第三章_GSM-UMTS-LTE的演进过程和网络体系结构
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第2章内容回顾 章内容回顾
无线通信历史 无线通信术语和基本概念 无线网络基本结构 无线网络协议家族
Page 1/40
第三章
GSM-UMTS-LTE演进 演进 和网络体系结构
预习检查
请说出几个你能注意到的移动网络设备。 移动网络的哪些部分是有线连接的？哪些部分是无线 连接的？为什么？ 3G是什么？3G以后呢？ 手机和电脑，座机是如何连接的？
多网融合
EDGE（Enhancde Data Rates for GSM Evolution， GSM 演进的增强型数据率）- 2.75G
欧洲电信标准协会（ETSI）提出的使GSM 数据传输速率扩展到384 kb/s的技术，故亦称为GSM-384。这一速率达到了第三代移动通信 系统数据传输速率的下挡范围，能为用户提供许多3G 业务，但需要 的软硬件投资很大，限制了它的大规模发展。
WCDMA标准发展 标准发展
中国联通采用
• IP实时多媒体 • HSDPA • • • • • GSM/GPRS核心网 • WCDMA FDD 电路域IP话音承载 电路域CS/MGW TD-SCDMA VoIP QoS是关键
3GPP Rel5
3GPP Rel4
功能冻结 时间点
3GPP Rel99
2000/03
SGSN 是为MS 提供移动性管理、路由选择等服务的节点，处理用户 注册、加密、移动、会话管理和基于位置的具体事务，以实现GSPS 网与原GSM 网互通，把GPRS 连接到无线环境。
GGSN（网关型GPRS支持节点）
接入外部数据网络和业务的节点，用于实现GPRS 网与外部网络（ 如内部网、ISP、AS 等）的互连。
开开 TD-SCDMA 方方方方方
1999
1990
2G 向3G 过渡的策略和方案
GPRS（通用分组无线业务）- 2.5G
一种经济有效的分组数据无线传输技术，具有支持移动上网浏览的 功能；能实现按比特收取用户通信费用；对GSM 网络的改动较少； 速率能达到115kbps，可满足初期大部分用户对3G 业务的需求并很 快为运营商带来效益，提高竞争能力等优点。GPRS 作为二代半的 产品迅速进入市场，可以有效的保护电信运营商的投资，更容易与 现有的网络在业务上兼容。
电信网的融合演进策略
重叠网
业务节点独立、并行发展，其间通过各种网关和网关控制器互联互 通，实现业务层融合，统一提供管理和加快扩展业务
混合网
采用新一代交换机来改造电路交换网，既提高交换节点的效率，扩 大交换节点的容量，又能支持ATM／IP 业务的发展，便于网络向分 组化方向演进
新一代网络的结构（NGN）
GPRS网络叠加结构 网络叠加结构-2.5G 网络叠加结构
GPRS网络叠加组成 网络叠加组成
话音和电路型数据业务仍由GSM 系统和 MSC/VLR 支 持，在BSC 中增加RAN-RAN 接口，以支持3G 的越 区软切换，这时，BSC 变成RNC，HLR/AUC由 2G/2.5G 共用，分组数据业务则由GPRS 基础设施提 供。 SGSN（服务型GPRS 支持节点）
GSM 的特点
GSM 是在全球应用最广泛的第2 代移动通信系统，有 下列主要特点：
频谱效率高：采用声码器、信道编码、交织、均衡、蜂窝等技术， 压缩信道带宽和重复利用频率； 容量：比TACS 系统高3～5 倍，但仍不能满足需求； 带宽有限； 话音质量：与有线固定电话相当； 安全性：采用A3(RAND+Ki)=SERS 鉴权和A8(RAND+Ki)=Kc 加密 ，安全有保障； 移动性：用SIM 卡可不带机漫游，全球漫游计费由MoU 协调 接口开放性：Um、A、是标准开放接口、Abis 是准开放接口 互通性：与PSTN、ISDN 以No.7 信令互通。
