第 13 章 蜂巢式電話和衛星網路.

Presentation on theme: "第 13 章 蜂巢式電話和衛星網路."— Presentation transcript:

1 第 13 章 蜂巢式電話和衛星網路

2 13.1 蜂巢式電話 頻率再使用的原則 傳輸 接收 交遞 漫遊 第一代 AMPS 第二代 第三代 IMT-2000 無線電波介面

3 蜂巢系統

4 為何稱為蜂巢式網路？ 3 1 2 6 7 5 4

5 蜂巢式與頻道再用 頻道再用 (Channel Reuse) 細胞 (cell)

6 細胞化行動通訊干擾現象 相鄰細胞使用相同或相鄰頻率作為通訊頻道，即會產生互相干擾現象 頻率重複使用—同頻干擾 臨頻干擾 A1 A2 A3
D1 D2 D3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 E1 E2 E3 G1 G2 G3 F1 F2 F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 E1 E2 E3 G1 G2 G3 F1 F2 F3 臨頻干擾 最常被採用的是七個基地台為一組的架構，這樣系統業者才能在有限的頻率資源下，讓消費者有更好的通話品質。 典型7個基地台的重複使用模式(7/21)：在這個群集(cluster)中有7個基地台，每個基地台架3隻天線以服務3個細胞，故總共可以服務21個細胞。頻率可依序地被指定，以避免重疊或干擾為原則，此組頻率可以在另一個群集中被重複使用。

7 降低臨頻干擾 – 細胞規劃 頻率12、13產生臨頻干擾 12,24 4,16 8,20 3,15 11,23 7,19 2,14 6,18
10,22 1,13 5,17 9,21 頻率12、13產生臨頻干擾

8 頻率再使用型樣 同一編號可使用同一頻率，稱為再用細胞。

9 再用細胞與頻道使用量 能密鋪平面的正多邊形： 正三角形 假設: 總頻率使用數(頻道數)100 100 / 6 ≒ 17
4 6 2 5 3 1 100 / 6 ≒ 17 每個細胞可使用的跳頻頻道數量=17

10 再用細胞與頻道使用量 能密鋪平面的正多邊形： 正方形 1 3 4 2 100 / 4 = 25

11 再用細胞與頻道使用量 能密鋪平面的正多邊形： 正六角形 1 2 3 100 / 3 ≒ 33

12 細胞 基地台涵蓋的範圍稱為細胞（cell）。 細胞的形狀
巨細胞（macrocell）是電波覆蓋範圍廣大的細胞 微細胞（microcell）是電波覆蓋區域較小的細胞 細胞的形狀 想得到基地台天線真正涵蓋的範圍，是必須透過真正實地的量測，或是利用數據預測方式評估。 規劃細胞要考量讓相鄰的基地台無線電波分佈有重疊的地方。如此當通話中的手機從一個基地台跨越到另一個基地台時，通話才能繼續而不會中斷。

13 細胞的形狀 因地形地貌等因素，基地台涵蓋範圍 實際上呈現不規則形狀。 細胞通常是以正六角形來表示。 圖8 理論上蜂巢式網路之涵蓋範圍
圖7 實際上蜂巢式網路之涵蓋範圍

14 無線通訊手機的演進 1G –以類比訊號傳送語音 (黑金剛電話)
2G –以數位訊號傳送語音–以數位訊號傳送語音 (歐規的GSM、美規的CDMA 、日規的PDC) 2.5G–以數位訊號傳送語音及低功率數據服務(GPRS) 3G –以數位訊號傳送語音、高速率數據及多媒體影音傳輸服務

15 行動通訊系統沿革 第一代 (類比) 第二代 (數位) 第三代 JTACS JDC Mobile Satellite TACS 高功率 GSM
NMT IMT-2000 AMPS NADC PCS PHS 低功率 1-2 行動通訊系統沿革 上圖所示為行動通信標準的演進，第一代與第二代最大的差異是：第一代是以類比方式來傳遞訊息；第二代則是改採數位的方式。若依發射功率來區分，則可分為高功率(俗稱為大哥大)及低功率(或稱低階，俗稱為二哥大)二種。 第三代行動通訊早期稱作FPLMTS(Future Public Land Mobile Telecommunication Systems)，是由國際電信聯合會(International Telecommunication Union,ITU)主導推動全球無線電介面的統一，以供使用者可以一機在手，行遍天下。 由於第二代行動通訊系統在頻譜效率及傳輸速率上已無法符合未來的需求，因而制定了第三代系統以滿足多媒體服務所需高速傳送的特性。在眾多的標準裡，劃碼多工接取(Code Division Multiple Access,CDMA)技術將成為未來第三代行動通訊系統的主流技術，其主要原因在於CDMA可以提供更好的語音品質、更高的容量及更快的傳輸速率。在尚未提供第三代行動通訊系統之服務以前，為了傳輸速率上的提昇,GSM的系統升版至GSM+ 及GSM++。 GSM+ 為HSCSD(High Speed Circuit Switched Data)及GPRS(General Packet Radio Services)；前者是利用多個時槽(Time Slot)來提高其傳輸速率，後者乃是將電路交換方式(Circuit Switched)改變為分封交換方式(Packet Switched)。GSM++ 為EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)，該方式利用不同的調變技術來提高其傳輸速率。 PACS CT0/1 DECT (CT3) CT2

16 數位式 vs 類比式 ((((( ))))) 動通信系統多建于大中城市的市區，城市中的高樓林立、高低不平、疏密不同、形狀各異，這些都使移動通信傳播路徑進一步復雜化，并導致其傳輸特性變化十分劇烈。據以上原因，使移動台接收到的電波一般是直射波和隨時變化的繞射波、反射波、散射波的疊加，這樣就造成所接收信號的電場強度起伏不定，這種現象稱為衰落。

17 類比式 失真 雜音 接收到 處理後

18 數位式 1 1 成功還原 接收到 處理後

19 早期的第一代行動通訊系統(1G) 美國於1984年發展Advanced Mobile Phone System (AMPS)系統
歐洲的類比行動電話系統則多達五種 日規的類比行動電話標準有NTT公司採用的專屬標準及JTAC AMPS規格行動電話市場佔有率全球第一

