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手機通訊 介紹

手機通訊 介紹. Introduction of Mobile Communication. DIO LEE, ADLab December 22, 2009. Outline. PSTN PCS Generation 1G 2G 3G Generation Overview GSM GPRS MM / SM GGSN PDP. Outline. PSTN PCS Generation 1G 2G 3G Generation Overview GSM GPRS MM / SM GGSN PDP. PSTN.

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Presentation Transcript

  1. 手機通訊介紹 Introduction of Mobile Communication DIO LEE, ADLab December 22, 2009

  2. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  3. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  4. PSTN • 公眾電話交換網路（Public Switched Telephone Network，PSTN）就是一般的有線電話，是我們熟悉的有線電話網路，提供基本的通話服務。

  5. PSTN示意圖

  6. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  7. PCS • The term Personal Communications Services (PCS) means enabling communication with a person at anytime, at any place and in any form.

  8. PCS Architecture

  9. Smartphone

  10. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  11. 1G,2G,3G • Technology • Speed up

  12. 1G (analog) • US: AMPS(Advanced Mobile Phone System) • North Europe: NMT450(Nordic Mobile Telephone 450) • UK: TACS (Total Access Communication System) • JP: JTACS (Japenese TACS)

  13. 2G, cellular phone • High Tier Digital Cellular Systems for widespread vehicular and pedestrian services • Europe: Global System for Mobile Communication (GSM900), Digital Cellular Standard 1800(DCS1800/GSM1800) • US: Open: • DAMPS(Digital Advanced Mobile Phone Service): IS-54 -> IS-136 • cdmaOne: IS-95(by Qualcomm) • JP : JDC(Japanese Digital Cellular) /PDC(Pacific Digital Cellular) 

  14. 2G, cordless phone • Low Tier Cordless Telecommunication Systems for residential, business, and public cordless access applications. • UK:Cordless Telephone Second Generation (CT2) • Europe:Digital European Cordless Telephone (DECT) • JP:Personal Handy phone System (PHS) • US:Personal Access Communications System (PACS)

  15. 2.5G (GPRS) • GPRS(General Packet Radio Service), GSM+ • EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution), GSM++

  16. 3G (IMT-2000) • IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000） • 初期稱為FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication Systems） • Asynchronous Transfer Mode (ATM) backbone • EX: UMTS, SCDMA and CDMA2000.

  17. IMT-2000 的願景 • 使用全世界共同的頻譜及最有效率的頻譜運用。 • 具備設計共通性及公開的標準。 • 具備高品質和一致性的定義。 • 具備全世界漫遊功能。 • 能提供多媒體服務。 • 提供高速傳輸，靜止時為2Mbps、行走時（3Km/hr）為384Kbps、行車時（120Km/hr）為144Kbps。 • 需符合未來寬頻服務的需求。

  18. Generation Overview • First Generation System: AMPS • Analog voice calls • Second Generation Systems: GSM, IS-136, IS-95, and low-tier systems • Digital speech with low-bit-rate data services • Third-Generation: • High-speed and wireless Internet access (up to 2Mbps) • Wireless multimedia servces (audio and video)

  19. Generation Overview

  20. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  21. GSM • Global System for Mobile Communication • 泛歐式數位行動電話系統 • 2G

  22. Gsm structures

  23. Origin • 解決歐洲各類比系統間不相容的問題 • ETSI(European Telecommunications Standard Institute)制定 • 1999, 改由3GPP(the 3rd Generation Partnership Project)負責

  24. GSM 演進

  25. GSM phase • GSM phase 1 服務:電話轉接 • GSMphase 2 服務:SMS(Short MessageService), 承載服務(bearer service):circuit-switched transmission, up to 9.6kbps

  26. GSM + • GSM+(GSMphase 2+) • High Speed Circuit Switched Data(HSCSD) • 用電路式交換的方式傳送數據資料，同時使用多個timeslot,upto115.2kbps; 未更動GSM後端網路. • General Packet Radio Service(GPRS) • Packet-switchedtransmission:更改上層協定及編碼, up to 171.2kbps.

