第 4 章移动通信网及其业务

第二篇电信运营系统的运行 第4章移动通信网及其业务

第4章移动通信网及其业务 本章主要内容： • 移动通信网及其业务移动通信网概述 • 移动通信网的基本技术 • GSM系统及业务 • CDMA系统及业务 • 第三代移动通信系统及业务 • 其他移动通信系统及业务 • 移动通信网通信质量与服务质量

移动通信网概述 • 移动通信的概念及特点 • 移动通信就是通信双方至少有一方在运动中进行信息的交换。其中包括: • 移动体之间的通信 • 移动体与固定点之间的通信 • 移动通信的类型 • 目前使用的移动通信系统包括：航空（航天）、航海、陆地和国际卫星移动通信系统 • 陆地移动通信系统又包括无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统和蜂窝移动通信系统等

移动通信系统的特点 （1）移动性----移动通信必须使用无线通信技术（2）波传播条件复杂，信号接收不稳定（3）噪声干扰严重（4）通信系统和网络结构复杂（5）要求频带利用率高，设备性能好

公用市话网 （PSTN）公用移动网（PLMN） BS 中继线移动业务交换中心市话局基站有线 BS MSC BS 移动台 MS 有线或无线移动通信系统的组成 • 移动台（MS） • 基地站（BS） • 移动业务交换中心（MSC） • 与固定网相连接的中继线

基站和移动台设有收、发信机和天馈线等设备。基站和移动台设有收、发信机和天馈线等设备。 • 移动台可分为手持机和车载台等。它包括收发信机、逻辑控制单元（简称监控单元）等。 • 每个基站都有一个可靠通信的服务范围，称为无线小区。无线小区的大小，主要由发射功率和基地站天线的高度决定。 • 移动业务交换中心主要用来处理信息的交换和整个系统的集中控制管理。 • 大容量移动电话系统可以由多个基站构成一个移动通信网。 • 通过基站、移动业务交换中心就可以实现在整个服务区内任意两个移动用户之间的通信。 • 通过中继线与固定网相连接，实现移动用户和固定用户之间的通信，从而构成一个有线、无线相结合的移动通信系统。

移动通信的发展 1、第一代移动通信技术 • 主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。第一代移动通信有多种制式，我国主要采用的是TACS。 2、第二代移动通信技术(2G) • 主要采用的是数字的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术。全球主要有GSM和CDMA两种体制。 3、第三代移动通信技术(3G) • 目前全球有三大标准，分别是欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和我国提出的TD-SCDMA。

移动通信发展已经经历了两代，目前正在向第三代演进 。 • 第一代模拟移动电话网自80年代开始发展，服务的移动范围比较受限，仅能提供单一的语音业务，其技术特点是模拟调制、FDMA（频分多址）、FDD双工、工作在450／800／900MHz频段。典型代表系统为AMPS和TACS。 • 第二代数字移动电话网从90年代开始发展，以提供语音业务为主，兼顾低速数据业务，并具有相当的全球移动性。其技术特点是采用数字调制、TDMA（时分多址）或CDMA（码分多址）、FDD或TDD双工、工作在800／900／1800／1900MHz频段。典型代表系统有GSM和窄带CDMA。

第三代移动通信系统最早是在1985年由国际电信联盟(ITU)提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，1996年更名为 IMT-2000(国际移动通信-2000)，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000 kb/s，预期在2000年左右得到商用。可以提供速率至少为2Mb／s的移动数据业务和多媒体业务，并实现全球漫游。其技术特点为数字调制、CDMA（主流）或TDMA、FDD或TDD双工、工作在2GHz频段，目前国际电联已采用的标准有WCDMA，CDMA-2000和TD-SCDMA等。 • 目前移动通信网络正处于由2G向3G演进的过程中，电信设备厂商与电信企业又发展了2.5G的技术，以实现2G向3G的平稳过度。例如GPRS（通用无线分组业务）就是其中的典型代表。

移动通信网的基本技术 • 多址技术与多址方式 • 在移动通信系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通话，多个同时通话的用户，互相以不同的信道来区分，彼此互不干扰，这就是多址通信。 • 在无线电波覆盖区内，如何建立用户与无线信道之间的连接，就是多址接入问题，解决多址接入问题的技术叫多址接入技术。 • 多址方式 • 频分多址(FDMA) ----依据传输信号的载波频率来区分信道 • 时分多址(TDMA) ----依据传输信号的占用时间来区分信道 • 码分多址(CDMA) ----依据传输信号的码址来区分信道