GPRS网络特点和过渡 网络特点和过渡
GPRS 能更高效利用无线资源和以更合理的收费方式 提供丰富的业务类型，例如，点对点业务(PTP)；点对 多点业务(PTM)；匿名接入PIM；补充业务和SMS 等 。
3G系统结构 系统结构
无线接入的3大标准和路线图 无线接入的 大标准和路线图
WCDMA由标准化组织3GPP所制定 cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出 的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完 成 TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织 CWTS提出，目前已经融合到3GPP关于 WCDMA-TDD的相关规范中
LTE的发展历程 的发展历程
从2004年12月开始LTE标准研究工作 2006年9月完成SI阶段工作 （Study Item，技术可行 性研究阶段） 2008年6月完成WI阶段的主要工作 （Work Item，具 体技术规范的撰写阶段）
LTE的关键技术特点 的关键技术特点
LTE的目标是在20MHz链路频谱分配的条件下，下行 链路峰值数据速率达到100Mbps以上，上行链路峰值 数据速率达到50Mbps以上 相对于3GPP Release 6 HSPA的频谱效率，LTE下行 链路的频谱效率提高3~4倍，上行链路的频谱效率提高 2~3倍 LTE体系结构将3GPP Release 6 中的RNC、Node B 融合为一体
3G业务特征
对于语音等实时业务，普遍有QoS的要求 向后兼容GSM上所有的业务 引入多媒体业务的概念
本章总结
核心网的网络层次 无线接入网的网络 层次 接入网 2G到3G的演进 2G到3G的演进 核心网 GSM-UMTS-LTE演 GSM-UMTS-LTE演 进 后3G到4G演进 3G到4G演进
演进策略和业务变化
阶段小结
GSM网络结构 从运营商角度看网络演进的策略
分步进行，向下兼容
核心网不变的模块和功能
21
推动通信网络更新换代的六大信息技术
集成电路技术 光电子技术 存储技术 显示技术 无线技术 软件技术
六大信息技术-软件技术
软件技术特点 嵌入式软件的趋势 SoC和处理器平台 编程语言和设计模式
三网融合的内涵与趋势
?
规范完成 时间点
IS-95B
cdma2000-3x
IS-95A
1995
1998
2000
2002
TD-SCDMA发展历程 发展历程
TD-SCDMA 与WCDMA TDD技 技 技技 合 TD-SCDMA 提提提提 TD-SCDMA 会会 在3GPP会 上上上，作作 3GPP方 提 方提 之之
1998
传统的电信网、计算机网（主要指因特网）和有线电 视网通过各种方式相互渗透，并趋向融合
TCP／IP 协议从技术上为三网融合铺平了道路 三网融合涉及技术、业务、市场、行业、终端、网络乃至行业管制 和政策等方面，将对社会、经济和文化的发展及信息产业结构产生 深远的影响 各自的业务层和应用层中繁衍出大量新的业务和应用。图像、话音 和数据也不会简单地融合在一个传统终端（电视、电话和计算机） 中，而是根据不同用户的要求，衍生出多样化的、更有特色的和个 性化的终端。
新一代网络的结构（NGN）
采用多协议标签交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switch）技术构建IP 骨干网
LTE
为了解决并满足未来移动通信的发展需求，3GPP提出 了一种全新的技术演进方案——LTE (Long Term Evolution)。 LTE只保留了分组域，话音业务由VoIP来实现
GSM网络组成 网络组成
网络子系统（NSS）主要包括