20 AMPS是一種使用FDMA的類比蜂巢式電話系統。

21 AMPS反向通訊頻帶

22 PHS - Personal Handyphone System
第二代數位式低階蜂巢式電話系統 是由RCR(日本非官方標準中心)所制定的標準 採用劃時多工(分時多重)擷取(Time Division Multiple Access,TDMA) 語音編碼速率32kbps 國內大眾電信0968、0966採用此系統 號碼燒在手機內

23 PHS的優點 通話費低 -- GSM行動通話費的1/2-1/3 待機及連續通話時間長 -- 600小時待機時間與8小時連續通話
待機及連續通話時間長 -- 600小時待機時間與8小時連續通話 高速數據傳輸能力 -- 64K的速率高速無線上網  通話音質佳 -- 語音壓縮至32K 手機發射功率較低 -- 功率只有大哥大的1/60 移動速率可與GSM行動電話媲美 -- hand-over時間0.5秒以下，使得手機能在高速下移動（時速100公里） 遠距查錶 -- 自動販賣機、水錶、電錶、停車場出口等地裝上PHS手機，手機會將收集到的資料回傳 具定位功能 -- 基地台涵蓋半徑較小的特性 可傳音樂、圖檔及手繪圖形 source: 

24 PHS的缺點? 移動速率（時速超過100km/hr會斷訊） 覆蓋率不足 漫遊限制

25 PACS - Personal Access Communications System
是由Bellcore(已改名Telcoria)發展的第二代低階個人通訊服務系統(北美系統) 可設計成無線用戶迴路系統 同時提供TDD與FDD兩種雙工模式 提供電路交換方式與分封交換方式 國內聯邦電信(威寶電信前身)申請到此系統執照，但未開台營運

26 DECT - Digital European(Enhanced) Cordless Telecommunications
是由ETSI所制定低階通訊系統 採用TDMA 高用戶容量 (up to 10,000 Erlang/km2 ) 頻段範圍:1880 – 1900 MHz 可與GSM互連(interwork) 可做以下應用 business cordless home cordless phones public network access

27 快速成長的第二代行動通訊系統(2G) 日本依然獨樹一格，在1995年，推行以TDMA技術的PDC
美國於不同年代先後發表D-AMPS(IS-136)、窄頻CDMA(IS-95)以及PACS 3 南韓全力發展CDMA通訊系統 歐洲成立ETSI制定GSM通訊系統 GSM系統如此出乎意料的快速成長，奠定GSM通訊系統在第二代行動通訊的主流地位。

28 Global System for Mobile Communication (GSM)
(1) GSM : Groupe Spe’cial Mobile, 1982 CEPT ( Conference of European Postal and Telecommunication Administration ) 成立行動通訊研究小組 GSM ，研究製定汎歐行動通訊之統一標準。 (2) GSM : Global System for Mobile Communication, 1989- 1989 GSM 行動通訊研究小組改隸於 ETSI ( European Telecommunication Standards Institute ) ，該小組英文簡稱為 SGM ( Special Group for Mobile )；而所製定之汎歐行動通訊系統則稱為 GSM ( Global System for Mobile Communication ) 。

29 何謂GSM? 由歐洲電信標準協會(ETSI)所制定之無線通訊系統，採用數位式系統及TDMA和FDMA調變技術。主要頻段包括 900/1800/1900。 GSM 網路訊號傳遞速率: 9.6kb/s GSM 行動通訊系統特點： (1) 全數位式 (2) 細胞式 ( cellular ) (3) TDMA / FDMA (4) 客戶識別 ( SIM ) (5) 保密通訊 (6) 國際漫遊(roaming) BTS 行動交換中心 控制器 Location Area 1-3 GSM系統簡介 GSM 數位式行動通訊系統，從其英文全名來看，字義上雖屬於全球性系統(Global System of Mobile Communication)，但實際上是歐洲所制定之通訊系統，因其優越的性能而在全球市場快速的成長。 GSM行動通訊系統，具數位化的特點及蜂巢式細胞的架構，該架構是由一群毗鄰相接的六角形細胞(Cell)組成蜂巢式的大片覆蓋區域而得，各細胞間使用不同頻率以避免干擾，透過功率的規劃與頻率的重複使用，使系統在容量(Capacity)及效能上都能符合行動通訊的需求。 [註]：ETSI - European Telecommunications Standard Institute TDMA - Time Division Multiple Access

30 GSM 之頻帶、頻道 (1) GSM900 (2) GSM1800 124個通訊頻道 n:1 ~124
fu fd=fu+45MHz fu fd=fu+95MHz f f 890Mhz 915Mhz 935Mhz 960Mhz 1710Mhz 1785Mhz 1805Mhz 1880Mhz 25Mhz 25Mhz 75Mhz 75Mhz uplink downlink uplink downlink 手機 基地台 手機 基地台 手機 基地台 手機 基地台 124個通訊頻道 n:1 ~124 uplink: fu= *n MHz downlink: fd= *n MHz 374個通訊頻道 n:512 ~ 885 uplink: fu= *(n-511) MHz downlink: fd= *(n-511) MHz

31

32

33 手機←→基地台 1 劃時多工框架(TDMA Frame) 不同時槽（Time Slot）可以分別傳送不同的訊號 Up Link 劃頻多工
C1 TS0 TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7 … … C0 TS0 TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7 … … Down Link Traffic Channel Control Channel 手機與基地台之間的資料是利用空中介質來傳輸。由於頻道數有限，因此對每一無線電波頻道，都採取TDMA的方式共享資源。由8個時槽(Time Slot)形成一個TDMA碼框，每一傳遞獨立資料的時槽稱為通道(Channel)。若通道是用來擺放控制資料，稱之為控制通道(Control Channel)；若通道是用來擺放訊務資料就稱為訊務通道( Traffic Channel)。每一用戶在通話中都必須佔用一個訊務通道。每一基地台必須要使用二個通道做為控制通道。一般而言，選擇其中的某一頻道之第0時槽(TS0)與第1時槽(TS1)為控制通道，而此頻道稱為C0。因此，若此基地台分配到一個頻道，即表示同時之間最多可以有6個用戶通話；若此基地台分配到二個頻道，即表示同時之間最多可以有6+8=14個用戶通話。 不論是訊務通道或是控制通道，都是以一個Burst的型式將資料放在一個時槽。Burst之資料長度為156.25位元。8個Burst放在8個Time Slot所形成之資料位元率為270kbps。不論從手機到基地台(上鏈)或基地台到手機(下鏈)，都是一樣的位元率。 劃時多工

