第一二章GSM移動通信系統(tǒng)介紹.ppt

1、移動通信系統(tǒng),柴 蓉 通信與信息工程學(xué)院,課程內(nèi)容,主要內(nèi)容 蜂窩移動通信系統(tǒng) 系統(tǒng)架構(gòu) 關(guān)鍵技術(shù) 無線局域網(wǎng)技術(shù) 考核方式 40%平時成績（課堂考勤），60%研究報告。 任課老師聯(lián)系方式 電話：64260224 郵箱：,基本概念 通信系統(tǒng)分類 移動通信發(fā)展史 移動通信系統(tǒng)的組成 數(shù)字蜂窩移動通信的基本技術(shù)：多址技術(shù)、蜂窩技術(shù) 蜂窩移動通信系統(tǒng)概述 GSM、3G、LTE、4G 蜂窩移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) MIMO、OFDM、協(xié)作通信技術(shù)、認(rèn)知無線電技術(shù)、密集組網(wǎng)技術(shù) 無線局域網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù),課程內(nèi)容,基本概念 通信系統(tǒng)分類 移動通信發(fā)展歷程 移動通信系統(tǒng)的基本要求及面臨的問題 移動通信系統(tǒng)的組

2、成 數(shù)字蜂窩移動通信的基本技術(shù),第一章 移動通信系統(tǒng)基本概念,通信系統(tǒng)分類,根據(jù)傳輸媒質(zhì)分類 有線通信系統(tǒng) 采用有線傳輸介質(zhì)（如電纜、光纜等）的通信系統(tǒng) 常見通信形式：固定電話通信、電話線/網(wǎng)線接入互聯(lián)網(wǎng)、光纖通信等。 無線通信系統(tǒng) 采用無線傳輸介質(zhì)（如電磁波）的通信系統(tǒng)。 常見通信形式：短波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、激光通信等。,通信系統(tǒng)分類,按信道中傳輸信號特征分類 模擬通信系統(tǒng)（1G） 數(shù)字通信系統(tǒng)（2G、3G、4G，數(shù)字電視） 按通信者是否運動分類 移動通信系統(tǒng)：通信雙方至少有一方在移動中的通信 固定通信系統(tǒng) 按使用范圍分類 廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個域網(wǎng),中長波通信 1MHz 短波通

3、信 1MHz30MHz 超短波通信 30MHz-1GHz 微波通信 1GHz-幾十GHz 毫米波通信 幾十GHz 紅外光通信 大氣激光通信 ,按通信設(shè)備的工作頻率分類,通信系統(tǒng)分類,通信系統(tǒng)分類,根據(jù)傳輸媒質(zhì)分類 有線通信系統(tǒng) 無線通信系統(tǒng) 采用無線傳輸介質(zhì)（如電磁波）的通信系統(tǒng)。 常見通信形式：短波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、激光通信等。,按信道中傳輸信號特征分類 模擬通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng) 按通信者是否運動分類 移動通信系統(tǒng) 固定通信系統(tǒng),早期移動通信 莫爾斯電報 1895年無線電發(fā)明以后，莫爾斯電報用于船舶通信。 車載無線電 1921年美國底特律警察廳開始使用工作在2MHz頻段的車載無線電

4、。 公用汽車電話業(yè)務(wù) 20世紀(jì)40年代中期到60年代中期，美國等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開通了公用汽車電話業(yè)務(wù)，可用頻道很少，設(shè)備笨重，使用不方便，不容易保密，發(fā)展緩慢，用戶總數(shù)只有幾百個。,移動通信系統(tǒng)發(fā)展史,大、中區(qū)制移動通信 20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，采用了大、中區(qū)制，可用頻道數(shù)增加，頻譜利用率有較大的增加，保密性增強，用戶日益增多。,大區(qū)制：一個城市僅有一個無線區(qū)覆蓋，基站的發(fā)射功率很大，無線區(qū)覆蓋半徑約3040km，僅適用于業(yè)務(wù)量不大的情形。其優(yōu)點是設(shè)備簡單、投資較小。缺點是難以進(jìn)行頻率復(fù)用。 中區(qū)制:無線區(qū)覆蓋半徑為20km左右，基地站數(shù)多，在相距較遠(yuǎn)的兩個無線區(qū)中可以利用頻率。網(wǎng)絡(luò)