频率的管理 • 频率的分配和使用需要在全球范围内制定统一的规则。 • 国际上，由国际电信联盟(ITU)召开世界无线电行政大会，制定无线电规则，它包括各种无线电系统的定义、国际频率分配表和使用频率的原则、频率的分配和登记、抗干扰的措施、移动业务的以及无线电业务的分类等。 • 目前大容量陆地移动通信系统一般使用900MHz（1800MHz）和800MHz频段。

频率的有效利用 对于频率的有效利用，可以从以下三个方面进行： • 频率域的频率有效利用 • 时间域的频率有效利用 • 空间域的频率有效利用

频率域的频率有效利用 • 信道窄带化相邻信道之间必须有足够的频率间隔，应用窄带化技术减小信道间隔，可在有限的频段内设置更多的信道，从而提高频率的利用率。 • 宽带多址技术为进一步提高频率利用率，可采用同频共用技术，关键是采用合适的多址方式。可采用的多址方式有FDMA、TDMA、CDMA以及它们的组合。

频率域的频率有效利用 • 频分多址（FDMA）：不同的移动台占用不同的无线频率，基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，频率利用率较低，而且容易形成干扰。

频率域的频率有效利用 • 时分多址（TDMA）：把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，多个移动台可占用同一个无线频率，各移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传播。 • TDMA系统中基站可只使用一部发射机，避免不同频率的发射机同时工作时产生的干扰。TDMA更容易实现对时隙的动态分配，有利于提高系统容量。TDMA系统必须有精确的定时和同步，保证各移动台发送的信号不会在基站发生重叠或混淆。

频率域的频率有效利用 • 码分多址（CDMA）：不同用户传输信息所用的信号用各自不同的编码序列来区分。 • CDMA系统抗干扰能力较强，系统容量较大，而且在系统工作时，CDMA小区内同时通话的用户数可在满负荷的情况下，有所增加，代价是各用户的通话质量略有下降，具有软容量、软切换、保密性好。

蜂窝技术 • 目前常用的移动通信系统通常是一种小区制移动通信系统，即把整个大范围的无线服务区划分成许多彼此相邻的小区，每个小区设置一个基站，负责向本小区各个移动台提供无线覆盖服务。每个基站都要使用多个无线电频率作为通信信道，为避免各个相邻基站的无线电频率的相互干扰，各相邻基站必须使用不同的无线电频率。为了提高频率利用率，增加系统服务信道的容量，在不产生同频干扰的条件下，可在不相邻的基站使用相同的无线电频率，这就是频道重复利用技术。蜂窝结构

蜂窝式移动通信网络（多局多站制）

区域覆盖 • 任何移动通信网都有一定的服务区域，无线电波辐射必须覆盖整个区域。 • 无线电波的覆盖区域取决于发射天线的高度和发射功率，一个基地台能在其天线高度的视距范围为移动用户提供服务。这样的覆盖区称为一个无线小区，或简称小区。 • 网的服务范围若很大，或者地形复杂等，则需用几个小区才能覆盖整个服务区。 • 一般说来，移动通信网的区域覆盖方式分为两类，一类是小容量的大区制，另一类是大容量的小区制。

大区制 大区制就是在一个服务区域(如一个城市) 内只有一个基地站，并由它负责移动通信的联络和控制。其特点有： • 发射机输出功率较大(一般在200W左右) ，其覆盖半径大约为30-50km。在服务区内的所有频道(一个频道包含收、发一对频率) 的频率不能重复。 • 存在上行和下行通信不一致的问题。 • 控制方式简单、投资少、见效快，在用户较少（如少于1000户）的地域，这种体制目前仍得到广泛的运用。

小区制 • 小区制就是把整个服务区域划分为若干个小区，每个小区分别设置一个基地站，负责本区移动通信的联络和控制。 • 在移动业务交换中心的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的切换，以及移动用户与固定用户的联系。 • 在考虑了交叠之后，实际上每个小区的有效覆盖区是一个多边形。在服务区面积一定的情况下，正六边形小区所需的基地台数量最小，最经济，这就形成了蜂窝网。

