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1、3G技术综述,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,最早的移动电话（1924）,Courtesy of Rich Howard,电信服务用户统计,蜂窝移动技术,频率调制天线分集蜂窝概念贝尔实验室(1957&1960)频率复用通常每7个小区一组扇区划分改善频率重用例如3个扇区切换端局交换机改进HLR、寻呼、切换,第一代系统（1G）,Advanced Mobile Phone Service(AMPS)美国试验(78)；日本(79)和美国(83)部署800 MHz频段仍然在美国广泛使用Nordic Mobile Te
2、lephony(NMT)瑞典、挪威、丹麦、芬兰1981年投入使用；现在已基本上消亡450 MHz频段；后来也使用900 MHz频段(NMT900)Total Access Communications System(TACS)英国设计；类似AMPS；1985年部署900 MHz频段少量TACS-900系统仍在欧洲使用中国的模拟系统为TACS+,第二代系统（2G）,数字系统利用技术提高容量语声压缩；数字信号处理采用并扩展“智能网”概念改善欺诈预防增加新业务2G系统多样性GSMIS-95 CDMA(cdmaOne)IS-54/IS-136 TDMA（北美）PDC（日本）iDEN DECT和PHS（
3、小灵通）,GSM,Global System for Mobile欧洲联合开发，1982年启动专注于泛欧无缝漫游1991年开始商用时分多址(8时隙，200KHz)900 MHz频段；后扩充1800 MHz频段1900 MHz频段(美国PCS频段)GSM是目前的主导标准接口定义清晰；市场竞争者多90年代后期网络效应（麦特卡夫定律）开始起作用现在三频GSM手机可以全球漫游,CDMA,码分多址共享相同频带3G的基本接入技术Qualcomm演示(1989)提高容量，简化网络规划香港首先部署(1994)韩国非常成功1996年就突破一百万用户美国运营商Verizon和Sprint采用通往3G的最简单途径,
4、IS-95(cdmaOne),TIA标准：IS-95/ANSI-95(1993)IS-95部署于800 MHz频段J-STD-08变种部署于1900 MHz频段用于美国PCS频段标准发展解决问题，增加数据服务IS-95A(14.4 kbps)IS-95B(64 kbps)2.5GIS-95A/B均符合J-STD-08核心网均采用TIA IS-41/ANSI 41,D-AMPS/TDMA&PDC,时分多址3时隙，30 kHzIS-54/IS-136标准由TIA制定1993年部署AT&T Wireless和Cingular采用IS-136计划过渡到GSM，再向W-CDMA演进PDC是日本的主导标准
5、1994年部署NTT DoCoMo拥有最大的PDC网络i-mode,iDEN,Motorola专利系统时分多址基于GSM架构800 MHz专用移动无线电(PMR)频段刚好在800 MHz蜂窝频段之下特殊协议支持快速“Push-to-Talk”对老式PMR服务的数字替代Nextel采用Nextel在美国市场上拥有最高的APRU提供“Direct Connect”品牌的push-to-talk业务,DECT和PHS,时分多址Digital European Cordless Telephony企业应用（例如无线PBX）极小蜂窝；楼内传播问题高带宽(32 Kbps信道)高质量话音及ISDN数据服务P
6、ersonal Handiphone Service性能类似(32 Kbps信道)曾经在日本城市（高人口密度）部署4信道基站使用一条ISDN BRI线路基站安装于电话亭顶部目前在中国大量部署（小灵通）,2G市场分布,Source:EMC World Cellular/GSM Association,3G远景,全球漫游多媒体（话音、数据和视频）提升数据速率移动中384 Kbps，静止时2 Mbps提高容量（更高的频谱效率）IP架构目前存在的问题还没有无线数据的“Killer App”厂商驱动,国际标准化,ITU（国际电信联合会）无线电标准及频谱IMT-2000ITU的3G全称（Umbrella
7、Name）International Mobile Telecommunications 2000国家及地区性标准化组织协作开展3G合作项目ARIB、TIA、TTA、TTC、CWTS、T1、ETSI3G Partnership Projects（3GPP&3GPP2）关注接入及核心网络的发展,IMT-2000远景内涵,包括LAN、WAN和卫星业务,IMT-2000 无线电标准,IMT-SC*单载波（UWC-136）：EDGEGSM演进（TDMA）；200 KHz信道；“2.75G”IMT-MC*多载波CDMA：CDMA2000IS-95 CDMA（cdmaOne）演进IMT-DS*直扩CDMA
