行動計算的基礎建設 ─ 網路技術

資訊、通訊與傳播-數位匯流 Notebooks Intermediate Servers Blue Tooth Content Server Home PC Notebooks Workstations Smart Phone Web TV PDA Network Intermediate Servers Blue Tooth LAN GSM ADSL Wireless LAN Multimedia Content Content Server

資訊通訊藍圖 Internet_ 有線電視 Direc PC 寬頻上網 ADSL Satellite ISP NOC 電話線 數位線 同軸電纜 網路線 Internet_ WWW, FTP, Mail, BBS, ICQ… ISP NOC Modem PC Satellite Telephony PSTN Direc PC DirecPC Card 分配器 Cable Modem 電視 HFC 混合式光纖 同軸電腦網路 有線電視 寬頻上網 ADSL WAP Gateway 行動電話 系統業者 手機 NIC

行動資訊系統的水平整合 All-IP Network

行動資訊系統的垂直整合

網路技術 企業網路技術 寬頻網路技術 家庭網路關鍵技術 廣域網路技術

企業網路技術 有線網路 無線網路 Ethernet (802.3) Fast Ethernet (802.3u) Gigabit Ethernet (802.3z/802.3ab) 10 Gigabit Ethernet (802.3ae/802.3ak) 無線網路 802.11系列： 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g 網路安全與QoS(Quality of Service )

寬頻網路技術 DSL Cable Modem 對稱(Symmetric Digital Subscriber Line) HDSL (High-Speed Digital Subscriber Line) SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) 非對稱(Asymmetric Digital Subscriber Line) ADSL VDSL (Very-high data rate Digital Subscriber Line) Cable Modem

家庭網路關鍵技術 有線傳輸技術 短距離無線傳輸技術 電源線 電話線 同軸電纜 乙太網路線 802.11e 紅外線 Bluetooth IEEE 802.15 UWB(Ultra Wide Band) ZigBee (HomeRF Lite) NFC(Near Field Communication，近場通訊)

廣域網路技術 GSM (Global System for Mobile Communication) GPRS (General Packet Radio Service) WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) 3G第三代無線通訊系統 B3G (Beyond 3G) HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) FMC (Fixed Mobile Convergence) IMS (IP-based Multimedia Subsystem)

其他 RFID Smart card

RFID Radio Frequency Identification Main Components RFID tags Be made up of a chip and antenna Active tags, passive tags RFID reader Back-end database An RFID tag is made up of a chip and antenna. RFID是一種無線辨識技術，透過讀寫器讀取物品上RFID 資訊，再將這些資訊經由網路傳送至遠端伺服器， 進而辨認及追蹤該物品，一般用於物流作業上，未來可普遍使用於生活當中。 RFID最開始也是最重要的功能之一即為取代了傳統的條碼（Barcode），因為RFID具有不需要接觸式的讀取資料， 且可以在特定的範圍內讀取資料，也沒有傳統條碼辨識不清的問題，且其成本也相當低廉. 1-12 12

RFID Properties Contactless read/write Size Storage Reusable Potential Potential 潛力無限XD~ 1-13 13

RFID Applications Shopping Manufacturing Animal tagging Library Logistics Etc. Logistic 軍事後勤學 Manufacturing 1-14 14

Smart Card A smart card Component Based Classification A chip card or Integrated Circuit Card (ICC) Component Based Classification Memory cards Microprocessor cards Interface Based Classification Contact cards Contactless cards Combi cards A smart card - A chip card or Integrated Circuit Card (ICC) 1-15 15

Smart Card Applications Finance Telecommunications Health Government Transport Based on numbers, pre-paid telephone cards seem to be the most common smart card application. Often such applications are reloadable. Value can be added to a card by paying the dealer. This ensures repeated usage of the smart card. Along with conventional telephony, cellular phones also use smart cards. The SIM card that is inserted into a cellular handset is nothing but a smart card. The advent of smart cards has allowed banks to replace their current cards [ATM, Debit, Credit Account, Travel and Entertainment Cards] with one card. Smart cards are also being used in quite a few countries as electronic purses. Along with banks, many retailers have started using smart cards as Loyalty Cards. Health care is another sector where smart cards are making their mark. Versichertenkarte in Germany and Sesam Vitale in France are examples of schemes using Smart Cards in health insurance schemes. Over 80 million such cards have been issued. Smart cards are currently being used for fast ticketing in public transport, parking and road tolling in many countries. South Korea issued 1.5 million cards for public transport and is the largest user of smart cards in public transport. Hong Kong, with its Octopus Cards is set to follow South Korea in this respect. In India, Indian Railways is also experimenting with smart cards for ticketing purposes. Many universities and schools are using smart cards for ID purposes. These ID cards can also be used at the library, canteen, vending machines and other services on the campus. 1-16 16

