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2.33G移动通信系统的三大标准简介5
33G移动通信系统的网络结构组成·
7
3.1WCDMA系统的网络结构组成7
3.2CDMA2000系统的网络结构组成12
3.3TD_SCDMA系统的网络结构组成14
43G移动通信系统的呼叫流程·
16
4.1WCDMA呼叫处理基本过程16
4.2WCDMA具体呼叫流程17
53G移动通信网络发展现状及未来趋势·
20
5.13G在我国的发展现状及趋势20
5.23G全球发展现状及趋势20
6总结与展望·
22
参考文献·
23
致谢·
24
摘要
第三代移动通信(3G)的发展经历了体制标准之争,已逐步演进到标准的完善和设备开发之争以及未来的产业发展之争。
面对激烈的竞争形势,快速提供业务、减少带宽资费、提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素,这些关键因素之争的焦点又集中在基础网络建设,传输网是电信网的基础网络,因此,3G传输网的建设在整个3G网络发展中扮演重要角色。
本文以第三代移动通信(3G)网络网络结构分析为主题,进行分析和讨论。
介绍了3G网络结构以及运用和发展趋势。
较为系统地对3G网络结构进行了全面的叙述和分析。
关键词:
第三代移动通信,码分多址,宽带码分多址,时分同步的码分多址
Abstract
Thedevelopmentofthethirdgenerationmobilecommunicationexperiencedthecompetitionofthesystem,ithavealreadygraduallyevolvedthestandardofperfection,thedevelopmentoftheequipmentsandthecompetitionofthefutureindustrydevelopment.Facingthevigorouscompetitionsituation,itbecomesatriumphantkeyfactorinthemarketthatisquicklyprovidingthebusiness,reducingthecostofbandwidthandexaltatingtheservicequantityofcommunication.Thefocusofthekeyfactoristheconstructionofthebasalnetwork.Transportnetworkisthefoundationnetwork,sotheconstructionofthe3Gtransportnetworkplayanimportantroleinthewholenetwork.Howtogototherelationbetweenthetraditionalserviceandtheburgeoningdataservice,therelationbetweentheexistingnetworkandtheLarge-scale3Gnetwork,comprehensivetechniquecostandcustomerneed,whichtochoosethetechniqueandtheproject,allofthemistheproblemwhichwemustconsider.
Basedonthethirdgenerationmobilecommunication(3G)networkstructureanalysisforthetheme,carriesontheanalysisandthediscussion.Introducedisthe3Gnetworkstructureaswellastheapplicationanddevelopmenttrend.Systematicstructureof3Gnetworktoconductacomprehensivedescriptionandanalysis.
Keywords:
3G,CDMA,WCDMA,TD-CDMA
第一章绪论
1.13G移动系统网络产生的背景
八十年代初期,人们认识到欧洲各国正在使用的诸多移动电话系统各自不同且互不兼容,同时,对电信服务的需求亦日益增加。
为此欧洲邮电管理会议CEPT专门成立一个小组为西欧规划一个公共移动系统。
该小组被命名为“移动通信特别小组”,为此,系统也被称为GSM,表示全球移动通信系统(GlobalSystemforMobilecommunications)。
当前,无线互联网是一个非常热门的话题,绝大多数网站经营者一提起wap、3G,立刻就神采飞扬、豪情万丈了。
而目前的一般的观点也认为无线互联网特别是3G的到来,能让几乎所有的有移动上网业务的公司进入盈利的境界,从此走上金光大道了。
2002年无线互联网正式在中国登陆,在中国移动推出的“移动梦网”上,各种新业务异彩纷呈,无线互联网业务显示出了它巨大的发展潜力。