34 GSM 行動通訊系統之功率 (1) GSM900 (2) DCS1800 基地台功率：320W~2.5W (BTS)
行動台之功率等級： class 1 = 20W (未定義) class 2 = 8W (車載電話) class 3 = 5W (車載電話) class 4 = 2W (手持式電話) class 5 = 0.8W (手持式電話) 服務區範圍：可達35Km 行動台輸出功率可由基地台控制 以每級距2dB, 調降至20mW 基地台功率：20W~2.5W 行動台功率：1W~0.25W 行動台之功率等級：（皆為手機） class 1 = 1W (手持式電話) class 2 = 0.25W (手持式電話) 服務區範圍：約2Km 行動台輸出功率可由基地台控制 以每級距2dB, 調降至2.5mW

35 GSM 系統架構及介面 交換系統 行動話機 基地台系統 網路營運中心 行動電話交換中心閘口 認證中心 主位置記錄器 設備辨識暫存器
網際資料傳輸設備 行動電話交換中心/訪客位置記錄器 AUC -- AUthentication Center BGW -- Billing Gate Way BSC -- Base Station Controller DTI -- Data Transmission Interworking Unit EIR -- Equipment Identity Register GMSC -- Gateway MSC HLR -- Home Location Register ILR -- Interworking Location Register MIN -- Mobile Intelligent Node MS -- Mobile Station MSC -- Mobile Service Switching Center MXE -- Message Center OMC -- Operation and Maintenance System RBS -- Radio Base Station SOG -- Service Order Gateway VLR -- Visitor Location Register 網路中的ILR存在於GSM1900系統,用來使AMPS用戶可以漫遊GSM1900。EIR為一資料庫,存放手機的辨識碼(International Mobile station Equipment Identity)以確認手機的合法性,目前這兩個裝備在台灣並未裝置 行動話機 基地台系統 基地台 網路營運中心 基地台控制器

36 GSM 系統網路圖 認證中心 行動電話交換中心/訪客位置記錄器 行動電話交換中心閘口 基地台控制器 基地台控制器 基地台控制器 基地台
AUC -- AUthentication Center BGW -- Billing Gate Way BSC -- Base Station Controller DTI -- Data Transmission Interworking Unit EIR -- Equipment Identity Register GMSC -- Gateway MSC HLR -- Home Location Register ILR -- Interworking Location Register MIN -- Mobile Intelligent Node MS -- Mobile Station MSC -- Mobile Service Switching Center MXE -- Message Center OMC -- Operation and Maintenance System RBS -- Radio Base Station SOG -- Service Order Gateway VLR -- Visitor Location Register 網路中的ILR存在於GSM1900系統,用來使AMPS用戶可以漫遊GSM1900。EIR為一資料庫,存放手機的辨識碼(International Mobile station Equipment Identity)以確認手機的合法性,目前這兩個裝備在台灣並未裝置 手機 手機 手機 手機 手機

37 通話交遞(HandOver) 微細胞的邊界範圍 交遞：
行動電話從某一細胞移動到另一細胞的過程中，訊號可能轉弱。MSC會每隔幾秒監看訊號狀況，如果訊號逐漸轉弱，MSC會搜尋一個訊號品質較好的通訊細胞，接著MSC將此電話轉移到新的通訊細胞上。 微細胞的邊界範圍 Handover Range

38 通話交遞(HandOver) 淺談流動電話網絡

39 硬交遞（Hard Handoff） 使用 硬交遞 的系統，手機在同一時間只能與一個基地台連接，互相交換訊息。
手機必須在兩個細胞的重疊區域內，快速地轉移到新基地台。 這種交遞方式被稱為硬交遞（hard handoff）。 MSC Old BS New BS 2. 建立新鏈結 1. 終止舊鏈結

40 軟交遞（Soft Handoff） 使用軟交遞 的系統，手機在同一時間可以與數個基地台連接，互相交換訊息。
手機與訊號強的基地台建立連結。 手機與訊號弱的基地台中止連結。 這種交遞方式被稱為軟交遞（soft handoff）。 MSC BS 1 BS 2 CDMA BSs 傳送 pilot signals 以協助 MSs 的追蹤及 MS 與 BS downlink signal 作同步. MSs 會對服務它的 serving BS 的 pilot signals 強度作測量 (i.e., 舊 BS 及 周圍的 BSs). 如果周圍(新) BSs 的 pilot signal 強度超過一個臨界值, 則 MS 會與新 BS 之間建立一條 link. 如果 BS 與 MS 之間的 link 訊號強度低於事先決定的一個臨界值, 此 BS 便會被移除.

41 系統允入控制機制 （Call Admission Control）
丟掉機率（掉線率，Dropping Probability）

42 系統允入控制機制 （Call Admission Control）
堵塞機率（堵率，Blocking Probability）

43 系統允入控制機制 （Call Admission Control）
丟掉機率（掉線率，Dropping Probability） 由一個細胞（Cell）走往另一個細胞時，由於線路（Channel）不足，導致丟掉（Dropped）。 堵塞機率（堵率，Blocking Probability） 新撥的電話（New Call）細胞內的線路不足，導致堵塞（Blocked）。

44 通話交遞(HandOver) 許多不同情況下的通話交遞(Handover) 行動電話交換中心-B 行動電話交換中心-A 基地台控制器

45 行動話機 行動話機機體 ( Mobile Equipment , ME ) 用戶識別模組
控制模組 ( Control part ) 無線電模組 ( Radio part ) 用戶識別模組 ( Subscriber Identity Module , SIM ) 2- 3 行動話機 行動話機包括 1. 行動話機機體 2.用戶識別模組 SIM卡( Subscriber Identity Module , SIM ) 兩部分。