行動通訊網路 通行的無線網路(Popular Wireless Network) 無線都會區域網路（Wireless Metro Area Network；WMAN） WiMAX (802.16) 無線廣域網路(Wireless Wide Area Network, WWAN) GSM, GPRS, 3G, DTV (Digital Television, 數位電視) 無線區域網路(Wireless Area Network, WLAN) WiFi 無線個人區域網路(Wireless Person Area Network, WPAN) BlueTooth, ZigBee, UWB 無線感測、監督、控制區域網路 (Wireless Sensor Area (Actor) Network， WSAN)

MANET：mobile ad hoc network 

無線通訊系統的發展沿革

IEEE LAN Standards 802.1 Higher LAN Protocols 802.2 Logical link control (LLC) (No Activity) 802.3 CSMA/CD (Ethernet) 802.4 Token Bus (No Activity) 802.5 Token Ring (No Activity) 802.6 Metropolitan area network (No Activity) 802.7 Broadband technical advisory (No Activity) 802.8 Fiber optic technical advisory (Obsolete) 802.9 Integrated services LAN (No Activity) 802.10 Interoperable LAN Security (No Activity) 802.11 Wireless LAN 802.12 100 VG-AnyLAN (No Activity) 802.14 Cable-TV based broadband (Obsolete) 802.15 Wireless Personal Area Network 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX) 802.17 Resilient Packet Ring (RPR)

行動商務之通訊技術 WLAN： 802.11b/a/g/n之比較 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n Approved by IEEE Dec-99 Jan-00 Jun-03 Dec-07 Maximum Data Rate 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps Typical Range 70 m 30 m 50 m 60 m Freq Band 2.4 GHz 5 GHz 2.4/5 GHz 802.11無線區域網路技術回顧與展望

RFID 行動導覽系統與資訊推送服務模式之設計與製作 短距離無線通訊技術 Zigbee Zigbee 是一種短距離、架構簡單、低消耗功率與低傳輸速率之無 線通訊技術，其傳輸距離約為數10 公尺，使用頻段為2.4GHz 與 900MHz，傳輸速率為10K 至250Kbps，網路架構具備Master/Slave 屬性，可達到雙向通信功用，並具有以下特性：(1)省電：透過電 池即可支援ZigBee 長達6-24 個月的使用時間。(2)可靠度高：當 有資料傳送需求時則立即傳送，並進行雙向確認，以此方式大幅 提高系統資訊之可靠度。(3)高度擴充性：一個Zigbee 網路最多 包括255 個Zigbee 網路節點。 Bluebooth 藍芽運作原理在2.45GHz 頻帶上傳輸，除資料外，亦可傳送聲音 及影像，根據IEEE 802 標準所制定的48-bit 地址，可以一對一 或一對多來連接，傳輸距離最遠可達10 公尺，每秒傳輸為1-2MB， 同時可設定加密保護，每分鐘變換頻率1600 次，因而很難截收， 也較不受電磁波干擾。 Ultra wide band(UWB) UWB 是目前IEEE 802.15 3a 所制定的高傳輸速率、低耗電量及低 成本的無線通訊技術，適合高品質服務的無線通訊應用，在短距 離(2-10 公尺)與高速率(53.3-480 Mbps)的使用環境下，相較於 IEEE 802.11a WLAN (Max 54Mbps)系統，其擁有高達8 倍的傳輸 速率。 RFID 行動導覽系統與資訊推送服務模式之設計與製作 陳建成, 大同大學資訊工程研究所, 2007

