《移动通信原理与工程》-07-132.ppt

移动通移动通信原理与信原理与工程工程-07-07知识点个人通信概念及的途径第三代移动通信的内容及功能难点第三代移动通信采取的技术要求掌握个人通信的概念理解个人通信的途径了解3G的业务功能 第第7章章 移动通信的发展个人通信移动通信的发展个人通信 7.1 个人通信概述个人通信概述由于通信技术的飞速发展，人们对通信的多样化提出了更高的要求，人们向往这样一种通信方式：即以现在所实现的“通信到户”或两部电话机之间的通信为主体，变换为“通信到人”为主体，通过某一个人的电话号码呼叫另一个人的号码，最终实现任何人在任何时间、任何地点与所需要的对方进行各种业务（话音、数据、视频）的通信。这就是当前通信领域的一个热门话题个人通信PC（PersonalCommunication）。什么叫个人通信？至今尚无统一说法，有人认为个人通信是 一 种 业 务，即 个 人 通 信 业 务 PCS（PersonalCommunicationService），也有人认为个人通信是一种网络，即个人通信网PCN（PersonalCommunicationNetwork）。实现个人通信业务（PCS）的通信网络称为个人通信网（PCN）。90年代以来，世界电信界吹起了向个人通信进攻的号角。在欧洲，英国率先推出了个人通信网（PCN）的概念，美国也提出了发展个人通信的设想。美国联邦通信委员会定义个人通信业务（PCS）为：能向任何个人和单位提供使用，并可与各种网络综合在一起的一系列移动无线电业务和固定通信业务。其基本目的是满足移动中的某个人的通信要求。从用户观点出发，也可将个人通信业务（PCS）描述为：任何用户（Whoever）可以在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）和另一任何用户（Whomever）实现任何方式（Whatever）安全、可靠、快速的全范围电信业务。实现个人通信可考虑通过三个步骤。第一步实现终端移动性。所谓终端移动性是指一个终端在移动中从不同的地点获得电信业务的能力。现有的数字无绳电话系统、蜂窝移动电话系统和未来的移动卫星通信系统，都可实现终端的移动性。第二步实现个人移动性。个人移动性是指用户可在任何一个终端上获得电信业务的能力。这时，网络应跟踪用户并为用户提供所需业务的能力。第三步实现通信业务的个人化。用户可按照自己的需要规定业务类型，可以规定不同的接入类型。如直接接入到用户，或接入到语言信箱和移动电话等。真正地实现个人通信尚有时日，但在个人通信的研究开发、个人通信系统的标准化方面已进行了大量的工作。7.1.2 实现个人通信的途径目前已成熟应用的数字蜂窝通信、公众无绳电话系统、低轨道移动卫星通信系统将会成为实现PCN的途径。通用个人电话(个人号码)有线本地接入无线本地环路FPLMTS无线LAM移位卫星数字无绳无线PABXPCS/PCN数字蜂窝寻呼专用移动业务空/地系统蜂窝大小时间图7.1所示为迈向个人通信的发展道路。其纵坐标表示开发或运行的相对时间，横坐标表示蜂窝系统中小区的大小。通用个人电话(个人号码)有线本地接入无线本地环路FPLMTS无线LAM移位卫星数字无绳无线PABXPCS/PCN数字蜂窝寻呼专用移动业务空/地系统蜂窝大小时间图7.1迈向个人通信的发展道路7.2 个人通信网个人通信网 7.2.1 个人通信网的组成要素个人通信网的组成要素 国外的研究机构从理论上和通信网的发展过程中研究个人通信的模型、结构，首先讨论个人通信网的组成要素。为了满足个人通信的要求，至少必须有四个组成部分。（1）个人通信号码 个人通信号码是与个人有关的逻辑号码，与通信网中的物理点无关。对于个人号码的呼叫，可经过网络的具体处理，将逻辑号码转换为物理号码，按照物理号码选择路由，使信息传送给用户。所以个人通信网应具有号码转换的功能。（2）个人终端 为了满足终端移动性的要求，个人终端应是袖珍式的无线终端，使用户可以不受电话线的束缚进行通信。还应具备重量轻、耗电省、价格便宜等优点。个人终端可以是单模式的，即只能接入单一类型的系统，也可以是多模式的，即可以接入几种系统。