5、結(jié)構(gòu)較大區(qū)制復(fù)雜，投資大，但可容納更多的用戶。適用于專用移動通信網(wǎng)。 大區(qū)制、中區(qū)制系統(tǒng)的頻譜利用率仍不高，無法滿足大量用戶的通信需求。,大區(qū)制、中區(qū)制移動通信系統(tǒng),提出 20世紀(jì)70年代中期，美國貝爾實驗室提出了小區(qū)制大容量系統(tǒng)。 概念 覆蓋半徑210 km的多個無線區(qū)鏈接而成整個服務(wù)區(qū)。 特點 采用信道頻率復(fù)用技術(shù)：在同一業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)多次重復(fù)使用可用信道組以擴(kuò)大系統(tǒng)的容量。 設(shè)備復(fù)雜，但可容納大量用戶。 目前，大容量公用移動通信系統(tǒng)均采用小區(qū)制。,小區(qū)制移動通信系統(tǒng),公用移動通信系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代中期開始至今，共經(jīng)歷五代。 1G：模擬移動通信系統(tǒng) 2G：數(shù)字移動通信系統(tǒng)（GSM） 3G：采

6、用CDMA技術(shù)，移動用戶數(shù)據(jù)速率384kbps，固定用戶速率2Mbps。 4G：采用MIMO，OFDM等技術(shù)，數(shù)據(jù)速率100Mbps，全I(xiàn)P組網(wǎng)。 5G：研究中。更高容量，更短時延，支持大量終端。,小區(qū)制移動通信系統(tǒng),對技術(shù)的基本要求,高的頻譜利用率 高質(zhì)量話音和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 具有移動性和便攜性 靈活方便的組網(wǎng) 抗干擾 保密與信息安全,面臨的核心問題 在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，提高頻譜利用率，提高系統(tǒng)容量，提供多種服務(wù)。,移動通信系統(tǒng)基本要求及面臨問題,移動臺（MS，Mobile Station，UE，User Equipment） 蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動終端，由控制單元、收發(fā)信機(jī)和天線組成。 基站（

7、BS，Base Station） 分布在每個小區(qū)，負(fù)責(zé)本小區(qū)內(nèi)MS與MSC之間的連接，包括控制單元、收發(fā)信機(jī)組、天饋系統(tǒng)、電源與數(shù)據(jù)終端等。 移動電話交換中心（MSC, Mobile Switching Center） 負(fù)責(zé)所有BS、MS的交換控制與管理，負(fù)責(zé)與本地電話網(wǎng)的連接、交換接續(xù)，以及對MS的計費。,移動通信系統(tǒng)的組成,移動通信系統(tǒng)架構(gòu),多址技術(shù) 蜂窩技術(shù) 頻率復(fù)用 小區(qū)分裂,移動通信基本技術(shù),提出 多個用戶通過基站與其他用戶通信，必須對不同用戶的信號賦予不同的特征。 （1）上行：基站從用戶信號中區(qū)分出某用戶的信號 （2）下行：用戶能從基站發(fā)出的信號中識別發(fā)送至自身的信號。 多址技術(shù)用

8、于解決多用戶通信問題。,多址技術(shù),基本類型 頻分多址（FDMA） 時分多址（TDMA） 碼分多址（CDMA）,（a） FDMA,（b） TDMA,多址技術(shù),（c）CDMA,多址技術(shù),問題的提出： 移動通信頻率資源有限，用戶業(yè)務(wù)需求不斷增加，導(dǎo)致系統(tǒng)資源緊缺，如何滿足業(yè)務(wù)需求？,蜂窩技術(shù),基本思想： 處在不同空間位置（不同小區(qū)）相互不干擾的用戶可以同時使用相同頻率的信道。 實現(xiàn)方式 4/12復(fù)用方式 將頻率分成12組，并輪流分配到4個站點（A、B、C、D），每個站點可用3個頻率組。 3/9頻率復(fù)用方式,頻率復(fù)用技術(shù),4/12頻率復(fù)用方式,問題提出 當(dāng)蜂窩移動通信系統(tǒng)服務(wù)區(qū)內(nèi)的部分地區(qū)業(yè)務(wù)量增加時

