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1、 无线通信网络基本原理及其发展杨国民杨国民1主要内容n3G发展历程nGSM网络结构nGSM关键技术nGSM信令及其信令网nGSM信令处理过程nGPRS简介nCDMA简介n3G标准化格局2发展历程3GSM网络结构4GSM关键技术工作频率nPLMN GSM采用900MHZ频段上行（MS-BS）：890-915MHZ下行（BS-MS）：935-960MHZn频道间隔相邻两频道间隔为200kHz每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，承载一个TDMA帧每个TDMA帧包括8个时隙（TS0-TS7）每个频道有8个物理信道5GSM关键技术时分多址User 1User 2User 3Guard BandGu
2、ard BandtimefrequencyFDMA 频分复用User 1User 2User 3Guard BandGuard BandtimefrequencyTDMA 时分复用Guard BandUser AUser BUser CGuard BandGuard BandUser2User8User5User3User9User6User1User7User4timefrequencyCDMA 码分复用Guard BandUserBUserHUserEUserCUserIUserFUserAUserGUserD6n物理信道 物理信道是客观存在的，对应某个时隙n逻辑信道 逻辑信道是人们为了区
3、分物理信道上的不同信息而定义的逻辑概念。根据不同的分类方式，可以分成若干种。总体上分为控制信道（CCH）和业务信道（TCH）。GSM关键技术接口信道7GSM关键技术帧结构nGSM帧有4种：TDMA帧、复帧、超帧、超高帧nTDMA帧为基本帧，长度为4.615msn复帧分为两种：业务复帧和控制复帧 业务复帧=26 个TDMA帧 控制复帧=51 个TDMA帧n超帧 超帧=26个控制复帧=51个业务复帧n超高帧 超高帧=2048个超帧8TDMA帧n每个时隙传送的信息格式称为突发脉冲序列（Burst）n共有五种Burst：普通突发脉冲序列（NB）频率校正突发脉冲序列（FB）同步突发脉冲序列（SB）接入突
4、发脉冲序列（AB）空闲突发脉冲序列（DB）9GSM关键技术信令及其信令网n信令是设备之间相互交流的信息，也就是通信网中各种设备之间的一种对话信号，是通信网络的神经系统。目前广泛使用的是No.7信令。n信令网是传送信令的网络，一般由信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链路（SL）三部分组成10GSM信令网体系结构u国际信令网由国际信令网由ISTP、ISC组成；组成；u省际移动网由全国各省省际移动网由全国各省HSTP点、点、TMSC(A1/A2/A3/A4)组成；组成；u省内或地区移动网由省内或地区移动网由LSTP点组成；点组成；u市内或地市内移动网由市内或地市内移动网由MSC/VLR、BS
5、C、HLR组成；组成；u移动网与固定网、联通、移动网与固定网、联通、CDMA系统的系统的网间信令链路。网间信令链路。11GSM信令网结构（1）BSC1BSC1BSCnBSCnMSC1MSC1MSC2MSC2MSCnMSCnLSTPLSTP2 2HLRHLR1 1LSTPLSTP1 1TMSCTMSC1 1TMSC2TMSC2BTS1BTS1BTS2BTS2BTSnBTSn本地移动网示意图本地移动网示意图BTS1BTS1BTS2BTS2BTSnBTSn12GSM信令网结构（2）MSC2MSC1MSCn1外省外省TMSC12外省外省TMSC1n外省外省TMSCTMSC1移动网话务汇接网示意图移动网
6、话务汇接网示意图13GSM信令网结构（3）MSCMSC1 1MSCMSCn nLSTP1LSTP1MSCMSC2 2HSTP1HSTP1HSTP2HSTP2HLR1HLR1HLR2HLR2HLRnHLRnLSTP2LSTP2MSCMSCm m省内移动网信令汇接网示意图省内移动网信令汇接网示意图14哈尔滨哈尔滨武汉武汉南京南京福州福州广州广州沈阳沈阳成都成都北京北京石家庄石家庄西安西安济南济南上海上海杭州杭州网状网网状网哈尔滨哈尔滨武汉武汉南京南京福州福州广州广州沈阳沈阳成都成都北京北京石家庄石家庄西安西安济南济南上海上海杭州杭州网状网网状网山西山西天津天津广西广西海南海南高级信令转接点高级信令