46 SIM卡儲存的數據可分為四類： 國際行動話機用戶識別碼（IMSI）、用戶私密認證鑰匙（KI）、和加密算法等等。
位置區域識别碼（LAI）、行動用戶暫時識別碼（TMSI）、禁止接入的電話代碼等。 相關的服務代碼，如個人識別碼（PIN）、解鎖碼（PUK）、計費費率等。 電話號碼簿，是用戶隨時輸入的電話號碼。用戶全部資料幾乎都儲存在SIM卡内，因此SIM卡又稱為“用户資料識别卡”。

47 手機的不同狀態 無基地台訊號 – 無法呼叫到手機 有基地台訊號 – 分為二種情形 手機 Idle 手機 Active
可收到sms(short message) 及cbs(cell broadcast message) 手機可獨立作位置更新(location upating) 手機 Active 通話中(語音、資料或傳真)或建立通話程序中 由基地台控制器來作handover 可收到sms 但收不到 cbs

48 位置更新(Location Updating)
開機註冊 漫遊 定時註冊 3 – 2 位置更新 位置更新(Location Updating)大致上可分為： 開機註冊：行動話機開機時向系統註冊的位置登記。 漫遊：在漫遊時向系統報告位置的改變。 定時註冊：系統要求行動話機在規定時間內做的位置報告。

49 位置更新(1)：開機註冊 1.搜尋廣播通道(BCH) ，尋找訊號較佳的頻道 2.送出IMSI向MSC(行動電話交換中心)註冊 3.認證
IMSI ( International Mobile Subscriber Identity )為行動用戶之全球唯一識別碼，在用戶申請註冊時，存於HLR/VLR及燒錄於 SIM 卡中。IMSI 長度不超過 15 碼，我國用 15 碼，即 IMSI = xxxxxxxxxx。 3.認證 4.註冊後，MSC會給行動話機TMSI號碼 TMSI ( Temporary Mobile Subscriber Identity )為行動台(MS) 中 SIM 卡之區域性臨時識別碼，長度不超過 32 位元。TMSI 由 VLR 產生，只在同一VLR 服務區內有效。 當行動話機(Mobile Station, MS)打開電源，首先必須要從系統的無線電信號取得基地台的基本資料，才有可能和系統正確的互通訊息，這些資料可以由每個Cell的廣播通道BCH(Broadcast Channel)中得到。 行動話機MS會掃瞄屬於GSM的全部頻率，並且計算每一個頻率的信號強度 ，選擇最佳的一個。若此一頻率不是BCH，就改選次佳的一個，直到找到BCH通道為止。此時由BCCH(Broadcast Control Channel)的內容來分辨是不是可用的Cell，若不是再繼續搜尋，直到找到可用的Cell為止。 分辨BCH的方法是：它必須先在下鏈RF通道中搜尋頻率修正通道(Frequency Correction Channel, FCCH)， FCCH的特徵是142個連續的0信號，以和系統頻率同步。並從同步通道SCH(Synchronization Channel)得到BSIC。再由廣播控制通道BCCH得到細胞全區識別碼CGI，( CGI含有位置範圍識別碼LAI ) 。行動話機由CGI就可判定是不是屬可使用PLMN網路的基地台？

50 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)--行動用戶暫時識別碼
讓手機在註冊後臨時替代IMSI的識別號碼 較IMSI長度來的短(≦32bits)，可節省系統的負載 用來防止在無線介面傳遞時被偵測出門號或IMSI 行動電話交換中心/訪客位置記錄器 基地台控制器 基地台 當行動話機使用IMSI識別碼向MSC/VLR完成了註冊手續之後，MSC/VLR紀錄IMSI ，然後送出一個比IMSI較短的臨時碼TMSI給行動話機，此後這支行動話機在此MSC/VLR的服務範圍中的通訊服務要求，都以此TMSI來加以識別。 使用TMSI可以節省較長的IMSI傳送的時間，提高通訊容量與效率。 TMSI XXX-XXXXX IMSI

51 位置更新(2)：漫遊 同一MSC(行動電話交換中心)中改變不同的LAI 同一行動系統業者中改變不同的MSC 不同的行動系統業者中變換MSC
LAI(Location Area Identity)為服務區識別碼，以供系統識別行動台之位置。 手機透過廣播通道來判斷是否進入另一個LAI(但無法偵測是否屬於不同的MSC) 手機送出位置更新要求,MSC更改手機之LAI 同一行動系統業者中改變不同的MSC 除上述步驟外,另需更新HLR中手機IMSI及MSC對照關係 不同的行動系統業者中變換MSC 在開機後並沒有通話的時間，稱為待機狀態(Idle)，此時行動話機在GSM網路服務範圍中任意移動，以等待系統隨時傳來的呼叫，稱為漫遊(Roaming)。 漫遊中的行動話機，會從鄰近細胞台的BCCH中得到他們的CGI和LAI，並測量他們的信號強度。如果移動後發現有某一個基地台的信號較好，行動話機會改用此基地台的頻率。若此新的基地台的CGI和原有的基地台使用相同的LAI，因還在相同的尋呼範圍之內，不必通知MSC/VLR更改位置紀錄，只要保持和新的BCH同步，並繼續測量周圍細胞強度即可。 假如此新的基地台和原有的基地台的LAI不同，必須進行位置更新(Location Updating)的程序。 假如此新的基地台在同一個MSC/VLR服務範圍中，必須通知MSC/VLR更改VLR的位置紀錄，而HLR的位置資料不會改變。 假如此新的基地台的LAI屬於另一個MSC/VLR服務範圍中，必須向新的MSC/VLR重新進行認證及註冊程序， HLR的位置資料會改成新的MSC/VLR的服務範圍，並通知原來的MSC/VLR將這個行動話機從原來的VLR中除去。