9、，分配給該部分小區(qū)的信道數(shù)量將不足以支持所要求的用戶數(shù)。 可采用小區(qū)分裂的辦法來增加信道數(shù)，以滿足系統(tǒng)增加容量的要求。 小區(qū)分裂概念 將某小區(qū)劃分為半徑更小的新小區(qū)，分裂后的每個新小區(qū)都有自己的基站，并相應(yīng)地減低天線高度和減小發(fā)射機(jī)功率。 目的 使得單位面積內(nèi)的信道數(shù)目增加，從而增加系統(tǒng)容量。,小區(qū)分裂技術(shù),小區(qū)分裂技術(shù),基本概念 蜂窩移動通信系統(tǒng)概述 GSM 3G LTE 4G 蜂窩移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) MIMO、OFDM、協(xié)作通信技術(shù)、認(rèn)知無線電技術(shù)、密集組網(wǎng)技術(shù) 無線局域網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù),課程內(nèi)容,GSM: Global System for Mobile Communications

10、數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，屬于2G 采用時分多址（TDMA） 由歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會（ETSI ）制定。 ETSI：European Telecommunications Standards Institute,第二章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),移動臺： MS: Mobile Station 基站子系統(tǒng) BSS：Base Station Subsystem 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) NSS：Network Switching Subsystem 操作維護(hù)中心 OMC：Operation and Maintenance Center,GSM系統(tǒng)架構(gòu),MS: Mobile Station，移動臺 BTS: Base Tr

11、ansceiver Station，基站收發(fā)信臺 BSC: Base Station Controller，基站控制器,GSM系統(tǒng)架構(gòu),MSC：Mobile Switching Centre，移動交換中心 VLR：Visitor Location Register，訪問用戶位置寄存器 HLR： Home Location Register，歸屬用戶位置寄存器 AUC ：Authentication Center，鑒權(quán)中心 EIR：Equipment Identity Register，移動設(shè)備識別寄存器,GSM系統(tǒng)架構(gòu),移動臺：MS 基站子系統(tǒng) BSS：Base Station Subsyst

12、em 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) NSS：Network Switching Subsystem 操作維護(hù)中心 OMC：Operation and Maintenance Center,GSM系統(tǒng)架構(gòu),由SIM卡與機(jī)身設(shè)備組成。 SIM：Subscriber Identity Module客戶識別模塊 SIM卡存儲所有與用戶有關(guān)的信息，包括鑒權(quán)和加密信息。 GSM系統(tǒng)通過SIM卡來識別移動電話用戶。,移動臺,BSS由基站收發(fā)信臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成。 BTS （Base Transceiver Station） ：基站子系統(tǒng)的無線部分 功能：實現(xiàn)BSS與MS之間通過空中接口的無線傳輸。BTS由

13、基站控制器（BSC）控制 BSC（ Base Station Controller ）：基站子系統(tǒng)的控制部分。 功能：對BTS進(jìn)行控制、管理，包括無線信道的分配、釋放和越區(qū)切換管理，提供MS與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）之間的接口管理。,基站子系統(tǒng)（BSS）,組成部分： 移動交換中心（MSC，Mobile Switching Centre） 歸屬用戶位置寄存器(HLR：Home Location Register) 訪問用戶位置寄存器(VLR：Visitor Location Register) 鑒權(quán)中心（AUC：Authentication Center) 移動設(shè)備識別寄存器（EIR：Equipme

14、nt Identity Register ） 功能 用戶數(shù)據(jù)存儲、交換、用戶移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能等。,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）,移動交換中心（MSC） MSC負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、控制網(wǎng)絡(luò)中的各功能實體。,歸屬用戶位置寄存器（HLR） 存儲其控制的所有注冊移動用戶的靜態(tài)數(shù)據(jù)： 移動用戶識別號碼、訪問能力、漫游能力、用戶類別和補充業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。 存儲移動用戶漫游所在的MSC區(qū)域相關(guān)動態(tài)信息數(shù)據(jù)。,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）,訪問用戶位置寄存器（VLR） VLR從移動用戶的HLR處獲取并存儲數(shù)據(jù) 存儲進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)已注冊的移動用戶相關(guān)信息，并為用戶提供建立呼叫的必要條件。 一旦移動用戶離開某VLR的控