8、：W-CDMA3GPP新方案；UTRAN FDDIMT-TC*时间码CDMA3GPP新方案；UTRAN TDD中国新方案；TD-SCDMAIMT-FT*FDMA/TDMA（原有的DECT）,*成对频谱；*不成对频谱,CDMA2000,源自Qualcomm CDMAcdmaOne or IS-95更佳的2G到3G过渡方案cdmaOne运营商不需要另外的频谱3x保证比 UMTS即W-CDMA更高的数据速率比W-CDMA更优的频谱效率（?）尚在争论CDMA2000核心网欠成熟cmdaOne的接口是厂商专有的CDMA2000厂商有望符合 3GPP2规范,UMTS（W-CDMA）,宽带CDMAUnive
9、rsal Mobile Telephone Service（UMTS）欧洲提交的标准GSM运营商的过渡途径发挥GSM的主导地位需要新频谱5 MHz（对称）在欧洲及其它一些地区是强制系统欧洲已经拍卖了新频谱现在看来价格过高,TD-SCDMA,时分同步CDMA中国开发（与西方的谈判工具？）相对不成熟，但是具有庞大的开发计划很好地匹配非对称业务流量单频带不成对频谱；低至1.6 MHz；高频谱效率的时分双工（TDD）成本相对很低手机更小，成本更低功耗更低功率放大器线性要求很高相对较难满足规范,向3G过渡,移动无线频谱,CDMA演进途径的优势难以抵消从GSM转向cdmaOne的成本,全球漫游的前景,多种
10、语声编码(AMR,EVRC,SMV,)多频段800,900,1800,1900,2100,2500,?MHz多调制方式GSM/TDMA,W-CDMA,CDMA2000,TD-SCMDA手持终端（多频多模）芯片技术软件无线电电池,多址无线电技术,1G 频分多址,2G 时分多址,2G&3G 码分多址,Code Division Multiple Access扩频调制最初为军用开发抗干扰编码调制所有用户共享相同（大块）频谱1:1频率重用软切换3G无线电标准的基础CDMA2000、W-CDMA、TD-SCDMA,Courtesy of Suresh Goyal&Rich Howard,Courtesy
11、 of Suresh Goyal&Rich Howard,Courtesy of Suresh Goyal&Rich Howard,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,核心网架构演进,当前存在两种广泛部署的架构GSM-MAP：GSM运营商采用Mobile Application Part基于SS7定义附加的移动性、认证等信令ANSI-41 MAP：AMPS、TDMA、cdmaOneTIA/ANSI标准Cellular Radio Telecommunications Inter-system Operation各自向共同的“All IP”远景演进“All IP”仍在定义
12、中GAIT提供一条互操作途径GSM ANSI Interoperability Team例如漫游,BTS Base Transceiver Station BSC Base Station Controller,典型2G架构,MSC Mobile Switching CenterVLR Visitor Location RegisterHLR Home Location Register,网络分层,与PSTN一样，2G移动网络也具有网络分层传输平面信令平面一些网元仅存在于信令平面HLR、VLR、SMS Center、,核心网络的信令,基于SS7ISUP以及特殊应用部分GSM MAP和ANSI-
13、41服务移动性、呼叫处理、认证、O&M补充业务SMS,用于移动性管理的位置寄存器HLR永久数据VLR漫游终端的本地数据,PSTN-to-Mobile Call,(STP),(SCP),PSTN,PLMN,(SSP),(SSP),BSS,MS,PLMN,(Home),(Visitor),(STP),HLR,GMSC,(SSP),VMSC,VLR,SCP,BSS Base Station SystemBTS Base Transceiver StationBSC Base Station Controller MS Mobile Station,NSS Network Sub-SystemMSC
14、Mobile-service Switching ControllerVLR Visitor Location RegisterHLR Home Location RegisterAuC Authentication ServerGMSC Gateway MSC,GSM 2G架构,GSM Global System for Mobile communication,GSM增强,90年代中期以来出现的新技术全球标准：最广泛的部署对于增强的重大回报跳频（Frequency Hopping）克服衰落小区同步DFCADynamic Frequency and Channel Assignment为最小
15、化干扰而分配无线资源也用于确定移动台位置TFOTandem Free Operation,GSM增强（续）,AMR语声编码语声比特 vs.纠错比特掉话率更低DTX Discontinuous Transmission更低干扰（静默时接近 0 bps）小区呼叫数更高HSCSD-High Speed Circuit-Switched Data信道聚合超越9.6 Kbps限制(50 kbps)GPRS-General Packet Radio ServiceEDGE-Enhanced Data rates for Global Evolution,TFO的概念,对于mobile-to-mobile