無線區域網路比較

行動商務之通訊技術 WPAN各項技術比較 wpan技術發展與應用概論

長距離無線通訊技術 GSM(Global System for Mobile Communication) GSM 網路是透過行動交換中心與公共電信交換網路(PSTN)等外界網路 相連接。除了提供語音通訊功能之外，GSM 也提供短訊服務及電路交換 數據服務。 短訊服務：GSM 短訊服務是透過GSM 的信號通道來傳送小 量數據，每次以不超過一百六十個位元組為限制。 電路交換數據服務：在GSM 系統中，一般的通話服務只能使用一個 時槽，所以其傳輸頻寬受到很大的限制，最高只能達到9.6Kbps 的 傳輸速率，即使配合資料壓縮也只能夠達到 14.4Kbps。 GPRS(General Packet Radio Service) GPRS 已經由ETSI 標準化為GSM 第2 階段發展之一，利用GPRS 將 可以 讓使用者以高達115kbit/s的速率傳送及接收資料 GPRS 是跨入 第三代。 行動通訊的重要技術。它強化了GSM的數據傳輸能力，以封包交換 (packet switch)取代電路交換(circuitswitch)，大幅提昇傳輸速率。 無線通訊技術[11] (一)、GSM(Global System for Mobile Communication) GSM 網路是透過行動交換中心與公共電信交換網路(PSTN)等外界網路相連接。GSM 是在笫二代無線通訊中發展最成功的系統，除了提供語音通訊的功能之外，也提供簡單的數據通訊能力。由於獲得全球最多的國家與地區採用，目前也擁有最多的用戶，因此在無線通訊上，一直扮演相當重要而關鍵的角色。 除了提供語音通訊功能之外，GSM 也提供了基本而簡易的數據服務，雖然功能相當有限，卻也是以後發展高速無線數據通訊及無線多媒體應用的基礎，GSM 又分短訊服務及電路交換數據服務[12]： 1. 短訊服務：GSM 短訊服務是透過GSM 的信號通道來傳送小量數據，每次以不超過一百六十個位元組為限制。 2. 電路交換數據服務：在GSM 系統中，一般的通話服務是經由訊號通道來完成，每個用戶在通話過程中是利用一個時槽來傳送語音的數位訊號。因為只能使用一個時槽，所以其傳輸頻寬受到很大的限制，最高只能達到9.6Kbps 的傳輸速 率，即使配合資料壓縮也只能夠達到 14.4Kbps。由於受到頻寬及價格因素限制，一般使用的電路交換數據服務人並 不多。 (二)、GPRS(General Packet Radio Service) GPRS 已經由ETSI 標準化為GSM 第2 階段發展之一，代表GSM 中第一次實現封包交換，基本上這是一種電路交換技術。封包交換並不是在固定的連線中傳送連續的資料串，而是要傳送資料時才使用網路。利用GPRS 將可以讓使用者以高達115kbit/s的速率傳送及接收資料[13]。 GPRS 是跨入第三代行動通訊的重要技術。它強化了GSM的數據傳輸能力，以封包交換(packet switch)取代電路交換(circuitswitch)，大幅提昇傳輸速率，有效運用頻譜資源，讓更多人加入使用，就是當資料在GPRS 系統傳送時，資料是被分成許多一連15串的小封包，而不是獨佔一整條電路來進行傳輸。因此，可讓多人共享網路資源，充份利用有限頻寬[13]。

GPRS 和GSM 比較 資策會，FIND－國內GPRS 行動上網發展現況。 http://www.find.org.tw/trend_disp.asp?trend_id=1191(2005/8)。

行動通訊系統之世代 第一代，1G (the first generation): AMPS (advanced mobile phone system) 。 第二代， 2G (the 2nd generation): GSM (global system for mobile communications) 。 第三代， 3G (the 3rd generation): CDMA (code division multiple access) 。 第四代， 4G (the 4th generation) : WiMAX, LTE (long term evolution)。

GSM , GPRS , 3G , 4G Comparison GSM GPRS 3G 4G Radio Transmission Tech. Circuit-switched Circuit-switched, packet-switched Packet-switched Architecture MS、BSS、NS Base on GSM Hybrid Frequency 1850~1990MHz 1800~2400 MHz 2~8GHz Data Rate 9.6~19.2 kbps 64~115kbps 115~384kbps/ 384~2000kbps 2~20/100 Mbps Access Method TDMA/FDMA TDMA W-CDMA, EDGE OFDM, MC-CDMA 28

第一代行動通訊系統 類比式通訊系統 Advanced Mobile Phone Service (AMPS) 1978年於美國芝加哥首次測試，於1983年展開建置 800 MHz 頻段 — 2個 20 MHz 之頻寬 Nordic Mobile Telephony (NMT) 1981年於瑞典、挪威、丹麥及芬蘭開始營運 使用450 MHz 及 900 MHz頻段 Total Access Communications System (TACS) 英國設計，類似AMPS，於1985開始建置 使用900 MHz頻段