小区制 小区制的特点有： • 发射功率一般为5-10W，由于基地站功率减小，也使相互间的干扰减少了。 • 小区制采用了空间域的同信道再用，频率资源利用率高，容量大，无线小区的范围还可根据实际用户数的多少灵活确定。 • 存在越区切换的问题，对交换功能的要求提高了，再加上基地站数量的增加，建网的成本增加。

常见的蜂窝移动通信系统结构可以分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三类。常见的蜂窝移动通信系统结构可以分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三类。 • 1、宏蜂窝结构 • 特点是基站数量少，投资少。 • 在宏蜂窝结构中，每个小区的覆盖半径为1～25km。 • 宏蜂窝小区内，存在两种特殊的微小区域。一是“盲点”，即由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域，该区域通信质量严重低劣；二是“热点”，即由于通信业务负荷集中而形成的业务繁忙区域。 • 宏蜂窝结构主要用于无高楼大厦的平坦地区。

2、微蜂窝结构 • 与宏蜂窝结构相比，微蜂窝结构具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便、灵活等特点 • 小区的覆盖半径为30～300 m，基站天线低于屋顶高度，传播主要沿着街道的视线进行 • 微蜂窝可用来加大无线电地域楼盖率，消除宏蜂窝中的“盲点”，如地铁、地下室等地；同时，由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离，使得区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大的增长，且相互干扰很小。 • 将微蜂窝基站放在宏蜂窝的“热点”上，如繁华的商业衔、购物中心、体育场等地，可满足该服务区域通信质量与容量两方面的要求。

3、智能蜂窝结构 • 智能蜂窝结构是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的力式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。 • 对于上行链路而言，采用自适应天线降接收技术，可以极大地降低多址干扰，增加系统容量；对于下行链路而言，则可以将信号的有效区域控制在移动台附近半径为100～200 m的范围内，使同频干扰大为减小。 • 智能蜂窝小区既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝。 • 利用智能蜂窝小区的概念进行组网设计，能够显著地提高系统容量，改善系统性能。

GSM系统及业务 • GSM通信系统的提出 • GSM的提出始于1982年，欧洲邮政和电信管理联合会CEPT成立了移动通信特别小组GSM（Group Special Mobile），研究欧洲统一的蜂窝移动通信标准和建立全欧统一的蜂窝系统，使欧洲的移动电话用户能在欧洲自动漫游。 • 经过近7年的研究开发。1988年。基于TDMA的GSM技术规范完成，颁布了GSM标准。1990年后，各国的制造商先后生产出GSM系统，1992年，GSM系统投入商用，并更名为全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication）。到1995年，GSM标准的数字蜂窝系统几乎覆盖全欧，并向全世界扩展。我国于1993年首先选择了GSM发展数字蜂窝移动通信网。

GSM系统的特点 • GSM集无线技术、程控交换技术、计算机技术、数字传输技术、细心加密技术和大规模集成电路技术于一体，与模拟移动通信相比显著地提高了系统容量，除此之外，还具有以下特点。

GSM系统的特点 • 具有鲜明的个人化色彩； • 保密性好； • 通话时干扰小； • 提供业务种类多； • 标准化程度高； • 可以实现国际漫游。

GSM系统的组成 • GSM系统由以下几部分组成：交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）和操作维护中心（OMC）。如果将移动台与基站归并在一起，则称为无线子系统。

NSS AUC BSS HLR VLR ISDN MSC PSTN BSC BTS MS PDN EIR OMC GSM系统的组成

交换网络子系统（NSS） 交换子系统由移动业务交换中心(MSC)、本地用户位置寄存器(HLR)、外来用户位置寄存器(VLR)、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器(ELR)和短消息业务中（SC)组成。主要完成交换、管理用户数据、管理用户移动所需数据库。 • MSC：主要对移动台进行控制，完成交换、呼叫控制、无线资源管理、移动性管理、位置信息查询等功能，并为移动通信网与其他公用网之间提供接口。 • HLR：用于移动用户管理的数据库，主要存储有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息，以便建立到达移动台的呼叫路由。

交换网络子系统（NSS） • VLR：MSC为处理移动用户的来话与去话呼叫所需检索的数据库，存储MSC区内所有移动用户的用户号码、移动用户所处位置区的识别以及提供与用户呼叫处理有关的数据。 • EIR：存储有关移动台设备的数据库，主要完成对移动台的识别、监视、闭锁等功能。 • AUC：用于认证移动用户身份和产生相应鉴权参数（如随机号码、符号响应SRES、密钥等）。