移动交换中心（MSC） 访问位置寄存器（VLR） 归属位置寄存器（HLR） 鉴权（认证）中心（AUC） 设备识别寄存器（EIR） 短消息中心和语音信箱（SNC & VM）
则可在话音和数据业务外，提供短消息和语音信箱业务。
运行和管理系统（OMS）包括
基站控制器（MSC）
由于基站众多，为管理方便，在基站与移动业务交换中心之间引入 基站控制器。一个基站控制器管理和控制若干基站，它们之间的通 道接口称为Abis 接口。
基站控制器和所属的基站构成基站子系统（BSS）
GSM网络组成 网络组成
移动交换中心（MSC）
与所辖各基站控制器的连接接口称为A 接口。MSC 完成业务信道的 交换和移动通信系统的集中控制与管理。移动业务交换中心通过中 继线和相应的接口和网关及PSTN/ISDN 和分组交换公用数据网（ PSPDN）互通。
新一代网络(NGN)是
上层使用统一的 IP 联网协议 中间层业务节点主要为电信级分组节点（高速路由器和ATM 交换机） 物理层是基于DWDM 的光传送网和采用多元化无缝网络接入技术的话音、数 据及图像一体化的网络。
特点
可持续发展的网络（CUN）结构； 巨大的网络带宽和容量、低廉的网络成本； 电信级的质量、可靠性和可用性； 丰富的计费功能； 分布式面向目标的业务管理； 容易使用和维护； 能经济、灵活、可靠、透明地支持当前和未来的任何业务等特点。
3
本章目标
了解核心网和无线接入网的基本概念，网络结构和层 次 了解通信网络体系结构从2G到4G的演进过程，策略和 变化 了解在网络演进过程中通信业务的发展 了解多网共存和网络融合的概念
4ຫໍສະໝຸດ Baidu
本章结构
核心网的网络层次 无线接入网的网络 层次 接入网 2G到3G的演进 2G到3G的演进 核心网 GSM-UMTS-LTE演 GSM-UMTS-LTE演 进 后3G到4G演进 3G到4G演进
操作维护中心（OMC） 操作维护终端（OMT），
通过X.25 分组交换网或局域网，管理各功能单元。
GSM 的业务种类
GSM 是以电路交换为基础的全数字化移动通信系统， 能提供下列三类业务，但其带宽有限，数据业务的速 率在9.6kb/s 以下。
电信业务：电话、短消息、可视图文、消息处理系统、传真 承载业务：异步/同步双工数据、电路交换/分组交换 补充业务：号码显示/限制、呼叫前转、反向计费、多方会话、呼叫 等待/ 保持/转换、计费通知、呼叫闭锁等
2001/03
2002/03
cdma2000标准发展 标准发展
中国电信采用
• DO:高速数据业务 • DV:高速数据业务＋话音业务 • 307.2kbps • 话音容量加倍 • 115.2kbps • 8码道捆绑 • QCELP话音编码 • 9.6kbps
cdma20001x
cdma2000 1xEV-DO/DV
演进策略和业务变化
多网融合
5
GSM网络结构 网络结构
GSM网络组成 网络组成
移动台(MS)
（如车载台，手机等）包括发信机和具有分集接收功能的收信机及 天馈线等单元。移动台与基站间的接口是开放的空中无线接口Um， 工作频率由与其连通的基站信道确定。
基站(BTS)
可以有多套工作于不同频率的收、发信机和共用的天线馈线等设备 。基站是移动台和移动业务交换中心互连的桥头堡。
归属位置寄存器（HLR）
存储其所辖用户手机或移动台的身份及业务数据并管理这些用户数 据；此外，还要设置产生鉴权参数以认证移动用户身份的鉴权中心 （AUC）和识别移动台（手机）国际移动设备身份号(IMEI)的设备识 别寄存器（EIR）。
拜访位置寄存器（VLR）
登录访问其辖区的漫游移动用户身份的动态数据库
LTE结构 结构
3G业务分类
基本电信业务，包括语音业务，紧急呼叫业务，短消 息业务。 补充业务，与GSM定义的补充业务相同。 承载业务，包括电路型承载业务和分组型承载业务。 智能业务，从GSM系统继承的基于CAMEL机制的智能 网业务。 位置业务，与位置信息相关的业务，如分区计费，移 动黄页，紧急定位等。 多媒体业务，包括电路型实时多媒体业务，分组型实 时多媒体业务，非实时存贮转发型多媒体消息业务等