2004年开始,独立免费WAP网站的出现和流行也让用户能够低成本甚至免费使用搜索、浏览、下载等WAP业务。
从席卷全国的包月旋风看,流量费用的平民化正在被移动运营商变为现实。
目前,包括小灵通在内,中国手机用户已经超过4亿,其中,手机网民约为4500万。
同时,我国网民也已超过1亿,互联网上的丰富应用使很多网民受益其中,但是,超过互联网网民3倍数量的手机用户可享受的手机应用不超过1万,应用供给严重不成比例。
根据多家市场调研公司的预期,到2008年底,中国手机用户将增加至5.5亿左右,手机网民将达到2亿,其中活跃于手机上网的用户大约7000万户,这个数字虽然稍逊于目前互联网民的数量,但是,无线互联网无疑将掀起信息领域的下一个浪潮,解决应用供给问题也应提上日程。
WAP无线上网将是3G时代的“杀手级应用”。
它与短信的区别,就像电脑和算盘的区别一样巨大。
通过WAP,手机不再只是简单的信息收发器,而将成为一个由视频、音乐、娱乐内容组成的巨大网络的一部分。
据统计,目前中国已有近1亿的手机用户使用WAP无线上网服务,巨大的用户规模已经为市场井喷做好了准备。
所谓的3G是英文3rdGeneration的缩写,指第三代移动通信技术。
相对第
一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G),第三代手机一
般地讲,是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信
系统。
它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。
1.23G移动系统网络结构研究的意义
3G即第三代移动通信技术,其所支持的第三代通信网络主要目标定位于实时视频、高速多媒体和移动Internet访问业务。
国际电信联盟(ITU)早在2000年5月即确定了W-CDMA(欧洲)、CDMA2000(美国)和TD-SCDMA(中国)三个主流3G标准。
为了支持和发展中国自主知识产权的TD-SCDMA,在其尚不能成熟商用的情况下,中国迟迟没有颁发3G牌照。
当前国际3G技术成熟且4G已有成功商用的例子,继续延迟3G的推出将可能对中国的通讯技术的发展不利,因此,在平衡支持国家自主标准与应对金融危机、投资拉动经济之间,显然目前的决定倾向于后者。
在北京奥运会期间,中国移动曾推出了一些基于TD技术的3G服务,初步具有商业化与产业化的能力,因此,在支持国产技术的同时,目前尽快推出有利于创造就业。
通信业属于第三产业,目前中国电话总量达9.5亿户,其中手机是6亿5千万户,不仅总量世界第一,人均持有量也在世界前列。
这一方面说明中国市场庞大,更意味着中国通讯市场趋于饱和,规模庞大的手机生产产能过剩,并引起销售市场的衰退,面临行业衰退和失业压力。
如果将目前的无线通讯产业升级到3G时代,那么,消费者大量更新终端手机将为硬件厂商、市场销售和技术维修等创造新的巨大的需求,从而提供大量就业。
3G是一种技术密集型、劳动密集型的行业,将创造一个巨大的服务链和大量服务提供商,根据测算,可能会提供数百万个工作岗位。
与工业领域的投资消耗大量资源、能源才能创造财富不同,3G主要是通过服务来创造增加值,这种大量服务需求则为目前难以找到工作的毕业生提供很好的岗位。
1.3论文内容安排
本篇论文主要是对3G移动通信网络的结构进行分析,大致分五个主讲部分:
第一部分主要说明了3G移动系统网络结构的背景及意义;
第二部分简介了3G的演进及主要标准;
第三部分具体阐述了3G移动系统网络结构组成;
第四部分举例说明手机到手机是如何实现呼叫的;
最后一部分分析了3G移动通信网络发展现状及未来趋势,并随之对论文进行总结。
2移动通信系统网络简介
2.1GSM系统网络结构和功能
图1网络结构
GSM网络被分为三个子系统:
a.网络交换子系统(NSS)
b.基站子系统(BSS)
c.网络管理子系统(NMS)或者操作维护子系统(OMC)
GSM由四大功能部分组成:
移动台MS,基站子系统BSS,网络与交换子系统NSS,运行子系统OSS,分别由相应的功能实体来实现。
相邻功能实体间的连接就是所谓的接口。
MS与BSS之间、BSS与NSS间的接口分别称为Um、A接口。
在BSS内,基站BTS与基站控制器BSC间的接口称为Abis接口。
在NSS内部也有更具体的细分,移动交换中心MSC与HLR等其他功能实体相互之间的接口统称为MAP接口[3]。
层3有几个子层:
RR为无线管理层;
MM为移动性管理层;
CM为通信管理层。
这几层很难同OSI的开放模型一一对应,因为每一层都有很强的业务特性,而不是单纯从通信的角度来划分的。
这也是通称层3的原因所在。
每一层都有相应的协议。
物理层之间是点到点的协议,或可以说是接口间的协议:
MS与BTS之间就是传统的无线传输,包括源编码、信道编码、交织、加密与调制等等内容;
BTS
与BSC之间的传输可能是多种形式,有可能是常见的E1线连接,也有可能是经过了多次的微波中继等等,A接口亦然。
链路层,也就是第二层,同样是点到点的协议,它在物理层的基础上,为层3提供点与点之间的可靠传输。