第一代行動通訊系統(續) 第一代行動通訊系統獲得空前的成功，讓用戶享受到固定通訊無法達成的便利性，在任何時(anytime)、任何地點(anywhere)皆可通訊之境界。 但是，因為當時對行動電話的需求很大，也暴露一些缺點，例如，容量不足，無法滿足用戶大量的通話需求，頻譜效率不佳。 第一代行動通訊為類比式通訊系統，安全性很低，容易被竊聽、複製(俗稱王八機)及盗打等。

第二代行動通訊系統 數位式通訊系統 利用科技提高系統容量 使用智慧網路(Intelligent Network) 提高防偽保護 增加新服務 如語音壓縮技術、數位訊號處理、數位調變技術等 使用智慧網路(Intelligent Network) 提高防偽保護 增加新服務 例如簡訊、轉接、語音留言等

第二代行動通訊系統種類 IS-54/ IS-136 North American TDMA PDC (日本) iDEN DECT and PHS IS-95 CDMA (cdmaOne) GSM：以GSM系統最為成功，也是最多國家採用的系統

GSM 原來稱為” Groupe Special Mobile”，後來改為” Global System for Mobile” 主要由歐洲國家於1982年開始開發 強調無縫隙的漫遊(seamless roaming )機制 1991年開始營運

GSM (續) 採用分時多重接取技術(Time division multiple access)，毎8 個用戶共用一個頻道，頻道寛度 200KHz 使用頻段 900MHz : uplink 890-915 MHz, downlink 935-960 MHz 1800MHz: uplink 1710-1785 MHz, downlink 1805-1880 MHz 後來增加 1900 MHz (美國 PCS bands) : uplink 1850-1910 MHz, downlink 1930-1990 MHz GSM為全球2G的主流技術，可以全球漫遊

第三代行動通訊系統 以CDMA為核心技術 普及化全球漫遊 多媒體服務 (語音, 數據及影像) 提高資料傳輸速度 移動時可達384 kbps 靜止時可達 2 Mbps 更高的頻譜使用效率，增加系統容量 IP 架構，易於和網際網路連接

第三代行動通訊系統(續) 由聯合國電信聯盟(ITU, International Telecommunication Union)主導規格之制定 IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000)：ITU制定3G標準的名稱

3G頻譜 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 MHz ITU allocation (WRC 1992) IMT-2000 MSS  IMT-2000 MSS  GSM 1800 DE CT T D UTRA FDD  MSS  T D UTRA FDD  MSS  Europe GSM 1800 IMT-2000 MSS  IMT-2000 MSS  China PHS cdma2000 W-CDMA MSS  cdma2000 W-CDMA MSS  Japan PCS MSS  rsv. MSS  North America 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 MHz

第四代行動通訊系統 消費者對於無線通訊傳輸速度有更高的需求，第四代行動通訊系統的速度可以達到10M～20Mbps，最高可以達到100Mbps 每個4G通道將佔有100MHz的頻譜，相當於3G網路的20倍 4G通訊系統具備全球漫遊、界面開放、能跟多種網路互聯、終端多樣化等特點 4G通訊提供的無線多媒體通訊服務將包括語音、數據、影像等，大量訊息透過寬頻的通道傳送出去，為此4G也稱為“寬頻多媒體行動通訊“ 具向後相容特性，運營商可以直接在3G網路的基礎設施之上，採用逐步引入的方法，建置4G網路，能夠有效地降低運營成本

4G特色 以OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 技術為核心 使用MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) 天線技術 無所不在的行動接取(Ubiquitous mobile access) 自動連網(Autonomous networks)

3G及4G主要參數比較 Attribute 3G 4G Major Characteristic Predominantly voice- data as add-on Converged data and VoIP Network Architecture Wide area Cell based Hybrid – integration of Wireless Lan (WiFi), Blue Tooth, Wide Area Frequency Band 1.6 - 2.5 GHz 2 – 8 GHz Component Design Optimized antenna; multi-band adapters Smart antennas; SW multi-band; wideband radios Bandwidth 5 – 20 MHz 100+ MHz Data Rate 385 Kbps - 2 Mbps 20 – 100 Mbps Access WCDMA/CDMA2000 MC-CDMA or OFDM Forward Error Correction Convolution code 1/2, 1/3; turbo Concatenated Coding Switching Circuit/Packet Packet Mobile top Speed 200 kmph IP Multiple versions All IP (IPv6.0) Operational ~2003 ~2010