16、call，取消不必要的编码转换，改善话音质量可在现有网络中工作(BSC、MSC)新型TRAU在呼叫建立之后协商TFO（带内）TFO帧使用64 Kbps电路的LSBits承载压缩语声帧和 TFO信令MSBits仍承载正常的G.711语声抽样局限性手机中的语声编解码器相同核心网中的数字透明性(EC off!)TFO随小区切换、呼叫转移、带内 DTMF、通告或电话会议而取消,TFO Tandem Free Operation,No TFO:2 unneeded transcoders in pathWith TFO(established):no in-path transcoder,A,BTS,B
17、SC,Ater,MSC,MSC,BSC,MS,MS,BTS,Abis,GSM Coding,G.711/64 kb,GSM Coding,CD,DC,CD,DC,(*)or 7 bits if Half-Rate coder is used,A,BTS,BSC,Ater,MSC,MSC,BSC,MS,MS,BTS,Abis,GSM Coding,GSM Coding+TFO Sig(2bits)+G.711(6bits*)/64 Kb,GSM Coding,CD,TFO,TFO,DC,PSTN*,PSTN*,(*)or TDM-based core network,新的语声编码,AMR:Ada
18、ptive multi-rate为UMTS(W-CDMA)定义正在改进以便用于GSMSMV:Selectable mode vocoder3GPP2为CDMA2000定义多种可用编码速率AMR 8种速率12.2、10.2、7.95、7.4、6.7、5.9、5.15、4.75 kbps以及静默帧（接近 0 bps）SMV 4种速率8.5、4、2、0.8 kbps更低比特率允许更强纠错根据无线干扰状况动态调节,GPRS 2.5G（GSM）,General Packet Radio Service首次引入分组技术聚合无线信道最多8个信道（时隙）CS-1CS-4支持更高数据速率根据信道可用性多用户共享
19、聚合信道全新的IP数据基础设施对话音网络没有改变,BSS Base Station SystemBTS Base Transceiver StationBSC Base Station Controller,NSS Network Sub-SystemMSC Mobile-service Switching ControllerVLR Visitor Location RegisterHLR Home Location RegisterAuC Authentication ServerGMSC Gateway MSC,GPRS架构,SGSN Serving GPRS Support NodeG
20、GSN Gateway GPRS Support Node,GPRS General Packet Radio Service,2G MS(voice only),EDGE 2.75G（GSM）,Enhanced Data rates for Global Evolution为GSM提供更高数据速率仍是200 KHz信道频宽仍采用TDMA8-PSK调制3 bits/symbol3倍数据速率覆盖范围更小对噪声/干扰更敏感GAIT GSM ANSI Interoperability Team允许IS-136 TDMA运营商向EDGE演进新的GSM/EDGE无线技术演进的ANSI-41核心网,GSM
21、演进（数据访问）,1997,2000,2003,2003+,GSM,GPRS,EDGE,UMTS,9.6 kbps,115 kbps,384 kbps,2 Mbps,GSM evolution,3G,3G Partnership Project(3GPP),3GPP定义从GSM到UMTS（W-CDMA）的演进从仅有GSM演进到支持GSM、GPRS以及新的W-CDMA设施3GPP Release 99增加3G无线技术3GPP Release 4增加软交换/话音网关和分组核心网3GPP Release 5首次引入IP多媒体业务(IMS)采用SIP技术及QoS机制3GPP Release 6“All
22、 IP”网络仍在定义中,3G rel99架构 3G无线技术,SS7,IP,BTS,BSC,MSC,VLR,HLR,AuC,GMSC,BSS,SGSN,GGSN,PSTN,PSDN,CN,Gs,BSS Base Station SystemBTS Base Transceiver StationBSC Base Station ControllerRNS Radio Network SystemRNC Radio Network Controller,CN Core NetworkMSC Mobile-service Switching ControllerVLR Visitor Locatio