52 位置更新(3)：定時註冊 避免手機在收不到無線訊號(如進入隧道)時，而系統仍尋呼此手機的動作
手機必須每隔一段規定的時間重新做一次註冊程序，此稱為定時註冊 ( Periodic Register) 行動話機關機時，會發出一個脫離(Detach)的信號給MSC/VLR， MSC/VLR會在此行動話機的資料記上脫離的記錄。此後若有呼叫此行動話機的訊務， MSC/VLR就不會做尋呼此行動話機的動作。 有時候，由於某些因素使MSC/VLR沒有收到此脫離信號，而不知這個行動話機實際上已經關機了為避免此情況發生，待機中的行動話機必須每隔一段規定的時間重新做一次註冊程序，此稱為定時註冊 ( Periodic Register)。 若MSC/VLR沒有在規定的時間內收到定時註冊的信號，會自動認為行動話機已經關機，於是在此行動話機的資料記上脫離的記號。 當行動話機關機(Power off)時，會發出一個脫離( Detach)的信號給MSC/VLR， MSC/VLR會在此行動話機的資料記上脫離的記錄。此後若有呼叫此行動話機的訊務， MSC/VLR就不會做尋呼此行動話機的動作。 有時候當行動話機發出脫離信號給MSC/VLR時， 由於某些因素使MSC/VLR沒有收到此脫離信號，而不知這個行動話機實際上已經關機了為避免此情況發生，待機中的行動話機必須每隔一段規定的時間重新做一次註冊程序，此稱為定時註冊 ( Periodic Register)。 若MSC/VLR沒有在規定的時間內收到定時註冊的信號，會自動認為行動話機已經關機，於是在此行動話機的資料記上脫離的記號。

53 GSM 網路架構 – 基地台 基地台負責無線訊號的發射與接收 ,由天線及基地收發台等組成
天線可分為 -- 指向性(Directional)及全向性(Omni)天線 基地收發台可分為 -- 室內、室外及微細胞型基地台 基地台控制器 基地台的設備，包括天線及傳送接收器(即上述基地收發台)，因天線的方向及基地收發台功率的大小，這二者之間的相互搭配及配合地形地物等因素，才能使基地台發揮最大的功能。 基地收發台因放置地點及功率大小可分為室內(Indoor)、室外(Outdoor)及微細胞(Microcell)型的基地台。從基地收發台之天線發射接收所能覆蓋(Coverage)的區域來看，亦就細胞規劃(Cell Planning)而言，基地收發台與天線的設計可分為覆蓋室內(Indoor)及室外(Outdoor)區域的細胞。 基地收發台所發射的功率較大，其所能覆蓋的區域較廣；發射的功率較小 ，則覆蓋的區域較小。巨細胞(Macrocell)(通常以室外型或室內型的基地收發台來設計建造)及微細胞(Microcell)分別屬於覆蓋的區域較廣及覆蓋的區域較小的細胞，二者之關係如下圖所示。 基地台

54 基地台架構 天線系統 傳輸設備 基地台本體 微波 To 基地台控制器 Cable

55 基地台(收發台) 基地台就易利信的型號有 室內型基地台有 RBS200(GSM900) RBS205(GSM1800)及RBS 2202
室外型基地台有 RBS203、RBS204(GSM900)、 RBS2101、RBS2202 微細胞型基地台有 RBS2302。 室內與室外最大的差別在與室外型基地台內部有空調系統,基地台本身除了發射接收訊號與手機通訊之外,還包括備用電力及狀態訊號的傳送,使得當有任何天災人禍發生,造成基地台停電或當機時,才能在最短時間內恢護正常,使損失降至最低。

56 微細胞基地台(收發台) 微細胞型： RBS2302

57 全向性天線(1) GSM 1800 GSM 900 避雷針 圖中顯示的為全向性天線，較長的天線為適用於波長較長的，換言之就是GSM 900 的天線(如圖中左邊所示)，而另一較短的天線(如圖中右邊所示)，即是 GSM 1800 的天線。通常天線都是在相對較高的位置，所以都會放置避雷針(如圖中間所示)，以防天線遭到雷擊。 全向性天線顧名思義即其天線發射接收方向是全面性的，因此若細胞覆蓋區之地形是空曠的(附近無高樓大廈或障礙物)，則該細胞之天線宜用全向性天線。

58 全向性天線(2)

59 指向性天線(1) 避雷針 GSM 1800 GSM 900 圖中所顯示的為指向性天線，該天線視實際需要(地形地物)來調整天線方向及傾斜(tilt)角度，使能得到較佳的覆蓋率(coverage)及網路效能(如阻塞率、中斷率的降低)。 遠傳電信在新竹以北，因為可以架設 GSM900 和 GSM1800 兩套系統，所以在一座基地台上若配合指向性天線，通常會有六支天線；三長三短。三支長天線是 GSM900，而另三支短天線是 GSM1800 。在新竹以南，遠傳電信僅能架設 GSM1800 系統，所以您會看到三支天線以 120度左右之夾角，分別朝向三個方向發射訊號。 此外，某些特殊地形就不見得需要覆蓋360度範圍，例如高速公路或山區可僅針對部分欲覆蓋區域架設天線即可。

60 指向性天線(2)

61 指向性天線內部結構 利用兩組不同之天線列 ，基地台會選擇信號較佳之天線列 天線內部 之結構
基地台天線端多樣化方式具有三種形式：分別是空間多樣化(space diversity)、頻率多樣化(frequency diversity)以及極化多樣化 (polarization diversity)。 至於極化多樣化常使用的為垂直/水平雙陣列天線和斜+45°/-45°雙陣列天線，遠傳所採用的天線多樣化方式是斜+45°/-45°雙陣列天線， ，上圖繪出此天線之大體結構。利用此兩組陣列，可接收不同之電訊強度，RBS得以比較何者較強而將其視為接收訊號處理，這種方式能有效避開忽強忽弱之衰變效應(fading)，提高收訊品質。

62 全向性天線與指向性天線型態的微細胞 全向性天線 指向性天線

63 室內天線(1) 上圖所示為洩波電纜(Linkage Cable)，是屬於室內型天線的一種。

64 室內天線(2)- 洩波電纜

65 室內天線(3) 圓形吸壁式的全向性天線

66 室內天線(4)

67 GSM網路架構-基地台控制器 處理基地台與手機之間的連結,例如 handover 負責無線網路通道的分配與回收
管理及遠端遙控基地台，例如頻率的指定 行動電話交換中心 基地台控制器 基地台 BSC可以是整合於MSC/VLR內或是一獨立的設備，所有基地台的監控與設定都是透過BSC來執行。 當手機在通話時，手機與基地台會監測信號的強度與語音的品質，並將該結果傳給BSC，讓BSC來做必要之控制措施，如交接(handover)等 。除此之外，BSC須儲存基地台的規劃資料並負責指定頻道等工作。 基地台

