移动通信发展与网络演进.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,移动通信发展与网络演进,郑州市轨道交通,sunhuanyu,12 十二月 2024,1,2,内容概要,一、移动通信发展,移动通信发展与应用趋势,移动通信基本科学问题,二、移动通信网络结构演进,移动通信系统组网结构,移动通信系统网络结构演进,一、移动通信发展,1.,移动通信发展与应用趋势,3,3,移动通信的产生,来源于无线通信,无线通信与移动通信都是靠无线电波进行通信的，所以它们既有联系又有区别。首先，移动通信肯定是无线通信，移动通信涵盖了无线通信的基本技术，但无线通信侧重于无线性，而移动通信更注重于移动性突出动中通、优质通、个人通。正因为如此，移动通信对无线电波频率的选择更加谨慎，要求更高，大都选择超短波以上的工作频段,。,从,20,世纪,20,年代至,40,年代初，移动通信就有了初步的发展，不过当时的移动通信使用范围非常小，主要使用对象是船舶、飞机、汽车等专用移动通信以及运用在军事通信中，使用频段主要是短波段。,4,一、移动通信发展,4,5,一、移动通信发展,无线通讯从,2G,、,3G,到,3.9G,发展过程，是从移动的语音业务到高速业务发展的过程。,目前可提供应用的是,3.5G,，以,WCDMA,系统来说，可以提供,R5,商用版本和,R6,试验系统；,6,一、移动通信发展,第一代模拟系统1G),时间：,20,世纪,80,年代,-90,年代初,功能：仅提供语音服务，不能传输数据,技术：主要采用模拟语音调制技术和频分多址（,FDMA),技术。,关键词：摩托罗拉,不足：,1G,存在很多不足之处，如并存网络制式太多，互不兼容，通话质量不高，不能提供数据业务，它是一种区域性的移动通信系统。,7,一、移动通信发展,第二代移动通信系统（,2G/2.5G),时间：起源于,90,年代初期至现在,功能：满足语音业务和初步的多媒体业务能力,技术：主要采用数字的时分多址技术（,TDMA,）和码分多址技术（,CDMA),关键词：,GPRS/EDGE/CDMA2000,不足：,2G,技术在发展中不断得到完善，但随着用户规模和网络规模的不断扩大，频率资源已接近枯竭，语音质量不能达到用户满意的标准，数据通信速率太低，无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需要。,2G,移动通信应用,GSM(,摩托罗拉,v8),8,CDMA,手机,9,10,一、移动通信发展,第三代移动通信系统（,3G),功能：引入大量增殖业务（手机上网、可视电话、视频共享、流媒体、,POC,对讲专网、短信交流和同化交流）,技术：主流,3G,标准都采用,CDMA,技术,关键词：,WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA,不足：,3G,缺乏全球统一标准,手机视频通话,11,11,12,HSDPA,高速上网,12,13,多媒体彩铃,13,POC,手机对讲,在一个群组内可以,实现一呼百应，,最多可以支持,80,台,手机，非常适合,调度组织工作,14,14,VOD,视频点播,15,15,核心网,(CN),无线接入网,(RAN),2G,3G,第三代移动通信示意图,GSM,PDC,IS-41,核心网,(CDMA,网络),GSM,核心网,IS-95 CDMA,cdma2000-1x,、,3x,W-CDMA,无线接口后向兼容,核心网络后向兼容,新的无线接口,NNI,TD-SCDMA/,TD-CDMA,IP,核心网,全,IP,网络,16,16,三大运营商,3G,标准简析,中国联通,中国电信,中国移动,3G,技术,WCDMA,CDMA2000,TD-SWCDMA,设备成熟度,成熟,较成熟,发展阶段,建设成本,中等,高（专利费）,高,手机终端,丰富（全球,80%,手机终端支持）,一般,少，国产为主,3G,网络全网速度,7.2/5.76Mbps,3.1/1.8Mbps,2.8/0.384Mbps,试点地区速率,42/11.5Mbps,9.3/5.4Mbps,2.8/2.2Mbps,全球漫游能力,最强，全球,290,张,W,网络，覆盖,120,个国家，占,3G,用户,80%,因不与,GSM,兼容，漫游能力一般。能在,110,个国家地区有限支持,中国标准，几乎没有漫游能力,政策支持,扶持,一般,大力支持,17,17,3G,的三大主流技术标准比较,18,19,一、移动通信发展,第四代移动通信系统（,4G),期望：满足提供更大的频宽要求，希望在概念和技术上寻求创新和突破，从而使通信的容量和速率有,10,倍甚至百倍的提高，在高速率和高可靠性的前提下，满足人们从语音到多媒体多种综合业务需求,20,3G,尚未大发展，,4G,实验网却已建成,20,4G,通信应用前瞻,21,21,22,4g,通信,技术的,umpc,产品,22,系统名称,概念提出,研发,/,标准成熟,开始商用,市场成熟,第一代模拟移动通信系统,美国,AMPS,、英国,TACS,、日本,NAMTS,、北欧,NMTS,1971,年,80,年代初,80,年代开始商用，,90,年代初达到顶峰,第二代数字通信,GSM,1982,年,1986,年标准初步完成，,1990,年完成规范,1991,年开通第一个系统。