7、转接点低级信令转接点低级信令转接点GSM信令网结构（4）15GSM信令网结构（5）广州广州ISCTMSC1上海上海ISC上海上海ISTP广州广州ISTP北京北京ISC广州广州广州广州ISC广州广州TMSC1-2北京北京TMSC1-2北京北京TMSC2上海上海TMSC3-4上海上海TMSC1-2上海上海ISC上海上海ISTP广州广州ISTP国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向国际方向北京北京ISC中国电信中国电信广州广州INT1中国电信中国电信北京北京INT2中国电信中国电信上海上海INT2中国电信中国电信广州广州INT2广州广州GD5-GD6TMSC3-4中
8、国电信中国电信上海上海INT2中国电信中国电信北京北京INT2中国电信中国电信广州广州INT1中国电信中国电信广州广州INT2广州广州HSTP2上海上海广州广州HSTP1北京北京HSTP1北京北京HSTP2上海上海HSTP2HSTP116GSM信令网结构（6）中国电信中国电信中国移动中国移动 IPIP网关网关联通本地联通本地固定固定联通长途网联通长途网联通联通GSMGSM网网其他运营网其他运营网联通联通CDMACDMA网网联通各个局之间两两互联联通各个局之间两两互联中国联通移动网间信令网示意图中国联通移动网间信令网示意图17GSM协议体系18GSM接口协议MSCHLR/VLR/MSC/EIR1
9、9GSM接口协议GMSCHSTP/LSTPHSTP/LSTPHLR20GSM编号计划（1）国际移动用户识别码（）国际移动用户识别码（IMSI）（2）移动用户）移动用户ISDN电话号码（电话号码（MSISDN）国际移动用户国际移动用户ISDN号码号码国内有效移动用户国内有效移动用户ISDN号码号码CCNDCSN21GSM编号计划（3）国际移动设备识别码（国际移动设备识别码（IMEI）（4）临时移动用户识别码（临时移动用户识别码（TMSI）（5）移动用户漫游号码（移动用户漫游号码（MSRN）（6）位置区识别码（位置区识别码（LAI）（7）全球小区识别码（全球小区识别码（CGI）（8）基站识别码（基
10、站识别码（BSIC）（9）MSC/VLR号码号码（10）HLR号码号码（11）切换号码切换号码22GSM中SCCP的使用 在GSM中，SCCP主要提供寻址功能。（1）同一PLMN寻址 SSN表示语=1（总是包括SSN）（2）不同PLMN间寻址（a）目的地地址（被叫用户地址）SSN表示语=1（总是包括SSN）全局名表示语=0100（全局名包括翻译类型、编号计划、编码设计和地 址表示语性能）翻译类型字段编码为“00000000”（不用）路由表示语=0（对全局码的路由）（b）源地址（主叫用户地址）SSN表示语=1（总是包括SSN）信号点编码表示语=0 全局名表示语=0100（全局码包括翻译类型、编号
11、计划、编码设计和地址表示语性能）GT码编码方案为E.164;23GSM中MAP的使用MAP主要提供的业务有：主要提供的业务有：位置管理业务位置管理业务(更新位置、删除位置、清除MS（V2）、发标识 （V2）切换业务切换业务（进行切换（V1）、准备切换（V2）、发结束信号、处理接入信令、前 转接入信令、进行后续切换（V1）、准备后 续切换（V2）鉴权管理业务鉴权管理业务（发参数（V1）、发鉴权信息（V2）国际移动设备识别管理业务国际移动设备识别管理业务（检验IMEI）用户管理业务用户管理业务（插入用户数据、取消用户数据）故障恢复业务故障恢复业务（复位、前转检验SS指示、恢复数据（V2）24GSM
12、中MAP的使用 用户跟踪业务用户跟踪业务(激活跟踪方式、去活跟踪方式、跟踪用户激活(V1)）其他操作与维护业务其他操作与维护业务（标注内部切换(V1)、发IMSI(V2)）呼叫处理业务呼叫处理业务（提供漫游号码、发路由信息）与补充业务相关的业务与补充业务相关的业务（登记SS、取消SS、激活SS、去活SS、询 问SS、处理非结构化SS数据（V1）、处理非结构化SS请求（V2）、非结构化SS请求（V2）、非结构化SS通知（V2）、登记口令、获得口令、开始用户活动（V1）)短消息业务管理业务短消息业务管理业务(为SM发路由信息、前转SM、报告SM传递状态、标注用户出现（V1）、不带结果提醒业务中心（
