移動通信發展與

網絡演進鄭州市軌道交通sunhuanyu@126.com

20六月202412內容概要一、移動通信發展移動通信發展與應用趨勢移動通信基本科學問題

二、移動通信網絡結構演進移動通信系統組網結構移動通信系統網絡結構演進一、移動通信發展1.移動通信發展與應用趨勢33

移動通信的產生

————來源于無線通信無線通信與移動通信都是靠無線電波進行通信的，所以它們既有聯系又有區別。首先，移動通信肯定是無線通信，移動通信涵蓋了無線通信的基本技術，但無線通信側重于無線性，而移動通信更注重于移動性，突出動中通、優質通、個人通。正因為如此，移動通信對無線電波頻率的選擇更加謹慎，要求更高，大都選擇超短波以上的工作頻段。

從20世紀20年代至40年代初，移動通信就有了初步的發展，不過當時的移動通信使用范圍非常小，主要使用對象是船舶、飛機、汽車等專用移動通信以及運用在軍事通信中，使用頻段主要是短波段。

4一、移動通信發展45一、移動通信發展無線通訊從2G、3G到3.9G發展過程，是從移動的語音業務到高速業務發展的過程。目前可提供應用的是3.5G，以WCDMA系統來說，可以提供R5商用版本和R6試驗系統；6一、移動通信發展第一代模擬系統（1G)時間：20世紀80年代-90年代初功能：僅提供語音服務，不能傳輸數據技術：主要采用模擬語音調制技術和頻分多址（FDMA)技術。關鍵詞：摩托羅拉不足：1G存在很多不足之處，如并存網絡制式太多，互不兼容，通話質量不高，不能提供數據業務，它是一種區域性的移動通信系統。7一、移動通信發展第二代移動通信系統（2G/2.5G)時間：起源于90年代初期至現在功能：滿足語音業務和初步的多媒體業務能力技術：主要采用數字的時分多址技術（TDMA）和碼分多址技術（CDMA)關鍵詞：GPRS/EDGE/CDMA2000不足：2G技術在發展中不斷得到完善，但隨著用戶規模和網絡規模的不斷擴大，頻率資源已接近枯竭，語音質量不能達到用戶滿意的標準，數據通信速率太低，無法在真正意義上滿足移動多媒體業務的需要。2G移動通信應用GSM(摩托羅拉v8)8CDMA手機910一、移動通信發展第三代移動通信系統（3G)功能：引入大量增殖業務（手機上網、可視電話、視頻共享、流媒體、POC對講專網、短信交流和同化交流）技術：主流3G標準都采用CDMA技術關鍵詞：WCDMACDMA2000TD-SCDMA不足：3G缺乏全球統一標準手機視頻通話111112HSDPA高速上網1213多媒體彩鈴13POC手機對講在一個群組內可以實現一呼百應，最多可以支持80臺手機，非常適合調度組織工作1414VOD視頻點播1515核心網(CN)無線接入網(RAN)2G