无线通信历史 无线通信术语和基本概念 无线网络基本结构 无线网络协议家族
Page 1/40
第三章
GSM-UMTS-LTE演进 演进 和网络体系结构
预习检查
请说出几个你能注意到的移动网络设备。 移动网络的哪些部分是有线连接的？哪些部分是无线 连接的？为什么？ 3G是什么？3G以后呢？ 手机和电脑，座机是如何连接的？
多网融合
EDGE（Enhancde Data Rates for GSM Evolution， GSM 演进的增强型数据率）- 2.75G
欧洲电信标准协会（ETSI）提出的使GSM 数据传输速率扩展到384 kb/s的技术，故亦称为GSM-384。这一速率达到了第三代移动通信 系统数据传输速率的下挡范围，能为用户提供许多3G 业务，但需要 的软硬件投资很大，限制了它的大规模发展。
WCDMA标准发展 标准发展
中国联通采用
• IP实时多媒体 • HSDPA • • • • • GSM/GPRS核心网 • WCDMA FDD 电路域IP话音承载 电路域CS/MGW TD-SCDMA VoIP QoS是关键
3GPP Rel5
3GPP Rel4
功能冻结 时间点
3GPP Rel99
2000/03
SGSN 是为MS 提供移动性管理、路由选择等服务的节点，处理用户 注册、加密、移动、会话管理和基于位置的具体事务，以实现GSPS 网与原GSM 网互通，把GPRS 连接到无线环境。
GGSN（网关型GPRS支持节点）
接入外部数据网络和业务的节点，用于实现GPRS 网与外部网络（ 如内部网、ISP、AS 等）的互连。
开开 TD-SCDMA 方方方方方
1999
1990
2G 向3G 过渡的策略和方案
GPRS（通用分组无线业务）- 2.5G
一种经济有效的分组数据无线传输技术，具有支持移动上网浏览的 功能；能实现按比特收取用户通信费用；对GSM 网络的改动较少； 速率能达到115kbps，可满足初期大部分用户对3G 业务的需求并很 快为运营商带来效益，提高竞争能力等优点。GPRS 作为二代半的 产品迅速进入市场，可以有效的保护电信运营商的投资，更容易与 现有的网络在业务上兼容。
电信网的融合演进策略
重叠网
业务节点独立、并行发展，其间通过各种网关和网关控制器互联互 通，实现业务层融合，统一提供管理和加快扩展业务
混合网
采用新一代交换机来改造电路交换网，既提高交换节点的效率，扩 大交换节点的容量，又能支持ATM／IP 业务的发展，便于网络向分 组化方向演进
新一代网络的结构（NGN）
GPRS网络叠加结构 网络叠加结构-2.5G 网络叠加结构
GPRS网络叠加组成 网络叠加组成
话音和电路型数据业务仍由GSM 系统和 MSC/VLR 支 持，在BSC 中增加RAN-RAN 接口，以支持3G 的越 区软切换，这时，BSC 变成RNC，HLR/AUC由 2G/2.5G 共用，分组数据业务则由GPRS 基础设施提 供。 SGSN（服务型GPRS 支持节点）
GSM 的特点
GSM 是在全球应用最广泛的第2 代移动通信系统，有 下列主要特点：
频谱效率高：采用声码器、信道编码、交织、均衡、蜂窝等技术， 压缩信道带宽和重复利用频率； 容量：比TACS 系统高3～5 倍，但仍不能满足需求； 带宽有限； 话音质量：与有线固定电话相当； 安全性：采用A3(RAND+Ki)=SERS 鉴权和A8(RAND+Ki)=Kc 加密 ，安全有保障； 移动性：用SIM 卡可不带机漫游，全球漫游计费由MoU 协调 接口开放性：Um、A、是标准开放接口、Abis 是准开放接口 互通性：与PSTN、ISDN 以No.7 信令互通。
GPRS网络特点和过渡 网络特点和过渡