多重接取(multiple access)技術 FDMA (frequency division multiple access) TDMA (time division multiple access) CDMA (code division multiple access) OFDMA (orthogonal frequency division multiple access)

分頻多工接取FDMA 多個用戶使用不同頻道，同時間接取網路 例如GSM ，毎頻道寬200 kHz Channel #1 Channel #2

分時多工接取TDMA 多個用戶使用相同頻道，但於不同時間接取網路 例如GSM ，毎頻道分成8個時間供用戶使用 channel #1 time slot #1 8 time slots for 8 users T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 channel #1 time slot #2

One TDMA frame = 8 timeslots GSM系統中之多重接取 同時採用FDMA及TDMA Frequency Time 200 KHz One timeslot = 0.577 ms One TDMA frame = 8 timeslots

分碼多工接取CDMA 多個用戶使用個別的PN (pseudo number)碼，使用相同頻率，在相同時間接取網路

Code Division Multiple Access (CDMA) Orthogonal Walsh codes 64 codes (channels) One pilot channel Seven paging channels 55 traffic channels Each carrier 1.25 MHz

正交分頻多工接取OFDMA 用戶使用正交之不同頻道接取網路 正交原則 PEAK g1(t) g2(t) ZERO ~ 6 kHz ~ 800 tones ~ 5 MHz PEAK g1(t) g2(t) ZERO

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Based Multiple Access (OFDMA) Orthogonality Principle OFDM OFDM-FDMA

Orthogonality Principle Vector space A, B and C vectors in space are orthogonal to each other A.B=B.C=C.A=0 (A+B+C).A=(mod A)^2 (A+B+C).B=(mod B)^2 (A+B+C).C=(mod C)^2 A B C

Orthogonality Principle cont.. Real Function space

Orthogonality Principle cont.. Here mw and nw are called m-th and n-th harmonics of w respectively

Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) It is a special kind of FDM The spacing between carriers are such that they are orthogonal to one another Therefore no need of guard band between carriers. One example makes the thing clear

Example of OFDM Lets we have following information bits 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, -1, … Just converts the serials bits to parallel bits C1 C2 C3 C4 1 -1

Example of OFDM cont.. Modulate each column with corresponding sub-carrier using BPSK Modulated signal for C1 Modulated signal for C2 Modulated signal for C3 Modulated signal for C4

Example of OFDM cont.. Final OFDM Signal = Sum of all signal V(t) Generated OFDM signal, V(t)

OFDM-FDMA (OFDMA) Each terminal occupies a subset of sub-carriers Subset is called an OFDMA traffic channel Each traffic channel is assigned exclusively to one user at any time user1 user2 user3 user4

第三代行動通訊原理與應用 IMT-2000規劃下之3G網路架構 Global Satellite Suburban Urban Macrocell Microcell Urban In-Building Picocell Global Suburban Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal

IMT-2000無線電主要標準 IMT-MC Multi Carrier CDMA: CDMA2000 Evolution of IS-95 CDMA, i.e. cdmaOne IMT-DS Direct Spread CDMA: W-CDMA New from 3GPP; UTRAN FDD IMT-TC Time Code CDMA New from 3GPP; UTRAN TDD New from China; TD-SCDMA

CDMA2000之標準 由原先 Qualcomm 公司之CDMA演化而來 最容易整合 2G系統到 3G的解決方案 較好的頻譜效率 現在被稱為 cdmaOne or IS-95 最容易整合 2G系統到 3G的解決方案 cdmaOne 業者不需額外的頻譜 1xEVD0 可以有較高的傳輸速率 較好的頻譜效率 但是，CDMA2000 之核心網路較不成熟 cmdaOne 介面沒有統一標準，往往會因設備供應商之不同而不同

W-CDMA之標準 Wideband CDMA之簡稱 由歐洲國家主導，對GSM營運商而言，較容易整合成3G網路 需要額外的頻譜 也稱之為 Universal Mobile Telephone Service (UMTS) 由歐洲國家主導，對GSM營運商而言，較容易整合成3G網路 可以鞏固 GSM’s 的主導地位 需要額外的頻譜 W-CDMA的頻譜和GSM的頻譜不同 毎個上、下鏈頻寬為5 MHz 也提供非對稱式頻譜 最多國家採用的技術

TD-SCDMA之標準 主要使用分時多工技術Time division duplex (TDD) 由中國主導，並將於中國建置營運 很適合非對稱式流量之通訊型態 毎個頻道可以使用較小的頻寬(1.6MHz) 手機消耗電功率較低 功率放大器必須非常線性，因此設備比較不容易達到嚴格規格的要求