15、制區(qū)域，則重新在另一個VLR登記，原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。 VLR為動態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫，通常VLR和MSC在同一物理實體。,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）,鑒權(quán)中心（AUC：Authentication Center ） 負(fù)責(zé)管理和提供用戶合法性和安全性的保密數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)用戶鑒權(quán)，保護(hù)空中接口，防止非法用戶的假冒。 AUC根據(jù)HLR的請求，產(chǎn)生用戶專用的一組鑒權(quán)參數(shù)，并由HLR傳給VLR。 移動設(shè)備識別寄存器（EIR：Equipment Identity Register） 存儲移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI）。 IMEI是分配給用戶手機(jī)終端的標(biāo)識，即通常所說的手機(jī)序列號，存儲在手

16、機(jī)的EEPROM（俗稱碼片）里。 每臺手機(jī)在組裝完成后都將被賦予一個全球唯一的一組號碼，正常情況下，只有擁有IMEI號碼的手機(jī)才能夠通信。,網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）,IMEI可以用來監(jiān)控被竊或無效的移動設(shè)備。 例如：在一部手機(jī)具備一個IMEI號碼的情況下，如果某個用戶存在違法行為，警方可通過手機(jī)的IMEI號碼找到通話者。 此外，如果用戶的手機(jī)被盜，運營商還可以通過IMEI號碼禁用被盜手機(jī)。 目前都把HLR、AUC和EIR三個設(shè)備合并在一起，處于同一物理實體。,GSM頻率配置,中國移動GSM900 上行/下行：885-909/935-954GSM1800M 上行/下行：1710-1725/1805-

17、1820 中國聯(lián)通GSM900 上行/下行：909-915/954-960GSM1800 上行/下行：1745-1755/18401850,（1）移動用戶號碼（即用戶的手機(jī)號），組成如下： CC： Country Code 國家碼，如中國為86。 NDC：National Destination Code 國內(nèi)接入號。 SN ：Subscriber Number 移動用戶號。,GSM網(wǎng)的編號計劃,NDC(國內(nèi)接入號，1-3位): 中國移動:134-139，150-152，157-159. 中國聯(lián)通:130-132，153，155，156。 SN（移動用戶號，4-11位）: HLR識別碼（第4-

18、第7位），地區(qū)編碼，由運營商統(tǒng)一分配。 移動用戶號（第8-第11位），由各HLR自行分配。 號碼舉例：8613904770001 86：中國 139：中國移動 0477：內(nèi)蒙古移動 全球通卡 0001：用戶號。,（2）國際移動用戶識別碼（IMSI：International Mobile Subscriber Identity） 作用：是區(qū)別移動用戶的標(biāo)志，儲存在SIM卡中。 組成： MCC： Mobile Country Code，移動國家碼，三位數(shù)字，如中國為460。 MNC： Mobile Network Code，移動網(wǎng)號，兩位數(shù)字，如中國移動的移動網(wǎng)號為00，中國聯(lián)通的移動網(wǎng)號為01

19、。 MSIN： Mobile Subscriber Identification Number，在某一PLMN內(nèi)MS唯一的識別碼。 IMSI最多包含15個（09）的數(shù)字。 典型的IMSI舉例：460-00-4777770001。 IMSI與手機(jī)號碼存在綁定關(guān)系，在HLR內(nèi)定義。,（3）移動用戶漫游號碼MSRN與切換號碼HON 漫游號碼MSRN：Mobile Subscriber Roaming-Number 切換號碼HON：Handover-Number （4）臨時移動用戶識別碼TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) TMSI是為了加強系統(tǒng)的保密

20、性而在VLR內(nèi)分配的臨時用戶識別。 在某一VLR區(qū)域內(nèi)，TMSI與IMSI唯一對應(yīng)。,（5）位置區(qū)識別碼（LAI：Location Area Identification） LAI用于移動用戶的位置更新。 （6）全球小區(qū)識別（CGI：Cell Global Identification） CGI是所有GSM中小區(qū)的唯一標(biāo)識，它由位置區(qū)識別LAI加上小區(qū)識別CI構(gòu)成。即CGI=LAI+CI。 （7）基站識別碼（BSIC：Base Station Identity Code） 基站識別碼（BSIC）用于識別相鄰的、采用相同載頻的、不同基站收發(fā)信臺（BTS）。,移動性管理的目的 確定MS當(dāng)前位置，實