截止到达,2003,年,6,月用户达到,8.3,亿,CdmaOne,70,年代末,1995,年香港第一次商用,2003,年,6,月全球用户,1.5,亿,第三代移动多媒体通信系统,Cdma2000 WCDMA/TD-SCDMA,1986,年,2002,年,1998-2000,方案征集，,2002-2003,规范稳定,2000,年,10,月韩国开始商用,2001,年,10,月日本开始商用，预计,2004,年以后市场逐渐成熟,第四代,TD-LTE,FDD-LTE,2004,预计,2012,完成标准化,2011,年开始试验预计,2015,年大规模商用,各代移动通信系统发展演进过程一览,23,一、移动通信发展,2.,移动通信基本科学问题,24,24,移动通信的特点,移动通信的传输信道必须使用无线电波传输；,电波传输特性复杂，在移动通信系统中由于移动台不断运动，不仅有多普勒效应，而且信号的转播受地形、地物的影响也将随时发生变化；,干扰多而复杂；,组网方式多样灵活，移动通信系统组网方式可分为小容量大区制和大容量小区制，移动通信网为满足使用，必须具有很强的控制功能，如通信（呼叫）的建立和拆除，频道的控制和分配，用户的登记和定位，以及过境切换和漫游的控制等；,对设备要求更苛刻；,用户量大而频率有限。,25,一、移动通信发展,25,26,一、移动通信发展,有限的,频谱资源,与不断增长的无线通信业务需求之间的矛盾所带来的挑战，将促使无线通信理论与技术不断发生变革；,信源压缩,：对待传输的信息载体压缩，以达到节省传输资源之目的，产生了像,MP3,、,MP4,这样的图像与语音压缩方法；,信息传输,：在存在干扰和多径反射的 无线信道中如何有效地传输信息，使之达到理论极限。,移动通信需要解决的关键问题,27,一、移动通信发展,从信号设计与处理的角度出发，采用高效的,调制及信道编码,等技术提高频谱利用率；,移动通信系统的,工作频点继续上移,，在,2007,年,11,月闭幕的世界无线电通信大会上通过了适用于全球,3G,与,4G,移动通信系统的四个新频段，其中包括,3.4G3.6GHz,的,200MHz,带宽以及分配给我国,TD-SCDMA,的,2.3GHz2.4GHz,的,100MHz,带宽；,进一步开发蜂窝移动通信系统中的,空间资源,。例如,MIMO,技术的利用为移动通信频谱利用率的提高注入了新的活力。,目前的解决方案,28,一、移动通信发展,信号处理的复杂性将限制其在实际系统中的应用。例如如果完全依靠增加调制电平数来提高传输速率，在速率超过,10bps/Hz,之上时，其复杂度及对信道的要求已是实际系统所不能承受的了，特别是每增加,1bps/Hz,就要增加,3dB,的信噪比，实现复杂度、对时钟精度的要求及对信道参数估计精度的要求等都要相应地成倍增加；,存在的缺憾,29,一、移动通信发展,存在的缺憾,较高的系统工作频率将导致无线信号在空间传输中快速衰落。尽管采用微蜂窝技术可以缩小小区半径，提高天线覆盖面积，从而提高用户的接收性能，但随之而来的另一个问题在于系统中频繁的切换会增加系统信令开销并降低系统的工作效率；,目前，多天线一般集中放置于基站组成天线阵，这种集中放置实际上限制了天线数量，且不利于空间资源的充分利用，此外，小区边界处的用户的链路质量比距离基站近的用户的性能要差的现状并未得到解决。,30,二、移动通信网络结构演进,1.,移动通信系统组网结构,31,二、移动通信网络结构演进,蜂窝移动通信系统网络结构的基本架构主要由三部分构成：移动终端、接入网（,AN,，,Access Network,）和核心网（,CN,Core Network,）。,32,二、移动通信网络结构演进,典型,2G,蜂窝移动通信系统网络结构,33,二、移动通信网络结构演进,2.,移动通信系统网络结构演进,33,34,二、移动通信网络结构演进,MTX:Mobile Telephone eXchange(NMT),1G,网络结构，网络功能主要集中在核心网实现,35,二、移动通信网络结构演进,2G,网络结构，,GSM,网络主要由,MS,、,BSS,（包括：,BTS,BSC,）、,NSS,（包括：,MSC,、,HLR,、,AUC,、,EIR,）组成。,36,二、移动通信网络结构演进,2.5G,网络结构,36,37,二、移动通信网络结构演进,网络结构演进,37,38,二、移动通信网络结构演进,3GPP,网络结构,3GPP,定义了从,GSM,到,UMTS,的网络结构演进方案,。,UMTS,的网络结构规范对于,WCDMA,和,TD-SCDMA,都是适用的，只是空中无线接口技术的区别。