68 GSM網路架構-行動電話交換中心 為PLMN (Public Land Mobile Network)與固接網路之介面
執行整個網路訊務的交換，包括 處理通話 提供服務 記錄費用 控制與其它電訊網路(PLMN、PSTN)的通話 處理用戶相關功能，如用戶認證、加密等 行動電話交換中心(MSC)是用來執行整個網路訊務與信號(Signalling)的交換，可說是整個GSM網路的核心。配合其他功能單體，如VLR、HLR、AUC等，來處理用戶的認證與通話的保密、相關費用的計算等工作。

69 GSM網路架構 – 主位置記錄器 為一資料庫，儲存 配合認證中心處理認證及通訊保密的資料 用戶基本資料 -- 用戶所選擇的服務等
用戶所在位置 -- 以作為漫遊及計費依據 -- 與訪客位置記錄器相互交換資訊 配合認證中心處理認證及通訊保密的資料 HLR 為一資料庫，儲存及管理本籍用戶資料，在一個PLMN中可以有一至數個HLR(端視客戶數目而定)，本籍用戶資料中包括用戶所選擇的服務、行動電話號碼、SIM卡中的國際識別碼(International Mobile Subscriber Identity,IMSI)等，以及不定時更新的資料，例如用戶的位置(VLR-address)、指定轉接號碼(call forwarded number)、限制呼叫(call barring)等。 遠傳的客戶資料存放在兩個系統當中，計費系統及本籍位置記錄器。遠傳電信採用的計費系統為 CABS。當客戶購買遠傳電信的門號時，客戶服務專員會透過 CABS 系統，為用戶將基本資料註冊在 HLR 。

70 GSM網路架構 – 訪客位置記錄器 儲存及管理漫遊(roaming)中的用戶資料 使行動電話交換中心得以建立通話
訪客位置記錄器可服務一個(含)以上之行動電話交換中心 交換中心 認證中心 閘口 主記錄器 設備辨認暫存器 與 HLR 類似，訪客位置記錄器(VLR)是儲存和管理漫遊行動話機用戶資料的地方，當登錄在網路上的用戶(包含漫遊註冊者)要打電話時，VLR便有足夠的資訊判別是否給予撥號，但未開機註冊的客戶就不會在 VLR 資料庫中。 在 VLR 中所管理的資訊，為 MSC處理漫遊用戶來話及發話所需。當行動話機註冊到新的MSC服務範圍區域時，VLR會透過 MSC告訴 HLR 此話機的最新位置，使得系統可以正確地進行尋呼。 網際資料傳輸設備 行動電話交換中心/ 訪客位置記錄器 BSS

71 GSM網路架構 – 認證中心 提供認證參數以供註冊時使用 提供密碼以供通訊加密時使用 保護無線電通訊，以防未經授權者侵入 認證中心 交換中心
閘口 主位置記錄器 設備辨識暫存器 AUC能提供辨認碼(RAND、SRES、Kc)以供MSC於用戶註冊時作認證，並於通話時對通話內容予以加密。 AUC 對系統及用戶的安全是非常重要的，因此系統供應商對AUC的管制相當嚴格，因為AUC一但落入不肖廠商並遭破解，則整個GSM系統可能會遭到非法使用。 網際資料傳輸設備 行動電話交換中心/ 訪客位置記錄器 基地台

72 GSM網路架構 – 設備辨識暫存器 儲存IMEI(International Mobile Equipment Identity)資料庫，用以辨識手機是否為合法持有 IMEI 為手機(MS) 設備之全球唯一識別碼，長度15碼。 非系統業者必備設備 交換中心 認證中心 閘口 主位置記錄器 設備辨識暫存器 網際資料傳輸設備 行動電話交換中心/ 訪客位置記錄器 基地台

73 GSM網路架構– 網際資料傳輸設備 提供資料傳輸轉換處理(例如傳真) 網際資料傳輸設備 行動電話交換中心 行動電話交換中心閘口 基地台
PSTN 端 手機端 行動電話交換中心閘口 網際資料傳輸設備 MODEM 在GSM網路中，資料的傳輸需仰賴DTI的轉換處理。 在遠傳的網路中是以GIWU來完成DTI的工作，各個區域(TP1M、TP2M 、 TC1M 、 TY1M 、 TY2M 、 KS1M)皆有GIWU的裝置。 基地台 控制器 基地台

74 GSM網路架構 – 行動電話交換中心閘口 當有來電時，向「主位置記錄器」查詢被呼叫手機之位置，再由「行動電話交換中心閘口」轉接來電至所屬之「行動電話交換中心」位置 負責通話的前置作業及計時與計費 主位置記錄器 基地台 行動電話交換中心閘口 基地台控制器 GMSC為GSM網路與其它網路間的閘口，GMSC具有查詢的功能，當網路用戶有來話時，GMSC的前置作業為：先到HLR查詢用戶的資訊，再依照其狀態來處理該通話。例如HLR可提供該用戶在那一個MSC服務範圍，GMSC可根據該資訊將來話轉到正確之MSC。 行動電話交換中心

75 GSM網路架構 – 網路營運中心 對整個網路提共下列項目的管理 網路組成（組成管理）-- 例如基地台之管理
網路作業（故障管理）-- 例如傳輸線之監視 網路效能（效能管理）-- 例如細胞優化 在遠傳稱OMC為網管中心(Network Operations Center,NOC) 。 NOC 的組成管理共有： 細胞網路管理 (Cellular Network Administration, CNA ） 無線網路最佳化程式(Radio Network Optimization, RNO ） 基地台管理(Base Station Management）... NOC的故障管理有： 網路狀態列示（Network Status Presentation） 告警列示（ Alarm List Presentation） 取用告警記錄（ Alarm Log Retrieval） 告警文字輸出控制（Alarm Text Routing）... NOC效能管理有： 資料收集與處理 ( Data Processing） 效能監督( Performance Monitoring ） 效能監督群組處理( Performance Monitoring Group Handling ）….