（3）大容量数据库 大容量数据库用以存储个人轮廓，个人轮廓包括服务参数与个人通信用户有关的路由选择变换参数，为了提供通用业务，必须使这种数据接入多个网（如有线网、数据网、蜂窝网等）。更重要的是应不断对个人轮廓进行更新，以满足随时的通信需要。为了实现分散的数据库结构，分级配置和高速检索，需要研究相干的新技术。（4）共同的用户接口 应用共同的用户接口可以使得个人通信业务成为一种容易使用的业务。当用户从一个接入网转换到另一个接入网时，它们需要共同的接口，以便接入业务和控制业务。这种共同的用户接口不应当依赖于不同的空中接口或接入网络技术。7.2.2 个人通信网的分层结构模型个人通信网的分层结构模型 个人通信网应被看作是现有公众网自然发展的结果。个人通信网结构将使无线通信网和有线通信网结合在一起，而且为有线用户和无线用户提供相同等级的网络业务。如目前有线网用户可以得到ISDN补充业务的智能网业务，无线用户也应得到这些业务。个人通信网将使现有的通信网综合在一起而逐步实现。根据上述观点，提出个人通信网的分层结构模型，这一模型可被看作是提供个人通信业务的各种技术的结合。个人通信网结构模型如表7.1所示，共分为八层。表7.1个人通信网分层结构模型业务模型建立制图工具模拟工具测试工具业务生成制图工具模块服务单元测试环境行政管理接口业务管理业务管理系统网络操作、管理和维护（OA&M）网络业务智能网业务控制点智能外围归属位置登记，认证中心交换机业务业务救护队ISDN业务话务员业务Centrex，话音消息应急呼叫交换机本地、长途、关口交换机移动业务交换中心分组交换、存储转发交换机网络接入有线、光缆扭绞二线电缆同轴电缆无线基站系统人机交互作用电话机、功能按钮数据终端，绘图终端话音识别各层功能分述如下：（1）人机交互作用层人机交互作用层是最低层，它规定人如何同终端交互作用。因为讨论的是个人通信，从人的因素考虑是很重要的问题，所以人和终端之间的交互作用需要认真地研究和设计。人和终端的交互作用包含人与网络上话音、数据或图象终端间的交互作用。在这一层中，增强型显示器、智能卡、功能按钮、支援菜单、话音识别和话音指令等可以改善用户和网络间的相互作用。（2）网络接入层 网络接入层是个人通信中很有特点的一层，本层的功能分为有线和无线两大类，因此规定获取业务的接入方式包括两种：一种如普通电话网常用的有线接入方式；另一种是在蜂窝通信系统中用的无线接入方式（包括无绳电话和移动电话的接入）。这两种接入方式都应该能够支持智能网IN（Intelligence Network）和ISDN业务的传输，从理论上讲，本层应该具有按照需要将各种业务传输给所有用户的能力，但是，由于经济上、网络上、接口上实际情况的限制，以致不是所有用户都可以得到所有的业务，如用户向网络请求数据业务时，可因为网络或有关终端的局限性，网络可能否定其要求。本层的结构将对网络的成本、性能、操作和维护有重大影响。（3）交换层 本层负责所有的基本业务交换功能，其功能类型包括本地交换、长途交换、关口交换、存储转发交换和移动业务交换。终端移动性功能可以认为是存在于本层的移动交换中心功能和网络接入层的基站系统功能。要求ISDN补充业务的呼叫将使交换机发挥上一层的ISDN补充业务的能力；IN呼叫将发挥交换机业务层的业务交换点的功能，其呼叫处理可以在网络的不同点完成。（4）交换机业务 本层提供以交换机为基础的业务，包括呼叫转移、呼叫等待、寄费通知和呼叫阻止等。本层也提供接入到另一些业务功能，如话务员业务、紧急呼叫业务、通告业务和话音消息传送业务等。（5）网络业务层 本层提供以网络为基础的业务，这些网络业务涉及到业务控制点上的呼叫处理，业务控制点在性质上与用于无线网的终端移动性的位置登记器不同，位置登记器节点在提供终端移动性方面起关键作用，而业务控制点对于提供个人移动性方面起关键作用。本层提供IN业务的例子包括收方付费业务、虚专用网业务、个人号码业务、呼叫卡、额外计费业务等。（6）业务管理层本层负责网络业务的管理，包括业务的提供、配置、监视和按具体要求设定的管理接口。本层也提供控制接口，业务管理部门可以要求向其用户提供此用户接口，使得用户可进行业务控制，如专用拨号的管理、路由选择规划等。