21、現(xiàn)MS與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的最佳狀態(tài)。 移動性管理分類（根據(jù)MS當(dāng)前狀態(tài)） 漫游管理：針對空閑模式用戶 切換管理：針對正在通信的用戶,GSM系統(tǒng)的移動性管理,問題： 處于空閑模式的MS如何確定其位置？ 漫游： 空閑模式用戶改變與小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的狀態(tài)。 位置更新概念： 在漫游期間改變位置區(qū)，以及與新的位置區(qū)的確認(rèn)過程。 位置更新主要內(nèi)容： 常規(guī)位置更新 IMSI分離/附著 周期性位置登記,GSM系統(tǒng)的移動性管理,漫游管理,常規(guī)位置更新 指移動臺從一個位置區(qū)移動到另一位置區(qū)時進(jìn)行的位置更新過程。 GSM系統(tǒng)各小區(qū)均通過系統(tǒng)消息向位于該小區(qū)內(nèi)的所有移動用戶發(fā)送該小區(qū)所屬的位置區(qū)識別碼（LAI） 移動臺收到該小

22、區(qū)的LAI消息并與其SIM卡中存儲的LAI進(jìn)行比較。 如果兩個LAI相同，則表示移動臺無需進(jìn)行位置更新；當(dāng)移動臺發(fā)現(xiàn)兩個LAI不同時，說明移動臺已移動到新的位置區(qū)，此時移動臺向MSC/VLR報告其新的位置區(qū)信息，申請位置更新。,漫游管理,MSC/VLR接收移動臺的位置更新請求后，更新VLR中該移動用戶當(dāng)前所在位置區(qū)的信息。 當(dāng)出現(xiàn)對該移動用戶新的呼叫時，MSC/VLR可將該呼叫準(zhǔn)確地傳遞到移動臺所在的新位置區(qū)，并在該位置區(qū)所屬的所有小區(qū)基站發(fā)起尋呼。,漫游管理,常規(guī)位置更新,當(dāng)移動臺關(guān)機(jī)或移除SIM卡時，移動臺向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送IMSI分離操作消息，MSC/VLR收到該消息后對VLR中的IMSI進(jìn)行分

23、離標(biāo)記。 目的：避免無效尋呼，提高系統(tǒng)接通率。,漫游管理,IMSI分離/附著,IMSI分離：也稱為關(guān)機(jī)登記,IMSI附著：也稱為開機(jī)登記,當(dāng)移動臺重新開機(jī)后，若此時移動臺處于分離前相同的位置區(qū)，則將MSC/VLR中VLR的IMSI做附著標(biāo)記，可有效地向移動用戶傳遞尋呼消息；若位置區(qū)已變，則需進(jìn)行新的常規(guī)位置更新。,移動臺關(guān)機(jī)發(fā)送“IMSI分離”的消息時，若因無線信令鏈路質(zhì)量不好，MSC/VLR無法正確收到“IMSI分離”消息，系統(tǒng)仍會認(rèn)為“IMSI附著” ，或者由于用戶移動到無線覆蓋不良的地區(qū)，系統(tǒng)可能無法對用戶進(jìn)行有效的尋呼。 系統(tǒng)可通過廣播消息通知移動臺按系統(tǒng)消息中指定的時間周期進(jìn)行定期登

24、記，例如要求移動臺30分鐘周期性登記一次，若系統(tǒng)收不到周期登記信息，MSC/VLR即給移動臺做“IMSI分離”標(biāo)記。,漫游管理,周期性位置登記,切換概念，也稱越區(qū)切換 在移動臺通話過程中，不中斷通話而進(jìn)入新的服務(wù)小區(qū)并由之提供服務(wù)的過程稱為切換。 切換依據(jù) 信號強度、BSS負(fù)荷調(diào)整、來自O(shè)MC的請求等。,切換管理,越區(qū)切換分類,分類依據(jù)：建立新連接與中斷舊連接先后順序 硬切換： 在新的連接建立前，先中斷舊的連接，如GSM系統(tǒng)。 軟切換： 指既維持舊的連接，又同時建立新的連接；在新的連接建立之后，中斷舊的連接，如CDMA系統(tǒng)。,越區(qū)切換分類,分類依據(jù)：切換前后小區(qū)關(guān)系 同一移動交換中心（MSC）

