移动通信2G3G与4G

2G、3G与4G信息11-2李永贤学号：08113637 一、2G2G网络是指第二代无线蜂窝电话通讯协议，是以无线通讯数字化为代表，能够进行窄带数据通讯。

2G移动通信系统采用TDMA或CDMA数字蜂窝系统。

系统构成上与第一代模拟移动通信系统无多大差别，在几个主要方面，如多址方式、调制技术、语音编码、信道编码、分集技术等采用了数字技术。

业务种类主要限于语音和低速数据(≤9.6kb/s)。

（一）、GSM的系统组成GSM系统的主要组成部分可分为移动台（MS）、基站子系统(BSS)和移动网子系统（NSS）。

基站子系统（简称基站BS）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成；网络子系统由移动交换中心（MSC）和操作维护中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等组成。

1.移动台（MS）即便携台或车载台，是物理设备，它必须包含用户识别模块（SIM），SIM卡和硬件设备一起组成移动台。

没有SIM卡，MS是不能接入GSM 网络的。

2．基站收发信机（BTS）包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如发射机、接收机、支持各种上小区结构（如全向、扇形、星状和链状）所需要的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。

3.基站控制器（BSC）是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发台和操作维修中心之间交换信息提供接口。

一个基站控制器通常控制几个基站收发台，其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台的过区切换进行控制等。

4.移动交换中心（MSC）是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本MSC 控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。

与固定网络的交换设备有相似之处（如呼叫的接续和信息的交换），也有特殊的要求（如无线资源的管理和适应用户移动性的控制）。

5.原地位置寄存器（HLR）是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。

在蜂窝通信网中，通常设置若干个HLR，每个用户都必须在某个HLR（相当于该用户的原籍）中登记。

登记的内容分为两类：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新的参数，即用户当前所处位置的有关参数，即使用户漫游到HLR所服务的区域外，HLR也要登记由该区传送来的位置信息。

这样做的目的是保证当呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的原地位置寄存器获知它当时处于哪一个地区，进而建立起通信链路。

6.访问位置寄存（VLR）是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。

一个VLR通常为一个MSC控制区服务，也可为几个相邻MSC控制区服务。

当移动用户漫游到新的MSC控制区时，它必须向该地区的VLR申请登记。

VLR要从该用户的HLR查询有关的参数，要给该用户分配一个新的漫游号码（MSRN），并通知其HLR修改该用户的位置信息，准备为其它用户呼叫此移动用户时提供路由信息。

如果移动用户由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时，HLR在修改该用户的位置信息后，还要通知原来的VLR，删除此移动用户的位置信息。

7.鉴权中心（AUC）的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。

8.设备标志寄存器（EIR）是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴别和监视，并拒绝非移动台入网。

9.操作和维护中心（OMC）的任务是对全网进行监控和操作，例如系统的自检、报警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及各种资料的收集、分析与显示等。