23、n RegisterHLR Home Location RegisterAuC Authentication ServerGMSC Gateway MSC,SGSN Serving GPRS Support NodeGGSN Gateway GPRS Support Node,A,E,PSTN,2G MS(voice only),2G+MS(voice&data),UMTS Universal Mobile Telecommunication System,Gb,3G rel4架构 软交换,Transcoder Free Operation(TrFO),避免不必要编码转换，改善话音质量类似TF
24、O基于分组核心网带外协商呼叫建立时两终端选取相同编解码方式通过信令过程支持突发信道重新配置切换、无法实现TrFO时，可以尝试 TFO例如在分组交换核心网与电路交换核心网之间过渡,TrFO+TFO示例,2G手机到3G手机结合TrFO和TFO避免话路中的编码转换,3G rel5架构 IP多媒体,3GPP rel6目标,IP Multimedia Services,phase 2IMS消息及群组管理WLAN互通语声激活的业务Distributed Speech Recognition(DSR)Number Portability其它增强功能进行中范围定义,3GPP2,3rd Generation P
25、artnership Project“Two”分立的组织定义IS-41演进3GPP专注于GSM和UMTS保留最终合并的目标 3GPP+3GPP2IS-41向“All IP”的演进更直接跳过ATM阶段更快？1xRTT 支持IP分组（类似GPRS）1xEV-DO 只支持分组数据1xEV-DV 增加软交换/话音网关3x 三倍的无线数据速率,2G cdmaOne(IS-95+IS-41),CDMA2000 1x网络,Packet Data Serving Node(PDSN),建立、维持和终结与移动台的PPP会话支持简单和移动IP业务为来访移动台充当移动IP Foreign Agent处理对移动台的认
26、证、授权和计费（AAA）采用RADIUS协议路由数据包移动台与外部分组数据网之间收集使用数据并转发给AAA Server,AAA Server和Home Agent,AAA server认证PPP和移动IP连接授权业务特征描述安全密钥分发及管理计费用于计费的使用数据Home Agent当移动IP用户从一个网络移动到另一个网络时追踪其位置当移动节点附着在外部网络上时代替其接收数据包并将数据包传送到其当前附着点,1xEV-DO 只支持IP数据,1XEV-DV 支持IP数据和话音,Packet switched voice,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,生机勃勃的移动业
27、务,SMS、EMS、MMS位置服务3G-324M视频VoIP（无QoS）；Push-to-TalkIP多媒体业务（QoS）远景融合的“All IP”网络,Short Message Service(SMS),点对点的简短文本消息业务通过信令信道传送消息MAP或IS-41SMSC存储转发短消息送达报告SME是移动台或任意数据终端,SMS要点,基本业务SM MT(Mobile Terminated)SM MO(Mobile Originated)SM MO可取消(3GPP2)用户可确认(3GPP2)中继和存储转发短消息SM Service Center(3GPP)Message Center(3G
28、PP2)最多140字节可压缩(MS-to-MS)可分割,SMS传送送达/提交报告3GPP2中可选Messages-WaitingSC通知HLR/VLR消息无法送达MSAlert-SCHLR通知SC相关MS已准备好接收所有消息通过信令信道传送通常是SS7SMSC可选择支持IP,EMS要点,Enhanced Message Service利用SMS基础设施负载格式化属性支持文本格式化对齐、字号、字体、色彩、图片或矢量图形动画音效兼容2G SMS移动台2G SMS规范可以支持负载格式化2G MS忽略特殊格式,MMS要点,非实时多媒体消息业务文本语声(AMR编码)音频(MP3、合成MIDI)图像、图形
29、(JPEG、GIF)视频(MPEG4、H.263)随多媒体技术发展而发展采用IP数据通道和IP协议非SS7WAP、HTTP、SMTP、.适应终端能力媒体格式转换(JPEG to GIF)媒体类型转换(fax to image)SMS(2G)终端互通,MM可转发(无需下载)可设置有效期限单一或多个地址电话号码或电子邮件地址寻址E.164RFC 822扩展的报告功能提交、存储、送达、读取、删除支持MMBox即一个电子邮箱可选支持流媒体(RTP/RTSP),MMS架构,PLMN,HLR,MMS Relay/Server,PDN,UE,MM1,MMS User Agent,MMS Relay/Serv
30、er(or ProxyRelay Server),External legacy servers(E-mail,Fax,UMS,SMSC),Value-Added ServicesApplication,MMS UserDatabases,(*)Optional,WAP Gw,位置服务,应急服务E911-Enhanced 911增值个人服务找朋友、问路商务服务优惠券、促销信息网络内部服务业务量及覆盖测量合法监听扩展服务定位嫌疑犯,位置信息三维位置、速度、方向具有时间戳测量精度响应时间QoS量度安全性和私密性授权客户端安全信息交换私密性控制用户还是运营商,定位技术,小区标识基于定时TA:Timi