25、內(nèi)的越區(qū)切換 同一BSC內(nèi)的切換 不同BTS之間的切換 同一BTS內(nèi)不同扇區(qū)之間的切換 不同BSC之間的切換 不同移動交換中心（MSC）之間的越區(qū)切換,切換準(zhǔn)則：切換觸發(fā)機(jī)制 是否需執(zhí)行切換，何時執(zhí)行切換 切換目標(biāo)小區(qū)選擇及資源分配 切換目標(biāo)小區(qū)選擇 多因素綜合考慮：信道傳輸質(zhì)量、小區(qū)資源（負(fù)載）、業(yè)務(wù)需求、用戶移動速率、通信費用等。 資源分配：資源預(yù)留機(jī)制 切換實現(xiàn) 如何實現(xiàn)切換？切換流程,切換相關(guān)研究,切換策略的目標(biāo),切換次數(shù)低，切換中斷概率低 切換時延小 對新呼叫阻塞影響?。ê艚凶枞剩?小區(qū)間負(fù)載均衡 用戶業(yè)務(wù)性能提升,越區(qū)切換準(zhǔn)則,決定何時需要進(jìn)行越區(qū)切換 通常根據(jù)移動臺處接收的平均

26、信號強度，或信噪比、信干比、誤比特率等參數(shù)。,越區(qū)切換準(zhǔn)則,相對信號強度準(zhǔn)則 原理： 在任何時間都選擇具有最強接收信號的基站，如A點。 若 ，則選擇小區(qū)1 若 ，則從小區(qū)1切換至小區(qū)2 缺點： 在原基站信號強度仍滿足要求的情況下，會引發(fā)過多不必要的越區(qū)切換，特別在衰落信道下。,越區(qū)切換的準(zhǔn)則,越區(qū)切換準(zhǔn)則,具有門限規(guī)定的相對信號強度準(zhǔn)則,實現(xiàn)： （1）移動用戶在當(dāng)前基站的信號足夠弱（低于某一門限），即： （2）新基站的信號強于本基站的信號，即： 僅當(dāng)（1）和（2）同時滿足，才從小區(qū)1切換至小區(qū)2。 圖中，門限Th2，B點切換。 難點 選擇門限為關(guān)鍵。若門限過低，如Th3，可能導(dǎo)致信號中斷。,越

27、區(qū)切換的準(zhǔn)則,越區(qū)切換準(zhǔn)則,具有滯后余量的相對信號強度準(zhǔn)則,原理： 僅允許移動用戶在新基站的信號強度比原基站信號強很多（即大于滯后余量）的情況下切換。 若 ，則從小區(qū)1切換至小區(qū)2 C點，h為滯后余量。 結(jié)合門限和滯后余量的相對信號強度準(zhǔn)則 同時滿足： 及,越區(qū)切換準(zhǔn)則,接收信號強度測量,由于信號有衰落，需取窗口，可對一段時間內(nèi)的信號求平均值。 窗口寬度越大，測量越準(zhǔn)確，平均后方差越小，但時延越大，掉話可能性越大。,越區(qū)切換控制,控制方式主要包括三類： 移動臺控制的越區(qū)切換 網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換 移動臺輔助網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換,移動臺控制的越區(qū)切換,實現(xiàn)： 移動臺連續(xù)監(jiān)測當(dāng)前基站和幾個越區(qū)時的候選

28、基站的信號強度和質(zhì)量。 當(dāng)滿足某種越區(qū)切換準(zhǔn)則后，移動臺選擇具有可用業(yè)務(wù)信道的最佳候選基站，并發(fā)送越區(qū)切換請求。 應(yīng)用： DECT等小系統(tǒng)采用，在大系統(tǒng)中容易引起切換沖突。 DECT：數(shù)字增強無繩通信系統(tǒng)（Digital Enhanced Cordless Telecommunications),網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換,實現(xiàn)： 基站監(jiān)測來自移動臺的信號強度和質(zhì)量； 當(dāng)信號低于某個門限后，網(wǎng)絡(luò)安排用戶向另一個基站的越區(qū)切換。 缺點： 切換時間長，切換中斷率較高。 應(yīng)用： 第一代模擬系統(tǒng)采用此方法 切換時間長，可達(dá)10s。,移動臺輔助網(wǎng)絡(luò)控制的越區(qū)切換,實現(xiàn)： （1）網(wǎng)絡(luò)要求移動臺測量其周圍基站的信號