GPRS 能更高效利用无线资源和以更合理的收费方式 提供丰富的业务类型，例如，点对点业务(PTP)；点对 多点业务(PTM)；匿名接入PIM；补充业务和SMS 等 。
3G系统结构 系统结构
无线接入的3大标准和路线图 无线接入的 大标准和路线图
WCDMA由标准化组织3GPP所制定 cdma2000体制是基于IS-95的标准基础上提出 的3G标准，目前其标准化工作由3GPP2来完 成 TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织 CWTS提出，目前已经融合到3GPP关于 WCDMA-TDD的相关规范中
LTE的发展历程 的发展历程
从2004年12月开始LTE标准研究工作 2006年9月完成SI阶段工作 （Study Item，技术可行 性研究阶段） 2008年6月完成WI阶段的主要工作 （Work Item，具 体技术规范的撰写阶段）
LTE的关键技术特点 的关键技术特点
LTE的目标是在20MHz链路频谱分配的条件下，下行 链路峰值数据速率达到100Mbps以上，上行链路峰值 数据速率达到50Mbps以上 相对于3GPP Release 6 HSPA的频谱效率，LTE下行 链路的频谱效率提高3~4倍，上行链路的频谱效率提高 2~3倍 LTE体系结构将3GPP Release 6 中的RNC、Node B 融合为一体
3G业务特征
对于语音等实时业务，普遍有QoS的要求 向后兼容GSM上所有的业务 引入多媒体业务的概念
本章总结
核心网的网络层次 无线接入网的网络 层次 接入网 2G到3G的演进 2G到3G的演进 核心网 GSM-UMTS-LTE演 GSM-UMTS-LTE演 进 后3G到4G演进 3G到4G演进
演进策略和业务变化
阶段小结
GSM网络结构 从运营商角度看网络演进的策略
分步进行，向下兼容
核心网不变的模块和功能
21
推动通信网络更新换代的六大信息技术
集成电路技术 光电子技术 存储技术 显示技术 无线技术 软件技术
六大信息技术-软件技术
软件技术特点 嵌入式软件的趋势 SoC和处理器平台 编程语言和设计模式
三网融合的内涵与趋势
?
规范完成 时间点
IS-95B
cdma2000-3x
IS-95A
1995
1998
2000
2002
TD-SCDMA发展历程 发展历程
TD-SCDMA 与WCDMA TDD技 技 技技 合 TD-SCDMA 提提提提 TD-SCDMA 会会 在3GPP会 上上上，作作 3GPP方 提 方提 之之
1998
传统的电信网、计算机网（主要指因特网）和有线电 视网通过各种方式相互渗透，并趋向融合
TCP／IP 协议从技术上为三网融合铺平了道路 三网融合涉及技术、业务、市场、行业、终端、网络乃至行业管制 和政策等方面，将对社会、经济和文化的发展及信息产业结构产生 深远的影响 各自的业务层和应用层中繁衍出大量新的业务和应用。图像、话音 和数据也不会简单地融合在一个传统终端（电视、电话和计算机） 中，而是根据不同用户的要求，衍生出多样化的、更有特色的和个 性化的终端。
新一代网络的结构（NGN）
采用多协议标签交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switch）技术构建IP 骨干网
LTE
为了解决并满足未来移动通信的发展需求，3GPP提出 了一种全新的技术演进方案——LTE (Long Term Evolution)。 LTE只保留了分组域，话音业务由VoIP来实现
GSM网络组成 网络组成
网络子系统（NSS）主要包括
移动交换中心（MSC） 访问位置寄存器（VLR） 归属位置寄存器（HLR） 鉴权（认证）中心（AUC） 设备识别寄存器（EIR） 短消息中心和语音信箱（SNC & VM）
则可在话音和数据业务外，提供短消息和语音信箱业务。
