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1、1,沈金龙 教授南京邮电学院计算机科学与技术系,移动通信网与移动IP,第5章,2,5.1 蜂窝式公用陆地移动通信系统的简况 5.2 蜂窝式公用陆地移动通信网的基本组成 5.3 移动交换基本技术 5.4 移动交换信令5.5 移动交换系统 5.6 移动IP技术,目录,3,移动用户,中国移动 GSM 8000万,中国联通 GSM 3000万CDMA容量1500万,4,公用陆地移动通信系统(PLMTS：Public Land Mobile Telecom System),5.1 蜂窝式公用陆地移动通信系统的简况,模拟蜂窝移动电话,无线寻呼、模拟无绳电话、模拟集群等,1,数字蜂窝移动电话,高速无线寻呼、
2、数字无绳电话、数字集群等,2,FPLMTS IMT-2000,3,无线传输技术标准,5,1G.模拟FDMA2G.数字TDMAGSMCDMAIS-95A IS-95B3G.数字4G.数字,容量大频带利用率高覆盖面大基站数少总投资小,多媒体数据率2Mb/s,6,3G.数字宽带CDMA4G.数字,多媒体数据率2Mb/s,IMT-2000,TD-SCDMA,20Mb/s-150 Mb/s,5.2 蜂窝式PLMTS的基本组成,Q.1000,5.2.1 网络功能结构,MSC,EIR,HLR,BS,MSC,VLR,VLR,AUC,OMC,PSTNISDNX.25PDNDDNATM,Um,A,E,B,G,D,
3、C,F,移动站,基站,基站子系统(BSS),网络子系统(NSS),基站子系统(BSS)和网络子系统(NSS),9,1.基站子系统,移动台(MS)/移动用户基站(BS)：负责射频信号的发送和接收以及无线信号至移动业务交换中心(MSC)的接入，在某些系统中还可以有信道分配、蜂窝小区管理等控制功能。一般，一个基站控制一个或数个蜂窝小区（cell）。通常基站(BS)是由一个或多个基站收发信台(BTS)和基站控制器(BTC)组成。根据业务需要，BTS和BTC可处于同一位置，或分开设置。如果BTS与BSC之间的距离小于10m，业务信道可直接连接，称为组合方式；否则在BTS与BSC之间必须用A bis接口连
4、接，称为远程方式。,10,2.网络子系统,(1)移动业务交换中心(MSC：Mobile Switching Center)：MSC是移动通信网的核心。它完成移动呼叫接续、跨区切换控制、无线信道管理等功能，同时也是PLMN与PSTN、ISDN、PDN(X.25分组网、FRN)、ATM网等陆地固定网的接口设备。MSC从HLR、VLR、AUC中，获取处理用户呼叫请求所需的各种信息，并更新相关的数据。(2)归属位置寄存器(HLR：Home Location Register)：也称归属位置登记器。所谓“归属”指的是移动用户开户登记的移动局所属区域。HLR是一个专用数据库，它存储了在该地区开户的所有移动
5、用户的用户数据（用户号码、移动台类型和参数、用户业务权限等）、位置信息、路由选择信息、漫游能力(动态数据)等。HLR还集中管理移动用户的计费信息。,11,(3)访问用户位置寄存器VLR(Visitor Location Register)：VLR是一个动态数据库，它贮存进入本地区的所有访问用户的相关数据。这些数据都是呼叫处理的必备数据，取自于访问用户的HLR，MSC处理访问用户的去话或来话呼叫时，直接从VLR检索数据，不需要再访问HLR。访问用户通常称为“漫游用户”。(4)设备标识寄存器EIR（Equipment Identify Register）：记录移动台设备号，如国际移动设备标识符(I
6、MEI)、非经许可的移动台号(黑户)，能够供系统鉴别管理使用，验证其使用合法性等信息。,12,(5)鉴权中心（AUC:Authentication Center）：AUC是一个独立的功能单元，只在数字移动通信系统中使用，通常与HLR位于一起。它提供各种安全措施，存储移动用户合法性检验的专用数据和算法，可防止非法使用并进行位置确定、跟踪，其传输通路是加密的，AUC数据库记录加密代码。(6)网络操作维护中心（OMC:Operation and Maintenance Center）：OMC用于整个系统的集中操作和维护。PLMS中每个组成部分都要连接到OMC，它由两个功能单元构成：OMC-SC(操作