29、并把結(jié)果報告給舊基站 （2）網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測試結(jié)果決定何時進(jìn)行越區(qū)切換以及切換到哪一個基站。 應(yīng)用： 第二代系統(tǒng)GSM、3G、4G均采用此方法。 特點： 時間快，切換過程1s-2s ，信號中斷1s。,切換過程： 舊BSC將切換請求及切換目的小區(qū)標(biāo)識一起發(fā)給MSC。 MSC判斷目標(biāo)BTS的BSC，并向新BSC發(fā)送切換請求。 新BSC預(yù)訂目標(biāo)BTS一個業(yè)務(wù)信道。 新BSC將包含頻率、時隙及發(fā)射功率的參數(shù)通過MSC、舊BSC和舊BTS傳到MS。 MS在新頻率上發(fā)送接入突發(fā)脈沖。 新BTS收到此脈沖后，回送信息至MS。 MS發(fā)送切換成功信息，該消息通過新BSC傳至MSC。 MSC命令舊BSC釋放業(yè)務(wù)信道。

30、舊BSC轉(zhuǎn)發(fā)MSC命令至舊BTS并執(zhí)行信道釋放。,切換管理,由相同MSC、不同BSC控制的小區(qū)間的切換,切換管理,GSM所提供用戶業(yè)務(wù)： 電話業(yè)務(wù) 移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（包括傳真、網(wǎng)頁瀏覽等）、短信息業(yè)務(wù)等。,GSM系統(tǒng)的通信管理,GSM網(wǎng)絡(luò)如何實現(xiàn)通信？ GSM網(wǎng)絡(luò)中，每個MSC/VLR、HLR等均有一個自己的ID 如中國移動網(wǎng)絡(luò)，HLR ID一般為一個普通的手機(jī)號碼格式，如8613901000001。 MSC/VLR ID一般為一個8位手機(jī)號碼的格式，如8613443562。,GSM通話建立流程（1）,（1）主叫MS撥被叫號，通過空中接口向基站BSS請求隨機(jī)接入信道，隨后與MSC/VLR建立信令連

31、接。 （2）主叫MSC根據(jù)被叫號碼找到被叫HLR； （3）被叫HLR向被叫當(dāng)前所在MSC/VLR請求漫游號碼 （4）被叫所在MSC/VLR給被叫MS分配一個漫游號碼：通常為以VLR ID開頭的手機(jī)號碼，如8613443562 999。 （5）被叫HLR將此號碼回復(fù)給主叫MSC。,（6）主叫MSC根據(jù)該漫游號碼找到被叫MSC，建立通話，并向被叫用戶振鈴。 （7）主叫MSC經(jīng)基站向主叫MS回送呼叫證實信號。 （8） 被叫摘機(jī)應(yīng)答。 （9）主叫BSS向MS發(fā)應(yīng)答（連接）信號， 進(jìn)入通話階段。,GSM系統(tǒng)的通信管理（2）,固話連接示意圖,GSM系統(tǒng)語音通信連接建立,分組交換概述,分組生成 數(shù)據(jù)被分成一

32、定長度的數(shù)據(jù)包（分組） 每個包中包括一個分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）和用戶數(shù)據(jù)。 分組傳輸/轉(zhuǎn)發(fā) 分組到達(dá)路由器時，根據(jù)分組頭中的信息（如目的地址），尋找一個可用的信道資源將該分組報發(fā)送出去。 特點 數(shù)據(jù)傳送之前不需要預(yù)先分配信道，建立連接。 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方與信道之間沒有固定的占用關(guān)系 信道資源可以看作是由所有用戶共享使用，可更好地利用信道資源。,分組交換原理圖,GPRS的概念 GPRS：“通用分組無線業(yè)務(wù)”General Packet Radio Service 在GSM網(wǎng)絡(luò)上增加硬件設(shè)備和軟件升級，形成一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體。,GPRS技術(shù),GPRS的特點 （1）GPRS的

33、目的：提供較高速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS是GSM向3G系統(tǒng)演進(jìn)的重要步驟，故稱為“2.5代技術(shù)”。 （2）GPRS采用分組交換方式，實際傳送或接收數(shù)據(jù)時才占用無線資源。 可按需分配業(yè)務(wù)信道；實現(xiàn)多時隙捆綁，提高信道利用率和傳輸速率。 （3）根據(jù)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量計費。 （4）數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢。,GPRS技術(shù),GPRS在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入三種邏輯網(wǎng)絡(luò)實體： 服務(wù)GPRS支持節(jié)點（SGSN，Serving GPRS Support Node ） 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（GGSN，Gateway GPRS Support Node ） 分組控制單元（PCU，Packet Contr