（7）业务生成层业务主管部门对新业务的开发要求很快，特别是特殊用户的需求。本层是来自对IN的巨大需求，IN业务是所谓增值新业务，现在IN的能力可以迅速地生成独特的业务与业务特性。（8）业务建模层本层提供业务建模能力，使得新业务和增强业务在引入之前实现建模。这样管理部门能够保证在业务生成之前对业务运行的各个方面进行充分的分析。这些业务模型也代表了一种工具。将包括先进的图形建模系统、模拟系统和测试系统。个人通信网随着网络功能与业务日趋复杂，网络的操作、管理和维护OA&M（Operation Administration and Maintenance）也更加复杂，因此OA&M功能不能由单独的一层表示，而是用存在于各层的功能表示。网络及其业务的正确运行需要广泛的网络检测和控制能力，典型的现代通信网包括专用于许多不同网络功能的多个OA&M系统。个人通信网将综合各种现有的无线和有线网络能力，这种网络能力的综合，也将包括独立的OA&M系统的综合。CCITT电信管理网建议就是为了这样的OA&M系统的综合所开发的结构。7.3 第三代移动通信系统（第三代移动通信系统（3G）介绍）介绍 7.3.1 第三代移动通信系统（3G）概述1.3G发展历史历代移动通信系统比较：第一代(模拟)第二代(数字)第三代(IMT2000)成熟时间80年代1990年试用1993年商用2001年商用空中接口FDMATDMA/CDMACDMA频率利用低中高提供业务语音语音、传真、短消息、电路型数据、分组型数据语音、传真、多媒体消息、电路型数据业务、分组型数据业务、高速分组数据、多媒体数据速率GSM：13Kbit/sGPRS：144Kbit/s2Mbit/s2.什么是IMT2000IMT2000是第三代移动通信系统的统称。.(1)第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类通信的通信系统。（2）第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）1985年提出，考虑到该系统将于2000年左右进入商用市场，并且其工作的频段在2000MHz，故于1996年正式更名为IMT2000（InternationalMobileTelecommunication-2000）。（3）IMT2000体制种类：cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA。3.为什么要发展3G系统（1）市场呼唤中高速数据和多媒体业务；（2）2G无线频率资源紧张；（3）移动通信竞争日趋激化，丰富的业务类型和服务质量成为竞争焦点。4.3G的目标和要求（1）全球统一频谱，统一标准，全球无缝覆盖；（2）高效的频谱效率，更低的建设成本；（3）能提供高的服务质量和保密性能；（4）能提供足够的系统容量，易于2G系统的过渡和演进；（5）能提供多种业务、适应多种环境，速率最高2Mbit/s（车速环境：144Kbit/s；步行环境：384Kbit/s；室内环境：2Mbit/s）。5.3G系统的特征（1）灵活的业务；大容量话音、高速数据、可传输图象等；（2）平滑过度的网络：从2G网络平滑过度CDMA-GSM技术；（3）先进的无线传送技术：复杂的编译码及调制解调算法、快速功率控制、多址干扰对消、智能天线等。6.IMT2000标准化组织介绍（1）3GPP：由欧洲的ETSI、日本ARIB、韩国TTA和美国的T1等组成。宗旨是制定以GSMMAP为核心网，UTRA（UniversalTetrestrialRadioAccess）为无线接口的标准。1998年12月正式成立。（2）3GPP2：由美国的TIA、日本ARIB、韩国TTA等组成。宗旨是制定以ANSI/IS-41为核心网，cdma2000、UWC136为无线接口的标准，1999年1月份正式成立。WCDMA由欧洲标准化组织3GPP所制定。cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准，由3GPP2完成其标准化工作。TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。