3G第三代移動通信示意圖

GSM

PDCIS-41核心網(CDMA網絡)GSM核心網IS-95CDMAcdma2000-1x、3x

W-CDMA無線接口后向兼容核心網絡后向兼容新的無線接口NNITD-SCDMA/TD-CDMAIP核心網全IP網絡1616三大運營商3G標準簡析中國聯通中國電信中國移動3G技術WCDMACDMA2000TD-SWCDMA設備成熟度成熟較成熟發展階段建設成本中等高（專利費）高手機終端豐富（全球80%手機終端支持）一般少，國產為主3G網絡全網速度7.2/5.76Mbps3.1/1.8Mbps2.8/0.384Mbps試點地區速率42/11.5Mbps9.3/5.4Mbps2.8/2.2Mbps全球漫游能力最強，全球290張W網絡，覆蓋120個國家，占3G用戶80%因不與GSM兼容，漫游能力一般。能在110個國家地區有限支持中國標準，幾乎沒有漫游能力政策支持扶持一般大力支持17173G的三大主流技術標準比較1819一、移動通信發展第四代移動通信系統（4G)期望：滿足提供更大的頻寬要求，希望在概念和技術上尋求創新和突破，從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，滿足人們從語音到多媒體多種綜合業務需求203G尚未大發展，4G實驗網卻已建成204G通信應用前瞻2121224g通信技術的umpc產品22系統名稱概念提出研發/標準成熟開始商用—市場成熟第一代模擬移動通信系統美國AMPS、英國TACS、日本NAMTS、北歐NMTS1971年80年代初80年代開始商用，90年代初達到頂峰第二代數字通信GSM1982年1986年標準初步完成，1990年完成規范1991年開通第一個系統。截止到達2003年6月用戶達到8.3億CdmaOne70年代末1995年香港第一次商用2003年6月全球用戶1.5億第三代移動多媒體通信系統Cdma2000WCDMA/TD-SCDMA1986年2002年1998-2000方案征集，2002-2003規范穩定2000年10月韓國開始商用2001年10月日本開始商用，預計2004年以后市場逐漸成熟第四代TD-LTEFDD-LTE2004預計2012完成標準化2011年開始試驗預計2015年大規模商用各代移動通信系統發展演進過程一覽

23一、移動通信發展2.移動通信基本科學問題2424

移動通信的特點移動通信的傳輸信道必須使用無線電波傳輸；電波傳輸特性復雜，在移動通信系統中由于移動臺不斷運動，不僅有多普勒效應，而且信號的轉播受地形、地物的影響也將隨時發生變化；干擾多而復雜；組網方式多樣靈活，移動通信系統組網方式可分為小容量大區制和大容量小區制，移動通信網為滿足使用，必須具有很強的控制功能，如通信（呼叫）的建立和拆除，頻道的控制和分配，用戶的登記和定位，以及過境切換和漫游的控制等；對設備要求更苛刻；用戶量大而頻率有限。25一、移動通信發展2526一、移動通信發展有限的頻譜資源與不斷增長的無線通信業務需求之間的矛盾所帶來的挑戰，將促使無線通信理論與技術不斷發生變革；