31、ng Advance基于定时和三角测量TOA:Time of ArrivalTDOA:Time Difference of ArrivalAOA:Angle of ArrivalEOTD:Enhanced Observed Time Difference基于卫星导航系统GPS:Global Positioning SystemA-GPS:Assisted GPS,多种技术途径网络技术手持终端技术网络辅助终端技术附加核心网基础设施位置计算移动位置服务器,E911 Phase II架构,PDE-Position Determining EntityMPC-Mobile Positioning Ce
32、nterESRK-Emergency Service Routing KeyALI DB-Automatic Location Identification Data Base,LCS架构(3GPP),LMU,CN,BTS,BSC,VLR,HLR,SGSN,Gs,LMU Location Measurement UnitSMLC Serving Mobile Location CenterGMLC Gateway Mobile Location Center,A,Gb,Node B,RNC,Iu,UE,SMLC,Lb,MSC,GMLC(LCS Server),GMLC,Lr,LCS Clien
33、t,Lg,SMLC,(Type A),(Type B),(LMU type B),3G-324M视频业务,初始移动视频服务利用3G数据带宽在没有IP多媒体基础设施的情况下DoCoMo已经在日本部署利用高速电路交换数据通道64 Kbps H.324视频结构MPEG 4视频编码AMR音频编码支持视频剪辑、视频流和实况视频会话MS to MSMS to Internet或ISDN使用网关,Node B,3G-324MMobile,MSC,UTRAN,UMTS CoreNetwork,IP Network,RNC,Iu-cs,3G-324M,H.323terminal,Streaming/Mailme
34、diaserver,Soft Switchor Gate Keeper,H.248 or RAS,H.323,Support for H.323 calls&streaming media,Multi-Media GW,RTP,3G-324M业务的通用技术平台,Push-to-Talk业务,Nextel的“Direct Connect”服务20-25%额外ARPU基于完全专利的iDEN其他运营商非常眼红遗留问题“一直在线”的IP连接并非一直在线暂停未使用的无线连接重建需要2-3秒Push-to-Talk是半双工服务可以忍受不太长的时延Sprint宣布提供Push-to-Talk服务通过CDMA
35、2000 1xRTT网络VoIP在不具备QoS的情况下,All IP 业务,IP Multimedia Subsystem(IMS)3GPPMulti-Media Domain(MMD)3GPP2通过IP实现具有QoS保证的话音和视频服务废弃电路交换话音设备以融合两种独立核心网络架构为目标,IMS/MMD服务PresenceLocationInstant Messaging(voice+video)ConferencingMedia Streaming/AnnoucementsMulti-player gaming with voice channel,3G QoS,对无线接入网的新需求业务等
36、级conversationalstreaminginteractivebackground可规定能力业务处理优先级分配/保持优先级差错率传输时延数据速率定序递送,IMS概念,核心网基于Internet概念独立于电路交换网络信令和承载业务以分组交换传送利用现有无线基础设施UTRAN 3G(W-CDMA)radio networkGERAN GSM evolved radio network使用进化的手持终端,IMS架构,IMS漫游,在rel5中，业务有归属网络控制通过S-CSCF但可在任何地点执行和提供归属、拜访或外部网络,MMD架构,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,
37、2.5G&3G应用问题,没有新的杀手应用多种可能的专门应用话音和数据网络分离“All IP”移动网络还很遥远现有基础设施的垂直结构不同的服务不同的平台难以部署创新服务计费模型发展滞后与基于应用的服务不相配,多模式服务和多应用平台,综合话音和数据应用目前基于非“all IP”基础设施文本消息加上语声识别激活的话音服务随着新业务的提供而发展多应用平台集成TDM话音和IP数据支持多种应用灵活的计费和服务指配,多模式应用范例,旅游信息通过华引发出请求接收文本响应指路通过华引发出请求接收文本初始响应在移动过程中更新通过话音、SMS或丰富的图形一对多消息通过话音或文本记录消息通过话音、SMS、WAP或电子邮件发送消息,议程,移动通信的历史与演进网络架构的演进业务的演进应用总结,前景：光荣与梦想,技术成熟统一尚未圆梦演进仍在继续市场难测发展未如期望杀手应用难寻中国是“救世主”吗?!,Q&A,