GSM系统结构图（二）、GSM系统工作原理1.初始化。

由于MS对自身的位置、小区配置、网络情况，接入条件均不清楚，因此这些信息都要从网络中获得。

2.小区选择。

一旦选择了有效的GSM网，MS就可选择登录的小区，MS有一个小区选择算法，用于确定最好的有效小区。

有几个因数如MS收到的信号强度、位置区域和MS的功率等级等都可用于小区选择的确定。

小区选择过程的第二个标准是位置区域。

用于小区选择的第三个标准是移动台功率等级。

3.位置登记和位置更新。

在位置登记中，MS是以IMSI向网络更新位置；而在位置更新中， MS是以TMSI向网络回报信息的。

4.建立通信链路。

在MS进行位置登记之前，首先必须建立与网络的通信链路。

有了通信链路才能进行位置更新信息的变换，通信链路的建立程序由MS调谐到随机接入信道RACH上发出信道请求信息。

然后转到接入许可信道AGCH，等待来自网络的响应。

5.起初信息过程。

MS在接收到信道分配信息，调谐到分配信道上发送一个业务请求信息（在独立专用控制信道SDCCH上送出）。

6.鉴权。

一旦当前的VLR成功地接收到适当原因（位置更新，呼叫建立等等）的起始信息，它将启动鉴权和保密程序。

7.加密。

VLR然后开始加密过程，它通知MSC， MSC接着按所使用的密钥送一个信息给BSC。

8.位置更新过程。

9.通信链路的释放。

一旦位置更新过程成功完成。

移动台BTS、BSC和MSC 的通信链路也结束了。

移动台返回空闲模式等待用户发生主叫及等待来自网络的寻呼。

10.移动台主叫。

移动台主叫呼叫建立过程需先有通信链路建立过程，原始信息过程、鉴权和加密过程。

这些过程一旦建立成功，移动台在建立的链路上（SDCCH）发送启动信息（1）。

11.移动台被呼。

12.切换。

切换是当MS变换小区时保持呼叫的过程。

（三）、GPRS网络结构GPRS网络主要实体包括GPRS骨干网、GGSN、SGSN、本地位置寄存器HLR、移动交换中心(MSC，拜访位置寄存器(VLR)、移动台、分组数据网络(PDN)、短消息业务网关移动交换中心(SMS．GMSC)和短消息业务互通移动交换中心(SMS．IWMSC)等。

GPRS网络结构图（四）、GSM技术特点1.频谱效率。

由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

2.容量。

由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

3.话音质量。

鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

4.开放的接口。

GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

5. 安全性。

通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

鉴权用来验证用户的入网权利。

加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。

TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

6.与ISDN、PSTN等的互连。

与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP 或TUP等。

7. 在SIM卡基础上实现漫游。

漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。

GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

二、3G3G网络是第三代无线蜂窝电话通讯协议，主要是在2G的基础上发展了高带宽的数据通信，并提高了语音通话安全性。

采用了CDMA技术，相对于2G来说可以提供更大的系统容量，有效缓解急剧增长的用户数量和有限的频率资源之间的矛盾。

3G能够达到高速车载环境下384kb/s，低速或静止状态下2Mb/s及以上的速率，因此可提供多样化、个性化业务，并向多媒体化、智能化、分组化方向发展。

目前3G常用的有3种主流标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，传速速度相对较快，可以很好的满足手机上网等需求。

（一）、WCDMA的系统组成WCDMA系统可以划分为核心网（CN）、无线接入网络（UTRAN）以及终端用户设备（UE）三大部分。

其中核心网负责处理WCDMA系统内用户的语音呼叫、数据连接及与外部网络的交换和路由；无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，由于采用了UTRA（UMTS的陆地无线接入）技术，所以称为UTRAN；WCDMA系统中的用户终端设备UE可以类比于GSM中的MS。

核心网（CN）、无线接入网络（UTRAN）和终端用户设备（UE）三大部分由两个开放的接口Uu和Iu连接起来，其中Uu接口连接UE和UTRAN，Iu接口连接UTRAN和CN。

Uu和Iu两个开放接口的标准化使得WCDMA系统的不同部分可以独立开发设计，任何符合要求的终端和系统设备都可以在WCDMA系统中正常运行。

1.核心网络CN:核心网负责与其他网络的连接、管理UE以及与UE的通信。

考虑到从GSM系统演进到WCDMA系统需要较长的时间，因此核心网除了可接入WCDMA无线网络外，还可以接入GSM无线网络。

WCDMA核心网的特点是网元种类多，各个版本的核心网结构和组成大相径庭。

2.无线接入网络UTRAN:由NODE B和无线网络控制器（RNC）构成，NODE B 相当于GSM BTS，RNC相当于GSM BSC。

UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分，前者完成与CN的接口，实现向用户提供QOS保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；无线相关部分处理与UE的无线接入(用户信息传送、无线信道控制、资源管理等)。

Node B：无线收发信机。

主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码、还包括基带信号和射频信号的转化。

RNC：无线网络控制器是3G网络的一个关键网元。

它是接入网的组成部分，用于提供移动性管理、呼叫处理、链接管理和切换机制。

3.终端UE:UE通过空中接口Uu与UTRAN连接，为用户提供核心网提供的各种业务功能，包括语音、短信、视频电话和移动数据等业务。

UE由ME（Mobile Equipment，移动设备）和USIM（UMTS Subscriber Identity Module，UMTS用户识别单元）两部分组成，两部分通过Cu接口连接。

ME的主要结构包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块和应用层软件模块等部分，并通过空中接口Uu与UTRAN连接。

USIM与GSM的SIM作用相同，存储了用户的重要信息。

（二）、WCDMA工作原理wcdma采用直扩（mc）模式，载波带宽为5mhz，数据传送可达到每秒2mbit （室内）及384kbps（移动空间）。

它采用mc fdd双工模式，与gsm网络有良好的兼容性和互操作性。

作为一项新技术，它在技术成熟性方面不及cdma2000，但其优势在于gsm的广泛采用能为其升级带来方便。