13、V2）、通知业务中心（V2）、提醒业务中心（V2）、为SM做好准备)25GSM信令处理过程位置更新26GSM信令处理过程切换过程(V1)MSC/VLR-AMSC/VLR-B进行切换（进行切换（V1）进行切换证实（进行切换证实（V1）IAIACM处理接入信令处理接入信令ANC发结束信令发结束信令前转接入信令前转接入信令处理接入信令处理接入信令CLFRLG发结束信令证实发结束信令证实27GSM信令处理过程切换过程(V2)MSC/VLR-AMSC/VLR-B准备切换（准备切换（V2）准备切换证实（准备切换证实（V2）IAIACM处理接入信令处理接入信令ANC发结束信令发结束信令前转接入信令前转接入信
14、令处理接入信令处理接入信令CLFRLG发结束信令证实发结束信令证实28GSM信令处理过程后续切换过程(V2)MSC/VLR-AMSC/VLR-B准备后续切换（准备后续切换（V2）准备切换（准备切换（V2）IAIACM处理接入信令处理接入信令ANC发结束信令发结束信令前转接入信令前转接入信令处理接入信令处理接入信令CLFRLG发结束信令证实发结束信令证实MSC/VLR-C准备切换证实（准备切换证实（V2）后续切换证实（后续切换证实（V2）CLFRLG29GSM信令处理补充业务SS处理过程MSC/VLR-BHLR-AMSBSS登记登记SS登记登记SS证实证实插入用户数据证实插入用户数据证实插入用户
15、数据插入用户数据删除删除SS删除删除SS证实证实插入用户数据证实插入用户数据证实插入用户数据插入用户数据30GSM信令处理短消息业务发送过程MSC/VLR-B报告短消息发送状态报告短消息发送状态短消息准备好短消息准备好提醒业务中心提醒业务中心SMS G/IWMSC-A发短消息路由信息发短消息路由信息发短消息路由信息证实发短消息路由信息证实前转短消息前转短消息缺席用户缺席用户MSBSSHLR-ASC报告短消息发送状态证实报告短消息发送状态证实短消息准备好证实短消息准备好证实提醒业务中心证实提醒业务中心证实发短消息路由信息发短消息路由信息发短消息路由信息证实发短消息路由信息证实MS关机关机MS开机
16、开机前转短消息前转短消息前转短消息证实前转短消息证实31GSM的演进10 k100 k64 k1 M2 M1 k9899000102时间时间速率速率bps9.6SMS14.4EDGE电路型电路型分组型分组型话音GPRS2.5代代IMT-2000WCDMACDMA TDD3代代HSCSD32GPRS通用分组无线服务(General Packet Radio Service)33GPRS业务特性 GPRS突破了现有突破了现有GSM数据业务最高速率仅数据业务最高速率仅9.6Kb/s的限制，的限制，数据速率最高可至数据速率最高可至170Kb/s。它允许用户以端到端的分组传送模式它允许用户以端到端的分组
17、传送模式发送和接收数据，不需要使用电路交换模式下的任何网络资源，发送和接收数据，不需要使用电路交换模式下的任何网络资源，从而可以自主经营，并且最适合突发数据的业务特性。从而可以自主经营，并且最适合突发数据的业务特性。GPRS提供两个提供两个MS之间或之间或MS与与GPRS终端或外部终端或外部PDN终端之终端之间的数据传送能力。它提供两类业务：间的数据传送能力。它提供两类业务：（1）Point-To-Point(PTP)包括面向无连接业务和面向连接业务。包括面向无连接业务和面向连接业务。（2）Point-To-Multipoint(PTM)包括多播业务（包括多播业务（PTM-M）和组呼业务（和组
18、呼业务（PTM-G）。）。34GPRS系统结构35GPRS特有节点（1）GPRS业务支持节点（业务支持节点（SGSN-ServingGPRS Support Node)SGSN负责将分组发送到其服务区内的负责将分组发送到其服务区内的MS。协议数据单元协议数据单元PDU在源在源GSN被封装，由目的被封装，由目的GSN拆包，在拆包，在GSN之间，之间，GPRS核心网采用核心网采用IP协议来传输协议来传输PDU，整个过程称为隧道（整个过程称为隧道（Tunneling)进程。进程。（2）GPRS网关支持节点（网关支持节点（GGSN-GatewayGPRS SupportNode)GGSN是是GPRS网
19、与外部网与外部PDN的逻辑接口，它负责将的逻辑接口，它负责将PDU通过通过隧道进程传送到为隧道进程传送到为MS服务的当前服务的当前SGSN。GGSN还包括还包括PTM业务中业务中心（心（PTM-SC）处理处理PTM业务的功能。业务的功能。36GPRS协议结构37CDMA码分多址(Code Division Multiple Addressing)381.2288Mcps/1.25 MHz多载波(Multi-Carrier)3.84 Mcps/5 MHz 直接扩频(Direct Spread)多载波与直接扩频CDMA网络参考模型40CDMA的演进10 k100 k64 k1 M2 M1 k989