无线基站子系统（BSS） 根据功能不同，BSS可分为基站控制器（BSC）和无线基站（BTS）两大部分。无线基站提供无线接入功能，而基站控制器则提供无线资源的控制功能。 • BSC：监视无线基站的性能，为每个小区配置业务及控制信道，建立及管理与MSC的连接，定位及切换，BSS的操作维护，完成无线信号到有线信号的码型变换。 • BTS：是无线基站内所有设备的总称，主要包括向移动台提供空中接口的收发信机、天线馈线等。

操作维护中心（OMC） • GSM的操作维护子系统用于对通信分系统中每一个设备实体进行控制和维护。它通常具有下列功能： • 蜂窝网络管理：存储和处理交换数据和移动电话系统数据、小区数据。 • 用户签约管理。 • 性能管理：如有关路由的业务测量、有关业务类型的业务测量、业务分布测量及无线电网络测量等。

GSM网的结构 • 全国可划分为若干个移动业务本地网，原则上是一个长途编号区可建立一个移动业务本地网。每个移动业务本地网中应相应设立HLR，必要时可增设HLR，用于存储归属该移动业务本地网的所有用户的有关数据。 • 每个移动业务本地网中可设一个或若干个移动业务交换中心MSC。 • 移动业务本地网中，每个MSC（或通过关口汇接局）与局所在地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。

广州SMP 广州G1 广州G9 广州A1 广州SCP1 广州G2 广州G10 广州A2 广州SCP2 广州G3 广州G11 广州B2 广州SCP3 广州G4 广州G12 广州SSP1 广州B1 广州G5 广州G13 广州SSP2 广州VMS 广州G6 广州G14 广州G7 广州G15 广州GW1 联通GW 广州GW2 广州G8 广州G16 1860 广州GW3 广州G17 广州GW4 本地PSTN网国际出口局 TACS网从化G1 番禺G1 增城G1 广州MTM1 番禺G2 番禺G3 广州MTM2

GSM信令网的结构 A面佛山LSTP1 广州LSTP1 深圳LSTP1 惠州LSTP1 佛山本地网阳江本地网省际HSTP 中山本地网顺德本地网移动数据网汕头本地网河源本地网东莞本地网珠海本地网云浮本地网韶关本地网清远本地网广州HSTP1 潮州本地网汕尾本地网广州HSTP2 肇庆本地网江门本地网深圳本地网广州本地网梅州本地网揭阳本地网茂名本地网湛江本地网惠州本地网江门LSTP1 广州LSTP2 深圳LSTP2 汕头LSTP1 B面

GSM信令网的结构 广州SMP 广州G1 广州G9 广州G17 广州H1 广州SCP1 广州G2 广州G10 从化G1 广州SCP2 广州H2 广州G3 广州G11 番禺G1 广州SCP3 广州L1 广州G4 广州G12 番禺G2 广州SSP1 广州L2 广州SSP2 广州G5 广州G13 增城G1 广州G6 广州G14 番禺G3 广州SMS1 广东IOD 广州G7 广州G15 广州SMS2 广州IOD 广州G8 广州G16 广州GW1 广州HLR1 广州HLR2 本地PSTN网国际出口局 TACS网广州GW2 广州HLR3 广州HLR4 广州GW3 广州HLR5 广州HLR6 广州GW4 番禺HLR

GSM用户编号 • 我国GSM网的用户号码为一个11位数字的等长号码，号码组成格式如下：移动业务接入号（NDC） +HLR识别号（xH1H2H3） +用户号码（SN） • 其中中国移动分配NDC为135~139，中国联通分配NDC为130~132；HLR识别号表示用户归属的HLR，也用来区别移动业务本地网；SN为5位用户号码。

GSM移动通信业务 • 用户终端业务 • 语音业务 • 电话业务：GSM系统的最基本业务，GSM手机可移动呼出、移动呼入，同GSM网内其他用户和固定用户通话。 • 紧急呼叫：GSM特有的语音业务。在GSM手机设置了呼出限制和没有SIM卡的情况下，可用一键把预先设定的特殊号码呼出，这是为紧急时刻而专门设计的。

语音业务 GSM用户在无法接听来话时（如无电关机、不在服务区或通话中），可将来电转至语音信箱，当用户开机、进入服务区或通话完毕后，在手机上会显示语音信箱留言提示，提醒用户收听信箱中的内容。用户也可将语音录入信箱，按照自己设置的时间送至多个用户的语音信箱中。