信源壓縮：對待傳輸的信息載體壓縮，以達到節省傳輸資源之目的，產生了像MP3、MP4這樣的圖像與語音壓縮方法；

信息傳輸：在存在干擾和多徑反射的無線信道中如何有效地傳輸信息，使之達到理論極限。移動通信需要解決的關鍵問題27一、移動通信發展從信號設計與處理的角度出發，采用高效的調制及信道編碼等技術提高頻譜利用率；移動通信系統的工作頻點繼續上移，在2007年11月閉幕的世界無線電通信大會上通過了適用于全球3G與4G移動通信系統的四個新頻段，其中包括3.4G~3.6GHz的200MHz帶寬以及分配給我國TD-SCDMA的2.3GHz~2.4GHz的100MHz帶寬；進一步開發蜂窩移動通信系統中的空間資源。例如MIMO技術的利用為移動通信頻譜利用率的提高注入了新的活力。目前的解決方案28一、移動通信發展信號處理的復雜性將限制其在實際系統中的應用。例如如果完全依靠增加調制電平數來提高傳輸速率，在速率超過10bps/Hz之上時，其復雜度及對信道的要求已是實際系統所不能承受的了，特別是每增加1bps/Hz就要增加3dB的信噪比，實現復雜度、對時鐘精度的要求及對信道參數估計精度的要求等都要相應地成倍增加；存在的缺憾29一、移動通信發展存在的缺憾較高的系統工作頻率將導致無線信號在空間傳輸中快速衰落。盡管采用微蜂窩技術可以縮小小區半徑，提高天線覆蓋面積，從而提高用戶的接收性能，但隨之而來的另一個問題在于系統中頻繁的切換會增加系統信令開銷并降低系統的工作效率；目前，多天線一般集中放置于基站組成天線陣，這種集中放置實際上限制了天線數量，且不利于空間資源的充分利用，此外，小區邊界處的用戶的鏈路質量比距離基站近的用戶的性能要差的現狀并未得到解決。30二、移動通信網絡結構演進1.移動通信系統組網結構31二、移動通信網絡結構演進蜂窩移動通信系統網絡結構的基本架構主要由三部分構成：移動終端、接入網（AN，AccessNetwork）和核心網（CN,CoreNetwork）。32二、移動通信網絡結構演進典型2G蜂窩移動通信系統網絡結構33二、移動通信網絡結構演進2.移動通信系統網絡結構演進3334二、移動通信網絡結構演進MTX:MobileTelephoneeXchange(NMT)1G網絡結構，網絡功能主要集中在核心網實現35二、移動通信網絡結構演進2G網絡結構，GSM網絡主要由MS、BSS（包括：BTS、BSC）、NSS（包括：MSC、HLR、AUC、EIR）組成。36二、移動通信網絡結構演進2.5G網絡結構3637二、移動通信網絡結構演進網絡結構演進3738二、移動通信網絡結構演進3GPP網絡結構3GPP定義了從GSM到UMTS的網絡結構演進方案。UMTS的網絡結構規范對于WCDMA和TD-SCDMA都是適用的，只是空中無線接口技術的區別。R99、R4、R5、R6、R7……GPP2網絡結構演進方案3839二、移動通信網絡結構演進3GPPR99無線網絡結構（UMTS）-3GRadios3940二、移動通信網絡結構演進3GPPR4無線網絡結構（UMTS）-Softswitch3GPPR4的工作重點集中在核心網對分組技術（ATM/IP）的支持上，其目的是使電路域和分組域承載在一個公共的分組骨干網上。在核心網的電路域引入了軟交換（Softswitch），實現呼叫與承載的分離。MSC分裂成兩個網元：MSC服務器(MSCServer)和媒體網關(MGW)。MSCServer主要用來完成對信令與呼叫控制的處理，MGW提供語音流的處理及與外部網絡的互連。4041二、移動通信網絡結構演進3GPPR4無線網絡結構（UMTS）-Softswitch4142二、移動通信網絡結構演進3GPPR5是全IP網絡的第一個版本。3GPPR5最重要的工作是在核心網（CN）引入了IP多媒體子系統（IMS），采用SIP作為IMS會話控制協議，支持實時與非實時的IP多媒體業務，所有的數據與信令的下層傳輸都基于IP，并在IMS中引入IPv6。3GPP定義的IMS包括呼叫會話控制功能（CSCF）、媒體網關控制功能（MGCF）、IMS媒體網關（IMS-MGW）、多媒體資源功能控制器（MRFC）、多媒體資源功能處理器（MRFP）、出口網關控制功能（BGCF）等功能實體。

3GPPR5無線網絡結構（UMTS）-IPMultimedia4243二、移動通信網絡結構演進3GPPR5無線網絡結構（UMTS）-IPMultimedia4344二、移動通信網絡結構演進3GPPLTE網絡結構4445二、移動通信網絡結構演進3GPP2CDMA2000網絡結構45接入網接入網、城域網演進BTSBSC城域網WDMSDH簡單的GSM無線接入網SDH網絡承載以小顆粒TDM業務為主的2G基站TD-SCDMA/HSPA(TDD)NG-GSMWLAN多種接入方式并存GSM網絡已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網絡完成2期建設，與GSM協調共存發展；WLAN部分熱點覆蓋。TD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLANPONFiberCable多種無線接入方式GSM網絡已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網絡完成2期建設，與GSM協調共存發展；WLAN部分熱點覆蓋。多種接入方式并存GSM網絡已在大部分地市級以上城市升級到EDGE；TD網絡完成3期建設，與GSM協調共存發展；WLAN熱點覆蓋；有線接入網尚未規模建設，正逐步引入PON等光纖接入技術PTNTD-LTE/TDD(FDD)10GPON/WDMPONTD-SCDMA/HSPA(TDD)GSMWLAN無線接入方式更加多樣化形成由GSM/TD-SCDMA/LTETDD/FDD/WLAN組成的多種無線網絡融合協調發展的綜合無線網絡