76 基地台特性及架設位置考量 功率調整、天線傾斜決定細胞(cell)的大小
基地台頻道載波(carrier)的多寡決定用戶容量(capacity) 基地台架設的位置,考量下列因素: 人口密集程度 簽約事項達成 地形地物的考量 (網路死角、干擾) 除了上述諸多因素的考量之外,基地台彼此之間參數的設定與調整亦是使基地台發揮最大效能的重要參考之一。

77 2.5G – GPRS 通訊協定 GPRS 全名為 General Packet Radio Services 。
GPRS 是建構在GSM 系統中之 high speed, IP based, data packet switching network。 目前手機數據是經由電路交換(Circuit Switching) 或 短訊 (Short Message Service)傳送。 一般data transfer 分 circuit-switching and packet-switching 兩種 circuit-switching ：先連再傳，線路專用至通訊結束(connection oriented ) packet-switching： 邊傳邊連，線路由各用戶封包共用(connectionless ) IP全名為 Internet Protocol。

78 2.5G – GPRS 通訊協定 GPRS系統設計目標 以經濟有效方式支援 bursty traffic 提供數據傳輸與上網服務
相容於GSM系統架構 GPRS系統設計方法 以Packet-mode 傳送數據，較經濟。  採multi-time slots allocation 有效使用通路。 可分配1至8個 time slot 使用IP based 易於與其他數據服務整合。 嚴格隔離 radio 與 network subsystems，善用GSM系統架構。

79 2.5G – GPRS 通訊協定 GPRS 系統架構 SGSN：Serving GPRS Support Node
GGSN：Gateway GPRS Support Node

80 2.5G – GPRS 通訊協定 GPRS 採分封交換(packet switching)，以多時槽(time slot)傳送封包，較經濟有效。數據率可為 14.4 kbps (1 time slot) 到115.2 kbps (8 time slots) 。 因GPRS 與 GSM 共用實體通道，故實務上 8 個全分配給 GPRS 之機率不高。以 3 個time slot分配給 GPRS 估算，數據率為 43.2 kbps。 目前GSM 之數據率為9.6 kbps，而短訊 (Short Message Service)長160 characters。 GPRS 為手機提供新的數據加值服務(new nonvoice value added service) 。如FTP (File Transfer Protocol )， ， telnet， web browsing， chat 等。 手機可經由 GSM + GPRS 連上 Internet 或 Intranet。 GPRS 為手機提供未來遠端存取與控制智慧型家電(IA)。

81 第三代行動通訊標準發展(3G) ITU制定出官方標準IMT2000，主要特點包括爲: 制定一個全世界一致的通訊標準
連接網際網路，具備支援多媒體服務的能力

82 第三代行動通訊標準發展(3G) IMT2000定義在不同的環境下的行動電話用戶具有不同的傳輸速率 144 Kbps 384 Kbps
2 Mbps

83 第三代流動電話 (3G) 3G傳輸速度 具語音、文字、靜態影像、動態影像等多媒體傳輸的特點與能力 取實際資料傳輸量為收費標準
2Mbps（靜止） 384kbps（步行） 114kbps（快速移動） 具語音、文字、靜態影像、動態影像等多媒體傳輸的特點與能力 取實際資料傳輸量為收費標準 於二零零三年至二零零五年間發展成熟

84 第三代行動通訊標準發展(3G) 美國與歐洲互組聯盟各擁自身發展的規格 所有規格標準分為兩大技術主流
以易利信、諾基亞、日本NTT等歐日廠商為所主張的WCDMA技術 美方電信設備業者Qualcomm與Motolora、Lucnet等共同推動的標準CDMA2000 對IMT-2000而言，未來將可能出現多個標準並存的局面 3GPP  WCDMA 3GPP2  CDMA2000

85 發展3G標準的組織 3GPP 倡導WCDMA，系統以UTRA無線電介面為發展基礎，並加強GSM core network(即GSM MAP)為主，也負責未來GSM規格的發展 UTRA系統包括FDD (frequency division duplex)及TDD (time division duplex)。 3GPP2 倡導cdma2000的系統，也是以WCDMA技術為基礎。 3GPP發展全新的規格，不受限於已經存在的標準。3GPP2則試著與IS-95系統相容(因為北美IS-95系統已經使用了分配給3G的頻段)。

86 3G Market Status 歐洲 美加 亞洲 開發WCDMA/(UMTS)系統，基地台普及率不高
日韓3G系統開台年餘，支援CDMA2000系統的三星、鮮京及三洋、NEC等廠商皆有產品上市 台灣的亞太行動通訊於2003年7月開始推出3G服務(CDMA2000)，2005年第三季中華電信(WCDMA)、遠傳(WCDMA)、台灣大哥大(WCDMA)、威寶(WCDMA)陸續開通3G服務

87 我國釋出五張3G執照 3G Licenses Auction Result in Taiwan G Licenses Auction Result in Taiwan License A：遠致電信Yuan-Ze（10,169） License B：台灣大哥大Taiwan PCS（7,700） License C：威寶電信VIBO （10,281） 原先的聯邦電信TCC License D：中華電信CHT（10,179） License E：亞太行動寬頻APBW[東森寬頻電信]（10,570） Unit：Million NTD 國內釋出五張3G執照中，有4張執照將採用WCDMA技術，1張執照(APBW)將採CDMA2000技術。

88 3G現況與未來？ Mobile行動通信發展趨勢 3G之演進 服務 Voice Data Video(multi-media) 規格 1G
行動語音至行動數據，再實現行動多媒體全方位服務 3G之演進 服務 Voice Data Video(multi-media) 規格 1G 2G 2.5G 3G 3.5G 4G 速率 9.6K 19.2K 115.2K 384K-2M 14.4M 100M

89 全球現況 主要技術規格 全球現況 WCDMA技術成為台灣主流 WCDMA：歐洲與日本主導 CDMA2000：韓國主導
TD-SCDMA：中國主導 全球現況 以WCDMA與CDMA2000為主流 WCDMA技術成為台灣主流 五張執照 採用WCDMA規格：遠傳、中華、台灣大哥大、威寶 採用CDMA2000規格：亞太 94年前推出3G服務，否則沒收執照

90 通訊演進 行動通訊 1G 2G(GSM) 2.5G 3G 服務 Voice Data Video 行動上網(WAP) (MONO)
手機上網(GPRS) (COLOR) 手機上網 (COLOR) 簡訊(SMS) 多媒體簡訊(MMS) 語音電話 語音+影像電話