,R99,、,R4,、,R5,、,R6,、,R7,GPP2,网络结构演进方案,38,39,二、移动通信网络结构演进,3GPP R99,无线网络结构（,UMTS,）,-3G Radios,39,40,二、移动通信网络结构演进,3GPP R4,无线网络结构（,UMTS,）,-,Softswitch,3GPP R4,的工作重点集中在核心网对分组技术（,ATM/IP,）的支持上，其目的是使电路域和分组域承载在一个公共的分组骨干网上,。,在核心网的电路域引入了软交换（,Softswitch,），实现呼叫与承载的分离。,MSC,分裂成两个网元：,MSC,服务器,(MSC Server),和媒体网关,(MGW),。,MSC Server,主要用来完成对信令与呼叫控制的处理，,MGW,提供语音流的处理及与外部网络的互连。,40,41,二、移动通信网络结构演进,3GPP R4,无线网络结构（,UMTS,）,-,Softswitch,41,42,二、移动通信网络结构演进,3GPP R5,是全,IP,网络的第一个版本,。,3GPP R5,最重要的工作是在核心网（,CN,）引入了,IP,多媒体子系统（,IMS,），采用,SIP,作为,IMS,会话控制协议，支持实时与非实时的,IP,多媒体业务，所有的数据与信令的下层传输都基于,IP,，并在,IMS,中引入,IPv6,。,3GPP,定义的,IMS,包括呼叫会话控制功能（,CSCF,）、媒体网关控制功能（,MGCF,）、,IMS,媒体网关（,IMS-MGW,）、多媒体资源功能控制器（,MRFC,）、多媒体资源功能处理器（,MRFP,）出口网关控制功能（,BGCF,）等功能实体。,3GPP R5,无线网络结构（,UMTS,）,-,IP Multimedia,42,43,二、移动通信网络结构演进,3GPP R5,无线网络结构（,UMTS,）,-,IP Multimedia,43,44,二、移动通信网络结构演进,3GPP LTE,网络结构,44,45,二、移动通信网络结构演进,3GPP2 CDMA2000,网络结构,45,接入网,接入网、城域网演进,BTS,BSC,城域网,WDM,SDH,简单的,GSM,无线接入网,SDH,网络承载以小颗粒,TDM,业务为主的,2G,基站,TD-SCDMA/,HSPA(TDD),NG-GSM,WLAN,多种接入方式并存,GSM,网络已在大部分地市级以上城市升级到,EDGE,；,TD,网络完成,2,期建设，与,GSM,协调共存发展；,WLAN,部分热点覆盖。,TD-SCDMA/,HSPA(TDD),GSM,WLAN,PON,Fiber,Cable,多种无线接入方式,GSM,网络已在大部分地市级以上城市升级到,EDGE,；,TD,网络完成,2,期建设，与,GSM,协调共存发展；,WLAN,部分热点覆盖。,多种接入方式并存,GSM,网络已在大部分地市级以上城市升级到,EDGE,；,TD,网络完成,3,期建设，与,GSM,协调共存发展；,WLAN,热点覆盖；,有线接入网尚未规模建设，正逐步引入,PON,等光纤接入技术,PTN,TD-LTE/,TDD(FDD),10G,PON/WDM PON,TD-SCDMA/,HSPA(TDD),GSM,WLAN,无线接入方式更加多样化,形成由,GSM/TD-SCDMA/LTE TDD/FDD/WLAN,组成的多种无线网络融合协调发展的综合无线网络,有线接入网基站光缆延伸，接入方式由,FTTB,扩展为,FTTH/FTTO,；有线接入采用,PON,为主的光纤接入技术为集团和家庭客户提供宽带接入，并逐步向,10G PON,和,WDM PON,演进,以,MSTP/SDH,为主的城域网承载,2G,基站、,TD,基站、,WLAN,和少量集团客户业务,引入PTN,：,业务,IP,化和大颗粒化，城域网技术需要由现有,“,以,TDM,电路交换为内核,”,向,“,以,IP,分组交换为内核,”,演进,多业务统一承载在,PTN,网络上，以分组交换为内核,46,TD-SCDMA,向,TD-LTE,的演进,无线网络架构演进,TD-SCDMA,核心网,RNC,NodeB,Iub,Iu,NodeB,Iub,SGSN,核心网,eNodeB,MME/S-GW,eNodeB,S1,S1,X2,TD-LTE,TD-LTE,采用扁平化结构，不再独立存在,RNC,网元，相应功能由,eNodeB,实现,A,频段,RRU,未考虑向,TD-LTE,的演进能力,各厂商,F,频段与,E,频段,RRU,已支持,TD-LTE,与,TD-SCDMA,双模,RRU,设备,初期：,增加,LTE,基带处理板卡，共用传输、背板、机框等,后期：,TD,关键板卡直接软件升级为,LTE,工作模式,BBU,设备,室外：,TD-LTE,可独立建设天馈，也可建设支持,TD-LTE,的,AFD,频段天线,室内：,改造室分，建设双路室分系统支持,MIMO,天馈设备,47,47,