核心網路架構之演進 核心網路簡稱CN (core network) 主要有兩大架構 GSM-MAP — 由 W-CDMA 營運商採用 定義以SS7(signaling system 7)為基礎的控制訊號系統 ，由GSM之2G網路演化而來 ANSI-41 MAP — 由 cdmaOne營運商採用 兩者都進步到 “all IP” 版本

傳統2G網路架構 因3G核心網路由2G演化而來，在此先介紹2G之核心網路 PLMN PSTN PSDN BTS BSC MSC/VLR HLR GMSC CO PSTN PLMN Tandem SMS-SC PSDN BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MSC — Mobile Switching Center VLR — Visitor Location Register HLR — Home Location Register

2G網路架構 主要分成4大元件: 及3大次系統(subsystem) RSS (radio subsystem): 包含無線電規格 手機 MS (mobile station) 基地台 BS (base station) 行動交換中心 MSC (mobile switching center) 位置註冊中心 LR (location register) 及3大次系統(subsystem) RSS (radio subsystem): 包含無線電規格 NSS (network and switching subsystem): 包括交換、轉接、換手(handover)等 OSS (operation subsystem): 負責管理網路

無線電次系統 主要負責將手機連接到交換中心 主要分成3部分: 手機: 手機由行動裝置 (ME: mobile equipment) 及用戶識別模組(SIM: subscriber identity module)組成，SIM為一個小卡片，裝置於ME內，主要記載用戶的資料，包括用戶碼、用戶認証用的密碼等。 基地台(BTS: base transceiver station): 包括無線射頻發射。接收模組、天線等，用以和手機以連接 基地台控制器(BSC: base station controller):負責控制基地台、管理無線頻道、及換手機制等

BTS及BSC功能比較

網路及交換次系統 負責交換電路、行動性之管理(mobility management)、和其他網路互連、系統控制等 主要元件 重要資料庫 MSC (Mobile Switching Center): IWF (Interworking Functions) PSTN (Public Switched Telephone Network) PSPDN (Packet Switched Public Data Net.) CSPDN (Circuit Switched Public Data Net.) 重要資料庫 HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register) EIR (Equipment Identity Register)

MSC之功能 MSC之功能對GSM網路而言，非常重要，其功能如下: 交換電路 支援用戶行動通訊之功能 管理網路資源 經由 Gateway MSC (GMSC)和其他網路連接 整合多個資料庫，如HLR, VLR等 進行呼叫( paging)及轉接 (call forwarding) 處理 SS7 (signaling system no. 7)訊號 位置註冊(location registration)及轉接位置註冊(forwarding of location information) 提供簡訊服務 short message service (SMS) 處理帳務系統(billing system)

HLR及VLR之功能 HLR 主要資料庫，儲存用戶詳細資料，如訂購之服務種類、SIM卡號碼、用戶認證之金鑰等，一個營運商可以維多個HLR，以增進通訊之效率 VLR 用戶離開原來註冊之MSC，到另一個MSC，這個MSC需要一個VLR，用以記錄這類用戶的資訊，不管行動用戶行動到何處，網路可以快速paging到這個行動用戶，有如流動人口申報之功能，便於連繫流動用戶。

營運次系統 GSM的網路管理中心，負責管理所有次系統，主要分成3部分。 認證中心Authentication Center (AUC) 在VLR 的要求下，產生認證用戶所需要的資料 進行加解密演算 設備辨識註冊Equipment Identity Register (EIR) 記錄用戶手機之識別碼及其狀態 失竊之手機可被系統鎖住 維運管理中心Operation and Maintenance Center (OMC) 監控網路，維修調度、話務監控等

呼叫實例 1: 呼叫 GSM 用戶 2: 轉接呼叫到 GMSC 3: 將呼叫訊號連接到 HLR 4, 5: 向VLR請求用戶漫遊碼MSRN (mobile subscriber roaming number) 6: 將用戶所在的MSC 告知GMSC 7: 將呼叫轉接到用戶所在的MSC 8, 9: 取得用戶目前的狀態 10, 11:響鈴用戶手機 12, 13: 手機應答 14, 15: 安全性檢查 16, 17: 建立連線 PSTN calling station GMSC HLR VLR BSS MSC MS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 16 14 15 17