低速数据业务 GSM网由于受到无线接口等诸多方面限制，数据传输速率较低，速率最高为9.6kbit/s。目前GSM网发展最好的数据业务是短消息业务。短消息业务（SMS）又称短讯业务，GSM用户可通过手机上的按键和显示屏收发短消息，按通信方式分为点对点短消息和小区广播式短消息。

低速数据业务 • 点对点短消息业务：GSM用户可与其他GSM用户或固定用户相互接收发送短消息。短消息被叫用户在超出服务区、遇忙或关机的时候，短消息将被存储下来，直到GSM网确认用户接通并收到短消息为止。 • 小区广播式短消息：一点对多点的通信方式，该业务向一个指定小区内的所有GSM用户循环发送数据信息，包括天气预报、股市行情、交通时刻等公共服务消息。

承载业务 承载业务即通信网络为用户提供的信息传送的能力。GSM系统由于受到无线接口等多方面的限制，目前其数据传输速率较低，在与公用电话网、综合业务数字网等其他网络进行数据通信时，速率最高为9.6kbit/s；在GSM网内，单个业务信道数据传输速率最高为12kbit/s。现已提出采取占有多个业务信道的方式，使传输速率达到76.8kbit/s来传送高速数据，为提供多媒体通信创造条件。

补充业务 呼叫限制业务号码识别业务呼叫转移业务多方通话业务呼叫完成业务（呼叫等待、呼叫保持、遇忙回叫等）闭合用户群业务计费提示业务

CDMA系统及业务 • CDMA概念的提出 • CDMA最早于1989年由美国Qualcomm公司推出，其最初的设计构想是为美国蜂窝电话运营商提供大容量和高质量的无线通信方案，由于其新颖的特点、优异的性能，CDMA一出世马上就受到通信科研、工业、运营等方面的专家的注意。 • 1993年美国电信工业协会 (TIA)公布了代号为IS-95等一系列窄带码分多址数字蜂窝系统的标准，称为“双模式宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站兼容标准”。于是世界上许多国家以此为蓝本，生产和采用窄带码分多址数字蜂窝移动通信系统。CDMA的商用化时间要晚于欧洲的GSM，目前普遍采用的基IS-95的CDMA One技术1995年才投入商用，因此CDMA在世界移动通信市场的占有率受到了一定的影响。

我国CDMA的发展历程 • 1997年底北京、上海、西安、广州4个CDMA商用实验网先后建成开通，并实现了网间的漫游。 • 1999年6月联通在香港举行的全球CDMA大会上宣布其CDMA发展计划，但因知识产权谈判等因素，该计划没有实施。 • 2000年10月中国联通副总裁王建宙宣布重新启动CDMA网络建设。 • 2001年2月27日联通公司成立了全资子公司——联通新时空移动通信有限公司，负责整个联通CDMA网络的建设和经营。 • 2001年8月联通发布公告，CDMA主设备安装、调测已在各地全面展开，全国已有16个省36个交换局打通了第一个电话。 • 2002年4月8日联通新时空CDMA网络正式运行。 • 截止2008年一季度，全球CDMA用户达4.51亿户，其中，我国CDMA用户达到4300多万户。

CDMA的特点 • 通信容量大 • 覆盖范围大 • 通话质量高、保密性强 • 掉话率低 • 具有提供数据业务的优势 • 环保安全 • 网络成本低 • 可平滑过渡到第三代移动通信

CDMA的主要业务 • 用户终端业务 CDMA系统能向用户提供电话业务、短消息业务、语音信箱业务、传真业务和交替话音与传真业务。 • 承载业务 CDMA能向用户提供1.2～9.6kbit/s的异步数据传输、1.2～9.6kbit/s的同步数据传输、1.2～9.6kbit/s异步PAD(分组装拆)接入、交替话音与1.2～9.6kbit/s数据业务。 • 补充业务 • 附加业务 • 语音业务

第三代移动通信系统及业务 • 第三代移动通信系统概述 3G:第三代移动通信技术的简称本质就是：移动应用宽带化，宽带应用无线化！第四代第三代无处不在的业务环境：IMT-Advanced 第二代多媒体业务：IMT2000 宽带上网及丰富应用第一代数字通信：GSM 高质量语音通信和短信功能模拟通信： AMPS 语音通信功能

第 4 章 移动通信网及其业务