91 計費方式 計費方式 服務 以時間計價 影像電話 (電路交換模式) 語音通話 行動上網(WAP) 以封包數量計費 簡訊(SMS)
(封包交換模式) GPRS連線服務 多媒體簡訊(MMS) 影音串流 程式圖鈴下載

92 3G與WLAN有何不同？ 行動性較佳：WLAN之低移動性無法達到3G在快速移動時之性能 攜帶方便：3G手機不像筆記型電腦體型較大，攜帶較方便

93 電信3G與無線網路WiMAX有何不同？ 兩者為兩種技術，關鍵應用：網路電話 網路電話將使網路業者有機會切入電信行動通訊市場 功能 3G手機
行動通話、影像傳輸 大範圍行動通話(可跨國漫遊) 上網 螢幕小， 需連線到特殊的網站 螢幕大， 標準網站 成本 高 低 網路電話將使網路業者有機會切入電信行動通訊市場

94 電信3G與無線網路WiMAX競合？ 手機 PDA 雙網手機 電信3G 無線網路WIMAX

95 3.5G 3.5G所指的技術是HSDPA(high-speed downlink packet access)
HSDPA是高速封包存取(HSPA，high-speed packet access)協定家族的成員之一，HSPA協定家族是針對行動電訊發展出來的，包括HSDPA、HSUPA，以及發展當中的HSOPA協定，主要的目標是擴充以及加強UMTS的協定 HSDPA可以支援比較高的行動電話資料下載速率，包括1.8Mbps、3.6Mbps、7.2Mbps，以及14.4Mbps等

96 3.75G 3.75G所指的技術是HSUPA(high-speed uplink packet access)
HSUPA也是HSPA協定家族，預計將行動通訊的上傳資料速率提昇到5.76MbpsHSUPA協定的規格記載於3GPP release 6的文件中。HSDPA與HSUPA的導入與部署的速度很快，預計近一兩年就會大幅度地建置

97 super 3G 在技術上已經有未來HSOPA(high speed OFDM packet access)的發展
HSOPA將下載的資料速率推到100Mbps，上傳的資料速率則推到50Mbps HSOPA也被稱為是super 3G的技術，在通訊介面(air interface)的技術上已經擺脫W-CDMA，採用OFDM與MIMO的技術 支援的使用者人數可以達到W-CDMA系統的10倍，而且對於手機功率的要求更低

98 4G概述 3G系統的資料傳輸數率受環境因素及移動性所影響，雖然按照協議標準，3G系統必須提供2Mbps的資料傳輸率，但實際上最多只能達到384kbps。 4G的目標是獲得高達2Mbps以上的資料傳輸率，即使在以時速200公里行駛的車輛上也能達到此速率，並且可結合豐富的數據、影音多媒體功能，還能將macrocells、picocells、衛星連結以及都會區域網路連結成一個聯合通訊網，並朝向全球化進行。 不過，實現4G性能所耗費的預期成本要求必須為3G的十分之一，且當4G系統開始部屬，網路通訊協定（Internet Protocol，IP）及IP的移動性也會是一個棘手的問題。

99 4G相關功能目標 使用3G~6GHz的微波頻道，提供高速數據服務，最高達100Mbps以上，在200Km/hr高速移動時，也能提供2Mbps的速率 各無線傳輸系統之互通整合，包括2G、3G、WLAN、UWB、Bluetooth、數位無線廣播、平流層無線通訊、衛星及Ad-hoc端對端通訊等，並提供最佳的無線傳輸效果、方便全球漫遊與無縫隙服務 各傳輸之整合服務，包括通話、多媒體訊息傳輸、資訊瀏覽與查詢、個人娛樂、個人隨身助理等，提供最佳的終端設備服務功能，隨時滿足個人通訊的各種立即性需求 採All-IP之無線接取與網路交換機制，支援IPv6位址與相關移動管哩，並提供更有效的QoS，滿足多樣化服務的品質需求 有效提供系統容量至3G系統的10倍以上，有效降低系統建置成本至3G系統的1/10以下

100 第一代到第四代的基本技術參數 技術參數／ 行動系統 第一代 第二代 第三代 第四代 使用頻率 400~800MHz 800~900MHz
頻　寬 30kbit/s (Point frequency) 0.3~1.25Mbit/s (Narrow band) 5Mbit/s (Wide band) 10~100Mbit/s (Broad band) 調變方式 FM GMSK M-ary QPSK QAM MPSK 多路存取技術 FDMA TDMA、CDMA CDMA CDMA+TDMA 蜂巢覆蓋能力 大　區 中　區 小　區 微小區 服　務 語　音 語音簡訊（個別） 語音多媒體（個別） 多媒體 核心網路 電信交換網路 （自身獨立網路） （自身獨立網路）、IP網路（個別） IP網路 功　能 地面通訊 地　面 地面通訊定位 通訊（包括衛星通訊）定位控制、管理 資料速率 ≤9.6kbit/s ≤2Mbit/s 期望100Mbit/s以上 基本技術特徵 模擬訊號 處理技術 數位訊號 智慧型訊號 多功能 整合式技術

101 目前4G的混亂競爭態勢(1) Intel等大廠所帶領主導的WiMAX已經發展成熟，但WiMAX市場仍在萌芽階段
主要市場：台灣、亞太地區（中國大陸除外）以及美國。 行動WiMAX網路速率15Mbps，固定式WiMAX 網路速率75Mbps 美國AT&T、歐洲電信業者、Verizon Wireless 、Lucent、Arctel、Errison、北電電訊、西門子、Nokia、三星、樂金、NTT DoCoMo、中國移動等業者支持LTE(Long Term Evolution )標準 LTE仍在實驗階段，預計2010年開始商品化

102 目前4G的混亂競爭態勢(2) 北電與T-Mobile於2008年9月共同完成全球首例LTE新一代行動通訊實況測試(測試地點：德國波昂 )
測試的網路是由北電部署的多基站端對端解決方案所構成，而移動車輛中的終端設備則由LG電子提供。 上下載速度分別高達50Mbps 與170Mbps

103 16.2 衛星網路 軌道 覆蓋區 三種衛星類別 GEO 衛星 MEO 衛星 LEO 衛星 全球定位系統 衛星通訊的頻帶 Iridium 系統
Globalstar Teledesic

104

105

106

107

108

109

110

111

112