20、9000102时间时间速率速率bpsSMS话音9.614.4电路型电路型分组型分组型IS-95A IS-95B115.2/64308/144cdma2000-1x2.4M/3.1M/1XEV?WCDMA?cdma2000-3X?41第三代移动通信标准化格局ITUCWTS42国际3G标准化格局nITUnITU-R WP8F：无线频谱、技术、业务等n超3G(System Beyond IMT-2000)远景及后续业务、频谱和技术等相关研究nWRC-00确认频谱的规划；n3G技术规范建议M.1457(RSPC)更新，2002年5月完成第一更新版本，主要增加了3G增强性技术；nITU-T SSG核心网
21、n超3G核心网远景nIP 核心网融合n3GPPn制定基于GSM/GPRS核心网、全IP核心网，无线技术为WCDMA、CDMA TDD和EDGE的技术规范；n3GPP2n制定基于ANSI-41核心网、全IP核心网，无线技术为cdma2000的技术规范43目前3G技术和标准化特点n第一阶段标准已经基本完善、稳定n特点：新的无线技术，基于二代的核心网络n技术版本：3GPP的R99版本，3GPP2的Release 0、A、IOS4.X；n第二阶段近期不会稳定n特点：无线技术增强，支持高速分组数据业务；核心网向全IP发展；n技术版本：3GPP R5及以后版本，3GPP2 1xEV-DO和1xEV-DV。
22、n“超3G”的愿景(vision)在ITU取得较大进展注：超3G(Systems Beyond IMT-2000，或称Beyond 3G，有人称4G)44第一阶段的标准基本完善n3GPP Release 99(R99)1999年年12月完成月完成:n2001年6月份版本开始已经基本稳定，目前的更新量逐渐减少，支持主要功能部分已经稳定。nIu、Iub、Iur接口均采用ATM传输n核心网基于演进的GSM MSC(MAP协议)和GPRS GTP协议n3GPP Release 4-2001年3月完成n完成TD-SCDMA标准化n启动部分全IP内容，电路交换域(CS)将承载与控制分离,采用了基于软交换的
23、软交换的NGN结构结构n3GPP2 Release 0、IOS4.X、ANSI-41E等等n无线接口，无线接口，cdma2000-1XnRelease 0：1999年底完成，支持153.6kbpsnRelease A：支持307.2kbps，2001年底完成；nA接口(IOS)增加A8、A9、A10、A11已支持分组数据业务，采用ATM/IP传输n增加分组交换节点(PDSN)/HA等；n电路域采用基于二代网络的ANSI-41E，分组域采用简单IP和移动IP协议45第二阶段的标准化(1/2)n增强型无线接口技术n3GPP2 cdma2000 1XEVn1XEV/DO(高速数据)，可支持650kb
24、ps/2.4Mbps，2000年10月份完成，2001年12月完成一个更新版本；n1XEV/DV(数据和语音)：nPhase I(Release C)，支持3.1Mbps数据速率，2002年5月完成标准nPhase II(Release D)，2003年夏天完成.n3GPP HSDPA(高速下行分组接入)n支持最高达8-10Mbps的下行数据速率，2002年6月在Release 5完成标准化nR6 的MIMO，目标达到20Mbps的下行数据速率。46第二阶段的标准化(2/2)n网络向IP方向演进n3GPP R5、R6版本：n核心网(CN)：包括电路域(CS)、分组域(PS)和IP多媒体子系统(IMS)，IMS第一阶段(R5)的标准已经完成；n无线接入网(RAN):正在讨论中。n3GPP2：全IP网络结构模型(NAM)、IOS等nCN:包括IP多媒体域(MMD)和传统MS域(LMSD)。计划2002年发布第一个多媒体域(MMD)技术规范，基于3GPP R5;nRAN:1xEV-DO IOS、IOS4.3(支持部分1xEV-DV)、IOS5.0(1xEV-DV)n3GPP和3GPP2正在探讨IP CN融合问题n2002年4月在OHG的发起下，在多伦多召开了第一次融合会议nIP完善的标准化估计在2003年左右完成47484950