最适用于智能天线技术的实现TD-SCDMA技术:时分双工技术技术:时分双工技术645ms1上行时隙和6下行时隙用于文件下载,internet浏览等(适用于下行数据流量大)可达2Mbit/s传输速率5ms5ms对称结构(适用于语音呼叫等)6上行时隙/1下行时隙(文件上传等)灵活分配上下行话务信道灵活分配上下行话务信道Example:TD-SCDMA技术:时分双工技术技术:时分双工技术65TD-SCDMATD-SCDMA技术:技术:同步同步CDMACDMA定义:上
31、行链路各终端信号在基站解调器完全同步优点CDMA码道正交,降低码道间干扰,提高CDMA容量简化硬件,降低成本t基站解调器码道1码道2码道N66TD-SCDMATD-SCDMA技术:技术:接力切换接力切换MS和BS0通信BS0通知邻近基站信息,并提供用户位置信息基站类型、载频、定时等切换准备MS搜索基站,建立同步MS或BS发起切换请求系统决定切换执行MS同时和两个基站建立通信完成切换不使用宏分集BS0BS1BS2MS67FMCSoftswitchMultimediaNetworkCommonSIPServicesandApplicationsMSC,MSC-SHLRSGSNSIPAppsPres
32、.IMIPCentr.FullyconvergedSIP-basedApplication/ServiceInfrastructureHSSMGWCSCFMGCFMGWGGSNSwitchFixedMobile68通信技术发展通信技术发展-NGN网络网络CircuitPacketWirelessAccessMobileNetworkServicesNetworkTransport,SwitchandAccessSCPServicemanagementlayerAppServerControllayerSwitchlayerAccesslayerSoftswitchSoftswitchGERAN
33、GERANUMTSUMTSWLANWLANLTEIPEnterpriseASPHorizontalNetwork69六、移动通信新业务六、移动通信新业务702006年增值业务发展情况年增值业务发展情况我国运营商与国际运营商2006年增值业务收入比重对比运营商增值业务收入比重运营商增值业务收入比重中国移动23.50%Vodafone32.00%中国电信29.00%和黄65.00%中国联通19.50%KDDI47.40%中国网通26.00%NTT Docomo38.00%Internet的挑战对新技术和新业务模式的敏感对价值链定位的合理,合作伙伴细分市场的定位清晰Google专利中国移动2007年
34、的一个25%目标71MMSCWAPGWSMSCGGSNSGSNSGSNBTSBSCBTSBSC发送发送MM发送发送MMS消息通知消息通知(通过短消息通过短消息)消息通知消息通知取消息取消息取取MMSEmail ServerSP/ICP其他其他MMSCSMTPHTTPSMTPGPRS骨干网骨干网IP网网MMS业务业务72手机二维码手机二维码“手机二维码”是二维码的一种,是用特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的矩形方阵记录数据符号信息的新一代条码技术。手机二维码由一个二维码矩阵图形和一个二维码号,以及下方的说明文字构成。用户通过手机摄像头对二维码图形进行扫描,或输入二维码号
35、即可以进入相关网页进行手机上网。手机二维码具有信息量大,纠错能力强,识读速度快,全方位识读等优点。73新业务新业务可视电话VideoPhone会议电视VideoConferenceKJAVA下载移动在线游戏(斗地主)SMS业务即时消息业务PIM业务高速上网业务WAP业务移动办公业务移动位置服务(找朋友/设施搜索)视频直播VOD点播WebCamera图片/铃音下载预付费PPS业务分组域PPS业务综合VPN业务多媒体消息MMS(相册)M2M移动移动Portal 移动广告移动广告移动移动游戏游戏移动监控移动娱乐移动票务移动监控移动娱乐移动票务移动支付移动支付新新业务业务:定位定位业务业务(LBS):提供):提供导导航、地航、地图图、位置、位置查询查询等服等服务务视频视频(音(音频频):):视频视频消息、消息、视频视频会会议议、体育、体育节节目、目、MTV、电电影片断、可影片断、可视视通信通信应应用下用下载载:下:下载载内容包括交互游内容包括交互游戏戏、图图片、片、铃铃声声商商务应务应用:移用:移动动Internet、Intranet和和email等等74问题问题简述信令网的组成和功能?目前漫游费的收取方式是否合理?按什么方式收取合理?在GSM网络中是否可以实现软切换,为什么?软切换技术给CDMA网络带来的潜在问题是什么?试解释电影手机中的你拨打的电话暂时无法接通的原因?