3G網路架構 由原有2 G網路演化而來並整合2 G網路 並加入網際網路，在此稱為PSDN (public switch data network)。 原MS改稱為UE (user equipment) 原BTS改稱為RNS (radio network system) 原BSC改稱為RNC (radio network controller) 增加SGSN (serving GPRS support node) 及GGSN (gateway GPRS support node) SGSN: 分開電路交換服務和分封交換之服務 GGSN: 接入數據通訊網路之閘道器

3G網路架構圖 網際網路 PSTN SS7 PSDN IP 2G MS (voice only) CN BSS 3G UE (voice & data) Node B RNC RNS Iub IuCS ATM IuPS E PSTN Abis PSTN A B BSC C MSC GMSC Gb D BTS VLR Gs SS7 H Gr HLR AuC Gc Gn Gi PSDN IP SGSN GGSN 網際網路

3G網路之特性 無線網路次系統(radio network subsystem) 核心網路(core network) RNC Node B UE 核心網路(core network) SGSN GGSN

RNC之功能 呼叫允許特制(call admission control) 擁塞控制 (congestion control) 加解密 無線頻道資源管理 PN碼指派 功率控制 換手控制

3G無線網路之功率控制 毎個用戶所發射的功率，在基地台接收之強度要相同，避免過大的功率出現在基地台，而影響通訊容量。 毎秒進行1500次之功率控制

精確之功率控制

SGSN之功能 因為3G網路，要整合原有的行動電話交換電路及數據通訊網路(網際網路)，並且時管理2G之MS及3G之UE，因此必需要有一個介接中心，能整合所有通訊協定，進行必要的轉換。其功能如下: 整合2G及3G服務 數據通訊服務之管理 帳務處理 安全及認証 用戶追蹤

GGSN之功能 行動電話交換及數據分封交換網路之閘道器 將上述網路互連 封包交換 電路交換 GPRS 核心 PSTN MSC/UMSC Internet GPRS 骨幹 IP 網路 MSC/UMSC BSC SGSN GGSN BTS RNC Node B

Internet/Intranet/ISP 3G網路和IP網路之整合 N_B Internet/Intranet/ISP PSTN/ISDN Application servers RNC Iub Iur ATM GTP+/IP Wireless Data Server www, email IP PCM SS7 IP Firewall GGSN MGCF HSS CSCF SGW MGW MRF (G)MSC 3G-MSC SGSN

WCDMA主要參數 Multiple access method Direct Sequence CDMA. Duplex method FDD/TDD Base station sync. Asynchronous operation Chip rate 3.84 Mcps Frame length 10 ms Service multiplexing Multiple services with different quality of service requirements multiplexed on on connection Multi-rate concept Variable spreading factor and multi-code Detection Coherent using pilot symbols or common pilot Multi-user detection, smart antenna Supported by the standard, optional in the implementation

3G服務 Circuit switched 16 kbit/s Voice SMS successor, E-Mail Packet switched 14.4 kbit/s Simple Messaging Switched Data asymmetrical, MM, downloads 384 kbit/s Medium MM Low coverage, max. 6 km/h 2 Mbit/s High MM Bidirectional, video telephone 128 kbit/s High Interactive MM Transport mode Bandwidth Service Profile

3G服務品質分類 語音服務Conversational 串流服務Streaming 互動式服務Interactive 背景執行服務Background

3G服務類別 Traffic class conversational Streaming Interactive background Fundamental characteristics Preserve time relation (variation) between information entities of the stream Conversational pattern (stringent and low delay) Preserve time relation between information entities of the stream Request response pattern Preserve data integrity Destination is not expecting the data within a certain time Examples of applications Voice, video telephony, video games Streaming multimedia Web browsing, network games Background download of email

WiMAX原理與應用 定義: WiMAX 為 Worldwide Interoperability for Microwave Access之簡稱 寬頻無線都會型網路 (MAN: metropolitan area network) 之標準 提供用戶端與核心網路間之無線服務 可視為有線數據用戶迴路(digital subscriber line DSL )之無線版本 由IEEE制定一系列之標準 WiMAX Forum 推動設備的互通認證

應用型態 固定無線接取 Fixed wireless access (FWA) 用戶端採用無線固定連線方式和核心網路連結 行動無線接取 Mobile wireless access (MWA) 用戶端採用無線行動連線方式 游牧式無線接取 Nomadic wireless access (NWA) 行動用戶可在不同地點以無線方式和核心網路連結，但連線時必須保持静止狀態