7.3G演进策略（1）3GPP和3GPP2制定的演进策略总体上都是渐进式的。保证现有投资和运营商利益，有利于现有技术的平滑过渡。（2）在空中接口则有所不同：WCDMA是革命式的，与GSM完全不同，cdma2000兼顾与IS95在空中接口兼容。8.WCDMA的发展历程GSMGSMGPRSWCDMA9.WCDMA的技术特点（1）核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性；（2）核心网络可基于TDM、ATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进；（3）核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务；（4）UTRAN基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方向发展；（5）MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心；（6）空中接口WCDMA。10.WCDMA技术特点RTT技术（1）信道带宽：5MHZ（2）码片速率：3.84MCPS （3）语音编码：AMR（4）基站同步方式：支持同步和异步的基站运营（5）功率控制：上、下行闭环功率控制、开环功率控制（6）发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD（7）调制方式：上行QPSK、下行BPSK （8）信道编码：卷积码和TURBO码 11.cdma2000发展历程IS-95AIS-95Bcdma20001cdma200031995年速率115.2KBPS速率307.2KBPS速率2MBPS1998年2001年2002年12.cdma2000技术特点(1)电路域继承2GIS95CDMA网络，引入以WIN为基本架构的业务平台。(2)分组域基于MOBILEIP技术的分组网络。(3)无线接入网以ATM交换机为平台，提供丰富的适配层接口。(4)空中接口cdma2000兼容IS-95。13.cdma2000技术特点RTT技术（1）信道带宽：N1.25Mhz（2）码片速率：N1.2288MCPS；N=1、3、6、9、12 （3）语音编码：8K/13K、QCELP8KEVRC（4）基站同步方式：GPS/GLONASS（5）功率控制：上、下行闭环功率控制、开环功率控制（6）发射分集方式：OTD、STS （7）调制方式：上行QPSK、下行BPSK（8）导频辅助的相干解调（9）信道编码：卷积码和TURBO码14.TD-SCDMA发展历程TD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMATD-SCDMA与WCDMA开始研究提案形成在3GPP会议上通过TDD技术融合1990年1998年1999年2001年15.TD-SCDMA技术特点（1）核心网络基于GSM/GPRS网络的演进、保持与GSM/GPRS网络的兼容性。（2）核心网络基于TDMATM和IP技术，并向全IP的网络结构演进。（3）核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。（4）UTRAN基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方式发展。（5）MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。（6）空中接口TD-SCDMATD-SCDMA技术体制将采用WCDMA制式的核心网络结构。