7、维护中心-交换部分)用于MSC和相关的VLR的操作及维护，由网络业务中心(NSC)来实现；OMC-M(操作维护中心-维护部分)用于BSS移动专用部分的操作和维护，在基站提供工作站(如Sun)来实现。,13,5.2.2 PLMN的通信接口,1.Um接口Um接口，即无线接口，又称空中接口，该接口位于MS与BSS之间，移动通信系统的制式是与采用的Um接口技术有关：(1)按照话音信号传送方式：采用摸拟还是数字方式传送，可分为模拟和数字移动通信系统；(2)按照多址方式：可分为FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）系统。,14,2.A接口A接口，即无线接入接口。该接口位于MSC和
8、BS之间，传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息，并与Um接口互通。在模拟移动通信系统中，A接口规范没有标准化，仅作为内部接口处理。在数字系统中，尤其是欧洲的GSM系统，对A接口作了详尽的定义，因此原则上可适用不同厂商生产的MSC和BS互连。,15,3.B接口B接口是位于MSC和VLR之间的接口。MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。4.C接口C接口是位于MSC和HLR之间的接口。MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。,16,5.D接口D接口是位于VLR和
9、HLR之间的接口。该接口主要用于寄存器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。6.E接口E接口是位于MSC之间的接口。该接口主要用于跨局切换。当移动台在通信过程中由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一MSC接管该移动台的通信控制，使移动台通信不中断。,17,7.F接口F接口是位于MSC和EIR之间的接口。MSC通过该接口向EIR查询发呼移动台设备的合法性。8.G接口G接口是位于VLR之间的接口。当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的信息。,18,PLMN的三种组合方式：,(1)综合式：MSC，HLR，V
10、LR位于同一设备中，即移动交换机兼具位置寄存器的功能。交换机的内部接口有B接口和C接口(MSC与本局HLR)，移动交换机之间通过C，D，E，G接口的信令链路中传送信息。在移动网建设初规模校小时使用这种方式。(2)部分分离式：MSC和VLR位于同一物理设备中，HLR为单独的物理设备。这种方式当前用得最多。(3)完全分离式：MSC，HLR，VLR均为独立的物理设备。这时，HLR，VLR为独立的网络数据库，控制移动业务的处理，MSC则完成单纯的话路接续任务。这一结构和智能网结构完全一致。其中，HLR，VLR相当于SCP（业务控制点），MSC相当于SSP（业务交换点），它们之间通过7号信令交换信息。,
11、19,5.2.3 网络区域划分,蜂窝小区,基站区,位置区,移动业务交换区,服务区,系统区,20,5.2.4 频道、信道和蜂窝小区,频道指配 信道蜂窝小区,3G移动通信系统将采用2000 MHz频段。每个系统在其工作频段中划分为若干频道，以供众多用户使用。典型的TACS模拟系统基站的发射频段935 960MHz，移动台的发射频段890-915 MHz，频段宽度为25 MHz，收发频段间隔为45MHz，频道间隔为25 kHz，可划分为1000个频道；GSM数字系统频段宽度也是25 MHz，划分为125个频道。,信道是传送数据或控制信息的逻辑通道。FDMA:一个信道占用一个频道；TDMA:多个信道通