运行和管理系统（OMS）包括
基站控制器（MSC）
由于基站众多，为管理方便，在基站与移动业务交换中心之间引入 基站控制器。一个基站控制器管理和控制若干基站，它们之间的通 道接口称为Abis 接口。
基站控制器和所属的基站构成基站子系统（BSS）
GSM网络组成 网络组成
移动交换中心（MSC）
与所辖各基站控制器的连接接口称为A 接口。MSC 完成业务信道的 交换和移动通信系统的集中控制与管理。移动业务交换中心通过中 继线和相应的接口和网关及PSTN/ISDN 和分组交换公用数据网（ PSPDN）互通。
新一代网络(NGN)是
上层使用统一的 IP 联网协议 中间层业务节点主要为电信级分组节点（高速路由器和ATM 交换机） 物理层是基于DWDM 的光传送网和采用多元化无缝网络接入技术的话音、数 据及图像一体化的网络。
特点
可持续发展的网络（CUN）结构； 巨大的网络带宽和容量、低廉的网络成本； 电信级的质量、可靠性和可用性； 丰富的计费功能； 分布式面向目标的业务管理； 容易使用和维护； 能经济、灵活、可靠、透明地支持当前和未来的任何业务等特点。
3
本章目标
了解核心网和无线接入网的基本概念，网络结构和层 次 了解通信网络体系结构从2G到4G的演进过程，策略和 变化 了解在网络演进过程中通信业务的发展 了解多网共存和网络融合的概念
4ຫໍສະໝຸດ Baidu
本章结构
核心网的网络层次 无线接入网的网络 层次 接入网 2G到3G的演进 2G到3G的演进 核心网 GSM-UMTS-LTE演 GSM-UMTS-LTE演 进 后3G到4G演进 3G到4G演进
操作维护中心（OMC） 操作维护终端（OMT），
通过X.25 分组交换网或局域网，管理各功能单元。
GSM 的业务种类
GSM 是以电路交换为基础的全数字化移动通信系统， 能提供下列三类业务，但其带宽有限，数据业务的速 率在9.6kb/s 以下。
电信业务：电话、短消息、可视图文、消息处理系统、传真 承载业务：异步/同步双工数据、电路交换/分组交换 补充业务：号码显示/限制、呼叫前转、反向计费、多方会话、呼叫 等待/ 保持/转换、计费通知、呼叫闭锁等
2001/03
2002/03
cdma2000标准发展 标准发展
中国电信采用
• DO:高速数据业务 • DV:高速数据业务＋话音业务 • 307.2kbps • 话音容量加倍 • 115.2kbps • 8码道捆绑 • QCELP话音编码 • 9.6kbps
cdma20001x
cdma2000 1xEV-DO/DV
演进策略和业务变化
多网融合
5
GSM网络结构 网络结构
GSM网络组成 网络组成
移动台(MS)
（如车载台，手机等）包括发信机和具有分集接收功能的收信机及 天馈线等单元。移动台与基站间的接口是开放的空中无线接口Um， 工作频率由与其连通的基站信道确定。
基站(BTS)
可以有多套工作于不同频率的收、发信机和共用的天线馈线等设备 。基站是移动台和移动业务交换中心互连的桥头堡。
归属位置寄存器（HLR）
存储其所辖用户手机或移动台的身份及业务数据并管理这些用户数 据；此外，还要设置产生鉴权参数以认证移动用户身份的鉴权中心 （AUC）和识别移动台（手机）国际移动设备身份号(IMEI)的设备识 别寄存器（EIR）。
拜访位置寄存器（VLR）
登录访问其辖区的漫游移动用户身份的动态数据库
LTE结构 结构
3G业务分类
基本电信业务，包括语音业务，紧急呼叫业务，短消 息业务。 补充业务，与GSM定义的补充业务相同。 承载业务，包括电路型承载业务和分组型承载业务。 智能业务，从GSM系统继承的基于CAMEL机制的智能 网业务。 位置业务，与位置信息相关的业务，如分区计费，移 动黄页，紧急定位等。 多媒体业务，包括电路型实时多媒体业务，分组型实 时多媒体业务，非实时存贮转发型多媒体消息业务等