Um接口上是LAPDm协议,或者说是经过改造以适合无线传输的LAPD协议(Abis接口上采用),A接口上则采用了七号信令协议中的MTP2。
层3,包括各子层,则是端到端的协议,中间要跨越几个接口。
RR协议是MS与BSC之间的协议,跨越了Um与Abis接口。
RR层的作用就是在呼叫期间建立和释放MS和MSC之间的稳定连接,无论用户怎样运动,都不受其影响,其功能集中体现于Um接口上无线信道的管理,以及切换。
还包括初始接入,功率控制,传输管理等功能[4]。
MM与CM协议则是MS与MSC之间的协议,依次穿过Um、Abis与A接口,在某些时刻,HLR也是要介入进来的,所以这两项协议也要经过MAP接口。
还有在图中未画出的一个层3的子层次SS,就是MS与HLR之间的附加业务管理,它的协议当然跨越了上面提到的几个接口:
Um、Abis、A与MAP。
MM首先提供了对用户移动性的管理功能,有两个方面:
一是MS如何决定在蜂房之间进行选择,一是NSS如何管理MS的位置数据,这一点主要对应位置更新的过程。
此外,MM层还对通信的安全性进行管理,包括鉴权和加密过程。
CM层主要就是根据用户的要求,在用户之间建立、维持和释放呼叫连接。
上面所提到的SS层,也可看作CM层的一个独立的子部分,用户可以通过该层所提供的功能,控制发出或接收呼叫的若干特性。
CM层的另一个功能就是点到点短消息的管理,这要涉及到短消息业务中心SM-SC。
2.2GSM核心网到3G的演进
对于拥有GSM/GPRS网络的运营商,GSM/GPRS核心网向UMTS的平滑演进是UMTS网络建设中需要考虑的一个重要问题。
GSM/GPRS核心网演进的方向是:
GSM核心网演进为3GCS域,GPRS核心网演进为3GPS域。
在演进的过程中,既要考虑充分利用现网资源,实现网络平滑演进,又不能影响业务运行和业务质量。
现有GSM/GPRS向3G的演进应遵循下述步骤:
首先,UMTS建设前,2G网络的建设应充分考虑到今后的演进:
电路域采用易于向R4演进的设备,分组域采用可以同时支持2G/3G的双接入设备。
伴随着UMTSR4的建设,GSM/GPRS向3G的演进可以分为三个阶段:
第一阶段:
3G建设初期,新建3G网络,即电路域新建MSCServer、MGW,分组域新建SGSN,此外共用2G的GMSC、GGSN和其他分组域设备。
这个阶段,
一方面2G用户仍在增长;
另一方面3G无线网络覆盖不完善,2G需要承载部分
3G用户的业务量,因此2G网络容量不足。
为了保证业务的安全,此时应新建3G核心网满足3G用户的需求,扩容GSM/GPRS网络满足2G用户的需求。
第二阶段:
3G发展中期,2G、3G共用核心网,即升级部分2GMSC为MSCSer-ver,GPRSSGSN为3GSGSN,支持3G用户的接入;
同时可以将部分2GBSS通过3G设备的A接口和Gb接口接入3G核心网。
这个阶段,随着3G用户的增加,2G网络会出现余量,可以对具备升级条件的2G设备升级支持3G;
同时2G、3G共用核心网也可以减少由于覆盖问题带来的网间切换或者电路域基于负荷的切换,降低资源消耗,提高网络效率。
第三阶段:
3G发展后期,无法升级的2GMSC、SGSN逐步退网,形成统一的3G核心网。
这个阶段,3G无线覆盖趋于完善,2G用户逐步萎缩,核心网不需要提供对2G无线接入网的支持,可以逐步将无法升级的设备退网,双接入设备也无须再支持2G无线网的接入。
2.33G移动通信系统的三大标准简介
1.cdma2000
cdma2000是从cdmaOne演进而来的第三代移动通信技术。
事实上,cdma2000标准是一个体系结构,称为cdma2000family,它同样还包含一系列的子标准。
其技术特点如下:
前反向同时采用导频辅助相干解调;
在扩频码选择采用相同M序列,通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;
射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;
快速前向和反向功率控制;
下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测,提高系统容量;
在下行信道传输中,定义直扩和多载波传输两种方式,码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps,多载波方式能很好地兼容IS-95网络;
支持F-QPCH,可延长手机待机时间;
核心网络给予ANSI-41网络的演进,并保持与ANSI-41网络的兼容性;
支持软切换和更软切换;
设计了两类码复用业务信道,基本信道用于传送语音、信令和低速数据,是一个可变速率信道,补充信道用以传送高速率数据,在分组数据传送上应用了ALOHA技术,改善传输性能;
在同步方式上cdma2000与IS-95相同,基站间同步采用GPS方式。
cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的以IS-95CDMA为标准的制造商和运营公司,cdma2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点,网络运营商同样可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。
2.WCDMA
WCDMA的主要技术指标是:
支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s,室内走动时2Mb/s),异步BS,支持可变速传输,帧长10ms,码片速率3.84Mb/s。
其主要特点如下:
基站同步方式:
支持异步和同步的基站运行方式,组网方便、灵活;
调制方式:
上行为BPSK,下行为QPSK;
解调方式:
导频辅助的相干解调;
接入方式:
DS-CDMA方式;
三种编码方式:
在话音信道采用卷积码(R=1/3,K=9)进行内部编码和Veterbi解码,在数据信道采用ReedSolomon编码,在控制信道采用卷积码(R=1/2,K=9)进行内部编码和Veterbi解码;
适应多种速率的传输,可灵活地提供多种业务,并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源,同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务)的方式来实现;
上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰,提高了系统容量,同时也降低了传输的功率;
核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与GSM/GPRS网络的兼容性;
BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN码,即BS可跟踪对方发出的PN码,同时MS也可用额外的PN码进行捕获与跟踪,因此可获得同步,来支持越区切换及宏分集,而在BTS之间无需进行同步;
支持软切换和更软切换,切换方式包括三种,即:
扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。
WCDMA的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商,WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点,标准化进展顺利,网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务,培育数据业务消费群体,逐步过渡到3G
3.TD-SCDMA
TD-SCDMA较前两种技术标准略显稚嫩,其主要技术特点如下:
信号带宽为1.23MHz;
码片速率为1.28Mchip/s;
采用智能天线技术,提高了频谱效率;
采用同步CDMA技术,降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度;
接收机和发射机采用软件无线电技术;
采用联合检测技术,降低多址干扰;
多时隙,具有上下行不对称信道分配能力,适应数据业务;
采用接力切换,降低掉话率,提高切换的效率;
语音编码:
AMR与GSM兼容;
核心网络基于GSM/GPRS网络的演进,并保持与它们的兼容性;
基站间采用GPS或者网络同步方式,降低基站间干扰。
TD-SCDMA目前主要是西门子公司和中国大唐集团在开发,较前两个技术标准而言,对TD-SCDMA进行大力支持和结成产业联盟的企业还比较少。
33G移动通信系统的网络结构组成
3.1WCDMA系统的网络结构组成
1.WCDMA系统组成
WCDMA作为UMTS(通用移动通信系统)的实现,其系统体系结构与大多数第二代系统甚至第一代系统基本类似。
WCDMA系统包括若干逻辑网络元素,逻辑网络元素可以按不同子网分类,也可以按功能来划分。
功能上,逻辑网络元素可以分成UE(用户设备终端)、无线接入网(RAN)和核心网(CN)。
无线接入网也可以借用UMTS中地面RAN的概念,因此又简称为UTRAN。
其中RAN处理与无线通信有关的功能。
CN处理语音和数据业务的交换功能,完成移动网络与其他外部通信网络的互联,相当于第二代系统中的MSC/VLR/HLR。
UE和RAN采用全新的WCDMA无线技术规范,而CN基本上来源于GSM。
UMTS也可以分成若干个子网,子网之间可以独立工作,又可以协同工作,因而子网又叫做UMTS公众陆地移动网(PLMN)。
不同运营商运营的PLMN之间可以互通,而且PLMN也可以与ISDN,PSTN,Internet以及其他数据网络互通。
图1给出了PLMN网络体系结构,图中包括PLMN网络的逻辑元素、内部元素连接以及与外部网络的连接。
下面说明图2中的逻辑网络元素。
其中UE包含如下两个部分:
图3 RNS内外部连接关系
3.2CDMA2000系统的网络结构组成
1.cdma2000-1X系统结构
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