16.TD-SCDMA技术特点3S（1）智能天线（SMART ANTENNA）（2）同步CDMA（SYNCHRONOUS CDMA）（3）软件无线电（SOFTWARE RADIO）TD-SCDMA的关键技术：（1）智能天线+联合检测（2）多时隙CDMA+DS-CDMA（3）同步CDMA（4）信道编码和交织（与3GPP相同）（5）接力切换 7.3.2 3G的业务机制及应用介绍1.2G的业务体系及构架2.2G的业务体系构架分析2G业务体系统构架的不足l网络能力接口不向第三方业务提供开放l第三方(业务提供方)仅能开发较简单的增值业务，无法利用网络业务能力l业务的生成依赖于设备运营商l生成周期慢3.3G系统的业务理念(1)3G网络定义的是业务能力，而不仅仅是业务本身，业务能力可以组合成丰富的业务。业务能力是由具有QOS属性的承载能力和业务实现机制构成的，机制包括网络实现的功能，网络实体间的互通等。（2）3G的业务理念体现为VHE概念。（3）增强的网络业务能力，如MMS、LCS、IPMultimedia等。（4）开放的网络业务接口OSA。OSA：开放的业务体系；QOS：业务质量；LCS：位置业务；VHE：虚拟归属环境；MMS：多媒体消息4.3G的业务体系构架5.VHE概念(1)VHE（VirtualHomeEnvironment）l向用户提供跨地域、终端的个人业务环境（PSC）。l实现用户个性化业务，个性化的业务接口。从用户的角度定义业务。l不是一种技术，而是一系列业务创建工具的集合，包括MEXE（MobileStationExecution）、SAT（SIMApplicationToolkit）、CAMEL。(2)WHYVHEl业务提供者可以创建和提供独立的业务。l实现业务与网络的分离。6.VHE模型7.OSA定义OSA(OpenServicesArchitecture)l提供网络能力的标准接口，开放网络能力。l业务实现与网络设备无关性。l屏蔽了网络协议的复杂性。l业务的开发基于API而不是直接面对复杂的网络协议。l基于分布式CORBA体系。8.OSA结构的功能(1)基本功能(Framework)提供基本机制，保证合法使用业务能力，包括鉴权、授权业务能力SERVER的发现等基本功能。主要由鉴权SERVER、DISCOVERYSERVER等组成。(2)业务能力服务器（SERVICESCAPABILITYSERVER）提供业务能力特性，包括呼叫处理功能、位置信息查询等能力，由HLR、SCP、MEXESERVER等组成，完成特定功能。9.3G业务能力分类（1）语言能力（2）补充业务能力（3）承载能力（4）多媒体能力 （5）3G业务工具箱（TOOLKITS）10.3G语音业务能力（1）电路型语音业务能力（2）IP语音业务能力（3）紧急呼叫能力11.3G补充业务能力（1）补充业务能力：3G继承GSM的补充业务，新增多呼能力MULTICALL，VOIP的补充业务支持（全IP阶段）。（2）MULTICALL业务能力：应用于电路域业务，用户同时激活多个电路型呼叫，分别用于不同的应用。12.3G的承载业务能力（1）电路型数据承载能力：电路型数据承载，分组型数据承载。（2）电路型数据承载提供机制：IWF设备。（3）分组型数据承载提供机制：分组网络GPRS、SGSN和GGSN设备支持。13.3G系统支持的多媒体业务能力（1）电路型多媒体业务能力（2）分组型多媒体业务能力（3）IP多媒体业务能力SIP（全IP阶段）14.3G增加业务工具（TOOLSKITS）（1）CAMEL（2）LCS（3）MIP （4）MMS（5）MEXE（6）SAT（7）PUSHSERVICE15.3G的业务应用（1）基本语音业务和多媒体业务：基本语音业务、宽带语音业务、多媒体电话短消息业务、小区广播业务、高质量的音频视频点播等。（2）移动INTERNET应用：l无线特定业务定位等媒体业务l教育l电子商务lINTERNET应用l信息l游戏（3）移动办公类业务：企业VPNlINTERNET接入l文件传送l信息检索等l移动定位的应用：紧急呼叫（112）、市内交通查询、旅游漫游定位、查询所在地周围的宾馆和饭店、导航、车辆调度等。（5）3G的智能业务：l电路域预付费业务l分组域预付费业务l呼叫转移lVPNl个人号码l对位置业务的控制l对短消息的控制类似固定网的智能业务，根据业务码能发智能业务（6）WAP业务：3G手机WCDMA、CDMA2000WAP网关INTERNETTD-SCDMA移动网络（7）娱乐类业务：lMOBILERADIOlMOBILETVMOBILEFILM