34、ol Unit）,GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),接口及功能 通過Gb接口與BSC連接，或通過Iu-PS接口與UTRAN網(wǎng)絡(luò)RNC連接，進(jìn)行移動數(shù)據(jù)的管理，如用戶身份識別，加密，壓縮等功能； 通過Gr接口與HLR相連，進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)庫的訪問及接入控制； 通過Gs接口與MSC連接以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)的協(xié)同工作（節(jié)省空口信令）； 通過Gd接口與SMS-GMSC連接以支持通過SGSN進(jìn)行短信收發(fā)等功能； 通過Gn接口與GGSN，以及同一PLMN的SGSN相連，提供IP數(shù)據(jù)包到無線單元之間的傳輸通路和協(xié)議變換等功能。,SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點）,SGSN功能

35、（1）,用戶數(shù)據(jù)管理： SGSN與HLR網(wǎng)元相連接，進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)庫的訪問及用戶接入控制。 移動性管理 終端的附著、尋呼以及位置相關(guān)的功能。 會話管理 SGSN可以完成激活、修改或者刪除PDP上下文等功能 PS域附著：終端登錄在PS網(wǎng)絡(luò)中，同時在HLR中保存了PS域的位置信息，用戶正常開機(jī)且已在運營商處開通GPRS業(yè)務(wù)，只有附著成功才能正常發(fā)起PS業(yè)務(wù)； PDP激活：網(wǎng)絡(luò)為終端分配IP地址，以支持分組數(shù)據(jù)的傳輸。,SGSN功能（2）,分組路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā) SGSN可提供路由查詢功能，查找GGSN的IP地址，為上下行數(shù)據(jù)提供轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸功能。 計費功能 SGSN具備話單采集功能并可以傳送用戶的計費信息

36、； SGSN計費在GPRS業(yè)務(wù)尚未普及時應(yīng)用較多，隨著分組業(yè)務(wù)內(nèi)容的多樣化，現(xiàn)在GPRS業(yè)務(wù)的計費功能一般在GGSN/PGW網(wǎng)元實現(xiàn)。 PGW：Packet Data Network Gateway，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。 無線資源管理 SGSN對無線資源進(jìn)行管理，以便進(jìn)行GPRS尋呼；同時具備鏈路備份、負(fù)荷分擔(dān)等功能，以保證網(wǎng)絡(luò)中SGSN系統(tǒng)的正常有效運行。,接口功能 Gb接口：SGSN與BSS之間接口 通過Gb接口SGSN同BSS系統(tǒng)、MS通信，完成分組數(shù)據(jù)傳送、移動性管理、會話管理方面的功能。 Gn接口：SGSN與同一個PLMN內(nèi)部SGSN及GGSN間接口 通過Gn接口實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包

37、采用在TCP/UDP協(xié)議之上承載GTP(GPRS隧道協(xié)議)的方式實現(xiàn)。 PLMN：Public Land Mobile Network,公共陸地移動網(wǎng)絡(luò),SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點）,GPRS網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)的分界線 GGSN對內(nèi)負(fù)責(zé)Gn網(wǎng)絡(luò)的傳輸，對外是一臺因特網(wǎng)路由器。 BGGSN(Border GGSN)負(fù)責(zé)連接不同運營商之間的Gn網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)間漫游。 GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)與其它GGSN和SGSN相連。,GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點）,網(wǎng)絡(luò)接入控制功能 信息屏蔽功能 GGSN可以選擇哪些分組能夠進(jìn)入GPRS網(wǎng)絡(luò)，以保證網(wǎng)絡(luò)安全； 計費信息收集功能 收集MS使用外部數(shù)據(jù)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)資源相關(guān)的計費信息。 分組數(shù)據(jù)處理 對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā) 對大尺寸PDU（大于1500字節(jié)）進(jìn)行分段、丟棄或拒絕 PDP上下文激活、PDP上下文修改、PDP上下文去激活 封裝和隧道傳輸功能，可以將來自外部數(shù)據(jù)