  27. GSM++ • EDGE: Enhanced Data rates for GSM Evolution • 改進空中介面傳輸方式, up to 384kbps.

  28. UMTS • 3G • Universal Mobile Telecommunications System • 384kbps ~ 2Mbps

  29. UMTS / HSDPA • HSDPA: High Speed Downlink Packet Access • More than 10Mbps • 因下載流量較多, 增加UMTS下載封包的傳輸速度

  30. GSM Architecture

  31. GSM Architecture • Mobile Station，MS • Base Station Subsystem，BSS • BSC, BTS • Network and Switch Subsystem，NSS

  32. MS • Mobile Station，MS • Subscriber Identity Module，SIM • Personal Identity Number, PIN, 3 times. • PIN Unlock Key, PUK, 10 times. • Mobile Equipment，ME

  33. BSC • Base Station Controller，BSC • 負責無線電通道的即時分配(channel assignment), 決定是否交遞(handover)

  34. BTS • Base Transceiver Station，BTS • 在通話過程中執行信號強度測量(signal strength measurement), BTS會將自己與MS的信號測量數據轉交給BSC。

  35. NSS • GSM的core network • 使用SS7傳送信令 • GSM MAP（Mobile Application Part）用於建立通話或進行註冊或認證程序。 • 架在SS7之上, 軟體工作平台. • 習慣上稱NSS元件間的介面通稱為GSM MAP

  36. NSS • NSSincludes： • 行動交換中心（Mobile Switching Center，MSC）:執行基本的線路交換功能，負責計費的工作。 • GMSC（Gateway MSC）:特殊的MSC，是PCS網路與PSTN等其他網路連接的閘道。 • Home Location Register，HLR:專門儲存訂購本系統用戶的資料。 • Visitor Location Register，VLR:儲存移動到其負責特定區域內的用戶相關資訊。 • 設備認證資料庫（Equipment Identity Register，EIR）:紀錄手機的型態與出廠的序號。 • 認證中心（Authentication Center，AuC）:用來認證用戶SIM卡之真偽。

  37. FDD • Frequency Division Duplex:分頻多工 • 上行（uplink）﹕890-915 MHz • 下行（downlink）﹕935-960 MHz

  38. Channel access method • Frequency division multiple access (FDMA) • Time-division multiple access (TDMA) • Code division multiple access (CDMA) • Space division multiple access (SDMA)

  39. GSMTDMA • 分時多重存取（Time Division Multiple Access） • 先切成每個4.615msec的訊框（frame），每一個GSM訊框都會有一個編號，稱為訊框號碼（frame number）。 • 訊框再切成長為0.577msec的8個時槽（timeslot）做為獨立傳送資料的基本單位。 • 週期性出現的時槽，就稱為一個channel。

  40. GSMTDMA • 一個基地台可能分配到2對channel : 上行和下行 • 一對頻道內的兩個channel 可分為: • Traffic channel: 傳送語音 • Control channel: 傳送控制訊號 • 每個BTS需要2個control channel, 其它做為 traffic channel.

  41. Example: downlink channel

  42. GSM Bursts

  43. GSM 的資料結構 • 透過GSM傳送的資料都是以burst的型式加以封裝，再將資料放入時槽中傳送。 • 時槽內容包括burst與guard time。 Burst的種類： Normal burst用於傳送使用者語音或數據資料。 F burst放置基地台廣播的信號，讓MS校正頻率，以維持與基地台頻率上的同步。 S burst放置基地台廣播的信號，讓MS校正時間，以維持與基地台時間上的同步。 A burst是當手機想要打電話時，上傳A burst告知基地台欲使用無線電資源。

  44. GPRS & GSM Architecture

  45. Outline • PSTN • PCS • Generation • 1G • 2G • 3G • Generation Overview • GSM • GPRS • MM / SM • GGSN • PDP

  46. GPRS • GPRS extends the GSM circuit switched data capabilities and makes the following services possible: • "Always on" internet access • Multimedia messaging service (MMS) • Internet applications for smart devices through wireless application protocol (WAP) • Point-to-point (P2P) service: inter-networking with the Internet (IP)

  47. GPRS core structure

  48. GPRS & GSM & UMTS

  49. MM / SM • 在PS domain 上傳送數據資料，有以下兩件重要的工作： • 行動管理（Mobility Management） • 由GPRS 行動管理（GPRS Mobility Management，GMM）協定負責手機的行動管理。 • Mobility Management context，MM context • 議程管理（Session Management） • 協定負責手機的通話管理。 • Packet Data Protocol context，PDP Context

  50. Mobility Management • 當手機想要登錄GPRS 網路使用數據傳輸服務前，MS會向系統發出“連網”的請求（即啟動所謂GPRS-attach 的機制）。 • 一旦手機登錄了GPRS網路，即便手機沒有收送任何數據資料，它仍將一直維持在連網的狀態，直到手機或網路端執行“取消GPRS連網服務”（即GPRS-detach）的程序為止，這個便是所謂GPRS “always on”的特性

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