12、过时分复用方 式共用一个频道；CDMA:多个信道通过分配不同的 伪随机扩频序列（伪码）共用一个频道。,若a=2，b=1，则N=7。对于给定的N，若小区形状为正六边形，则频道分组数N和同频复用最小中心距D的关系为:DR,N=a2+ab+b2,22,基站设置的方法:,基站设置在蜂窝中心，采用全向天线；基站设置在蜂窝顶点，采用1200定向天线，如图5.2.5（a）所示；基站设置成三叶草模型，采用600定向天线，如图5.2.5（b）所示。,23,5.2.4 编号计划,移动台号簿号码（MSDN：Mobile Station Directory Number）国际移动台标识号（IMSI：Internati
13、onal Mobile Station Identification）国际移动台设备标识号（IMEI：International Mobile Equipment Identification）移动台漫游号（MSRN：Mobile Station Roaming Number）,24,5.3移动交换基本技术,5.3.1移动呼叫连接过程,1.移动台初始化,移动台开机后,首先就要通过自动扫描，捕获当前所在小区的广播信道，由此获得所在PLMN号、基站号和位置区域等信息，并将其存入RAM中。扫描的起始信道根据选定归属的PLMN确定。,2.移动台呼叫固定网用户,BS,MSC,本地交换机,被叫号码、IMS
14、I,分配空余业务信道,频道射频发射机“初始业务信道指配”,调谐到指定频道,BS确认业务信道建立,选定路由，建立与PSTN连接。,26,5.3.2漫游（roaming）,5.3.3切换（h/o：handover）,(1)跨区切换。,(2)越局切换。,(3)不同系统间切换。,(4)小区内切换。,(5)强迫切换。,27,5.3.4移动网安全技术,临时移动用户标识号（TMSI）用户鉴权（Authentication）(1)用户标识模块（SIM）：SIM中存储的基本数据包括IMSI，鉴权密钥Ki，鉴权算法（A 3）和数据加密密钥生成算法（A 8）(2)用户鉴权过程(3)鉴权密钥的网络管理 3.数据加密,
15、5.4 移动交换信令,CC,SMS,MM,RM,L2,L1,L2,L1,MTP,RM,BSS MAP,SCCP,MM,MTP,SCCP,BSS MAP,CC,SMS,MAP,MTP,SCCP,TCA,ISUP,MS,BS,MSC,(呼叫控制),(短消息服务),(移动性管理),(无线资源管理),(管理应用部分),(LAPDm),29,5.4.2无线接口信令,物理层（L1）无线信道：业务信道（TCH）控制信道（CCH）,（1）广播信道（BCH）广播控制信道（BCCH）频率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）,（2）公共控制信道（CCCH）寻呼信道（PCH）随机接入信道（RACH）接入准许信道（A
16、GCH）,（3）专用控制信道（DCCH）独立专控信道（SDCCH）（4）随路控制信道（ACCH）慢速随路控制信道（SACCH）快速随路控制信道（FACCH）,TCH+FACCH+SACCH BCH+CCCH SDCCH+SACCH,信令层功能：,（3）CM连接管理服务请求（4）用户鉴权（MM过程）（5）获取鉴权响应（6）加密模式命令（RR过程）（7）加密模式完成（8）呼叫建立消息（9）呼叫进行中（10）分配业务信道（RR过程）（11）分配完成（RR过程）（12）振铃消息（13）被叫应答,连接信息（14）连接证实（15）回归TCH，进入通信状态,31,5.5 移动交换系统,作业：1.移动交换机与
17、程控电话交换机相比，需增加哪些部件？2.什么是CDMA的软切换？,32,5.6移动IP技术,IETF 正在开发一套用于移动IP 的技术规范，这主要是RFC2002、RFC2003、RFC2004、RFC2290。其中：RFC2002：IP 移动性支持；RFC2003：IP 内的IP封装；RFC2004：IP 内的最小封装；RFC2290：用于PPP IPCP 的移动IPv4 配置选项。,(1)移动代理(Mobility Agent)归属代理(Home Agent)外区代理(Foreign Agent),(2)移动IP 地址 归属IP地址（Home IP Address）转交IP地址（Care