IEEE標準 802.16a 使用需執照與不需執照之頻譜，頻率由2 to 11GHz 支援網格網路( Mesh-Network) 802.16b 增加頻譜 ( 5 and 6GHz) 提供有品質的服務 QoS (for real-time voice and video service) 802.16c 使用 10 to 66GHz 之頻譜 802.16d 802.16a 之修正版 802.16e 針對行動接取，填補無線區域網路和蜂巢式通訊系統容量不足之空隙 提供快速行動之接取，需要快速換手功能

IEEE 802.16標準比較

Indoor/Outdoor modems Portable Indoor/Outdoor WiMAX標準之演化 Scalable OFDMA 802.16e OFDM-256 802.16-2004, 802.16e Indoor/Outdoor modems Residential Gateways Portable Indoor/Outdoor modems Laptops Laptops PDAs Fixed Access Nomadicity Portability Indoor / Outdoor DSL like service Service limited to installed area Device authentication and authorization only VoIP application supported User authentication Stationary or limited mobility Break-before-make BS handovers QoS degradation during handovers (no VoIP) Multi-operator roaming Interworking w/o seamless handovers VoIP application DSL like service from different ‘points of attachment’ Stationary usage: no BS handovers User Authentication Multi-operator roaming

Indoor/Outdoor modems Portable Indoor/Outdoor WiMAX標準之演化 Scalable OFDMA 802.16e OFDM-256 802.16-2004, 802.16e Indoor/Outdoor modems Residential Gateways Portable Indoor/Outdoor modems Laptops Laptops PDAs Fixed Access Nomadicity Portability Full Mobility Indoor / Outdoor DSL like service Service limited to installed area Device authentication and authorization only VoIP application supported User authentication Stationary or limited mobility Break-before-make BS handovers QoS degradation during handovers (no VoIP) Multi-operator roaming Interworking w/o seamless handovers VoIP application Optimized Make-before-break handovers (latency, QoS, data loss) Interworking w/ seamless handovers (session continuity) Optimized low-power operation VoIP service, IMS DSL like service from different ‘points of attachment’ Stationary usage: no BS handovers User Authentication Multi-operator roaming

WiMAX連線架構

WiMAX網路 WiMAX網路可以提供DSL用戶之後端連線(backhaul)，一般採用無線固定方式連接，可以提供高速傳輸(可高達75Mbps) 。 可以提供WiFi無線區域網路之後端連線，提供無縫隙之電波涵蓋。 利用Mobile WiMAX (802.16e)，可以建構如蜂巢式行動通訊之網路，並且提供寬頻服務(可高達15Mbps)

WiMAX電波傳播方式 視距通訊 Line-of-sight 非視距通訊 Non-line-of-sight 固定碟型天線及鐵鎝必需建在基地台及用戶端之屋頂上 使用11 GHz to 66 GHz 頻段 使用高頻段較不容易受到干擾，並且可以提供更大的頻寬 連線之功率可以很強，可支援高速且低錯誤率之傳輸 非視距通訊 Non-line-of-sight 可使用全向性天線於用戶之終端設備 使用2 GHz to 11 GHz頻段 可穿過阻礙進行連線，易於在行動的都會環境中通訊。但傳輸的錯誤率會提高，必需由較高層的通訊協定進行重送機制

WiMAX網路之特性 頻率範圍 10-66 GHz and 2-11 GHz. 寬頻傳輸: Up to 134 Mbit/s in 28 MHz channel (10-66 GHz air interface) 同時採用 TDD or FDD. 支援多種上層的傳輸協定，如ATM, Ethernet or IP. 媒體接取層(MAC)設計為高速傳輸 (可高達 268 Mbps each way), 可以和ATM 網路之服務品質相容

WiMAX網路之特性 (續) 訊框結構允許終端機，依據服務屬性及傳輸環境，能動態指配上下鏈之頻寬 MAC 層使用可變動之封包長度，以增加傳輸效率 MAC 使用自我修正的封包傳送之排程演算法，以利整合不同服務品質要求之服務 高安全性: 支援 AES and 3DES加解密演算法 IEEE 802.16e 可支援移動速率高達 160 km/hr.

WiMAX網路之優點 以MAN之數據通訊網路為基礎，易於和all-IP的網際網路互連 可支援不同服務品質之最後一哩之連線 通訊距離大 資料傳輸速率比傳統3G網路高 建置網路成本有很大的競爭力 可以提供語音及影像等多媒體服務，系統容量較傳統3G網路大