18、of IP Address）,34,(3)位置登记(Registration)依不同的网络连接方式，有两种登记规程：通过外区代理。即移动节点向外区代理发送登记请求报文，外区代理接收并处理登记请求报文，然后将报文中转到移动节点的归属代理；归属代理处理完登记请求报文后向外区代理发送登记应答报文(回复接受或拒绝登记请求)，外区代理处理登记应答报文，并将其转发到移动节点。直接向归属代理进行登记。即移动节点向其归属代理发送登记请求报文，归属代理处理后向移动节点发送登记应答报文。登记请求和登记应答报文使用用户数据报协议(UDP)进行传送。,35,(4)代理发现(Agent Discovery)为了确保任何
19、时间、任何地点与其它节点进行通信，移动节点必须首先找到一个移动代理。移动IP 定义了移动代理的两种发现方法：被动发现 被动发现是指移动节点等待本地移动代理周期性地广播代理通告报文；主动发现 主动发现是指移动节点广播一个请求代理的报文。,36,(5)隧道技术(Tunneling)当移动节点在外区网上时，归属代理需要将原始数据报转发给已登记的外区代理。这时，归属代理使用IP 隧道技术，将原始IP 数据报(作为净负荷)封装在转发的IP 数据报中，从而使原始IP 数据报原封不动地转发到处于隧道终点的转交IP地址处。,37,无线应用协议（WAP）,基于Internet，以HTTP/HTML协议为基础；适
20、合于显示界面小、功率低、内存小、CPU运算能力低的移动通信环境；采用Client/Server结构。,38,WAP协议的开发模型,39,一种基于GSM系统的新型的分组数据承载业务；网络资源按需分配，提供即时连接和高通过率；通过时隙的捆绑技术，能提供从小于100bps到115.2kbps，非常灵活的数据速率。,GPRS 通用分组无线业务,40,CDMA接入,CDMA是将窄带信息经宽带的伪随机码调制，把信息的频带大大展宽，使频谱密度降低，再经基带调制后，通过宽带射频发射机发射出去。接收时，通过特定的相关处理来解调出窄带信息。除CDMA本身的技术外，CDMA系统中还采用了多种数字处理技术和控制技术。
21、,41,CDMA优点：,系统容量大且具有软容量的特征，能灵活地解决通信高峰期的阻塞问题。系统具有很强的抗干扰能力，可保证通信质量的高可靠性。(多径干扰和功率控制是CDMA系统最复杂和最难解决的问题)。,42,通过简单的功率控制，不仅可以保证系统的大容量，而且可以 降低克服噪声和干扰所需的发射功率，使得在同样发射功率的条件下覆盖范围大，用户终接设备将信息发送到基站所需功率也较小。通过特有的语音激活技术，加上固定天线的增益，可进一步降低发射功率，减少 用户终接设备的功耗。,43,利用简单的调制解调技术，可使成本进一步降低。基站、扇区和用户的地址不是用频率，而是用伪随机码和沃什函数定义，所有的用户共
22、享相同的频率，使得频率规划简单，减少了用于频率规划的时间和费用。安全通信，极易保密是CDMC系统本身固有的特性，人为干扰 CDMA信号是极其困难的。,44,具有很强的业务支持能力，可提供各种先进的数字通信业务，乃至未来的宽带业务。基于CDMA技术的先进性和自身独特的优点，WRI已研制出一套价格低廉、性能稳定可靠、配置灵活方便，能够适应广大农村、远郊以及城 市地区的复杂地理环境和恶劣工作条件的CDMA无线用户环路接入系统。,45,宽带无线接入,提供2Mbit/s的接入速率（爱立信 Airline）LMDS（本地多点分配系统）、LMCS（本地多点通信系统）、MMDS（微波多路分配系统）、MVDS（
23、多点视频分配系统）B-LAN（宽带LAN）25Mbit/s的接入速率（欧洲HIPEX Access）,46,1.MMDS,网络结构呈点对多点分布 在基站和网络之间的接口为E1/T1100Base-TOC-3 在用户端可支持E2，10Base-T 分散范围40km,容量小，信道数限制。,47,2.LMDS,高带宽、双向数据传输（不支持移动）小区制技术，服务范围1-3英里 组成：NOC（网络运行中心）光纤基础设施基站用户站,48,（1）LMDS网络结构,NOC,49,新桥网络、北电网络、博世、朗讯、惠普、休斯1997年7月，P-COM公司为中国联通建立LMDS网络155Mbit/s高速接入业务,（2）LMDS应用,
