3G移動通信概述和GPRS

1、 1 2 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) imt-2000的目標(biāo)有以下4個方面： 全球漫游，以低成本的多模手機來實現(xiàn)。全球具有公用頻 段,用戶不再限制于一個地區(qū)和一個網(wǎng)絡(luò)，而能在整個系統(tǒng) 和全球漫游。 在設(shè)計上具有高度的通用性，擁有足夠的系 統(tǒng)容量和強大的多種用戶管理能力，能提供全球漫游。是 一個覆蓋全球的、具有高度智能和個人服務(wù)特色的移動通 信系統(tǒng)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) (續(xù)) 適應(yīng)多種環(huán)境，采用多層小區(qū)結(jié)構(gòu)，即微微蜂窩、微蜂窩、宏 蜂窩，將地面移動通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)結(jié)合在一起， 與不同網(wǎng)絡(luò)互通，提供無縫漫游和業(yè)務(wù)一致性，

2、網(wǎng)絡(luò)終端具有 多樣性，并與第二代系統(tǒng)的共存和互通，開放結(jié)構(gòu)，易于引入 新技術(shù)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 3 4 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) （續(xù)） 能提供高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)：包括高質(zhì)量的話音、可變速率的 數(shù)據(jù)、高分辨率的圖像等多種業(yè)務(wù)，實現(xiàn)多種信息一體化； 足夠的系統(tǒng)容量、強大的多種用戶管理能力、高保密性能和服 務(wù)質(zhì)量。用戶可用唯一個人電信號碼（ptn ）在任何終端上獲 取所需要的電信業(yè)務(wù)，這就超越了傳統(tǒng)的終端移動性，真正實 現(xiàn)個人移動性。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) （續(xù)） 為實現(xiàn)上述目標(biāo)，對無線傳輸技術(shù)提出了以下要求：

3、 高速傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù) 室內(nèi)環(huán)境至少2mb/s; 室外步行環(huán)境至少384kb/s; 室外車輛環(huán)境至少144kb/s; 傳輸速率按需分配； 上下行鏈路能適應(yīng)不對稱業(yè)務(wù)的需求； 簡單的小區(qū)結(jié)構(gòu)和易于管理的信道結(jié)構(gòu)； 靈活的頻率和無線資源的管理、系統(tǒng)配置和服務(wù)設(shè)施； 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 5 6 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) （續(xù)） 第三代系統(tǒng)有著更好的抗干擾能力。這是由于其寬帶特性 （5mhz射頻載波），可分辨更多多徑信號，因此信號較窄帶 系統(tǒng)更穩(wěn)定，起伏衰落小，使系統(tǒng)對信號功率的動態(tài)范圍和最 大功率信號值的要求降低。上行鏈路采用相干檢測，相對于沒 有采用相干檢測的第二

4、代cdma來說，上行鏈路有3db的性能 改善。 3g系統(tǒng)還使用了多用戶檢測，可消除來自其他用戶的 干擾。 第三代系統(tǒng)還提供多速率的業(yè)務(wù)，這意味著在高靈活性和高頻 譜效率的情況下可提供了不同服務(wù)質(zhì)量的連接。第三代系統(tǒng)還 支持頻間無縫切換，從而支持層次小區(qū)結(jié)構(gòu)。 同時，3g系統(tǒng) 還采用快速功率控制。3g系統(tǒng)保持對新技術(shù)的開放性，支持 智能天線陣技術(shù)，使系統(tǒng)得到許多改進。在滿足給定信號接收 質(zhì)量的前提下增加了有效通信用戶數(shù)：用戶數(shù)給定時，可以改 善接收質(zhì)量；可降低移動用戶的發(fā)射功率；減少其他用戶信號 的干擾和影響。在3g系統(tǒng)中還會采用其它許多新技術(shù)，使系 統(tǒng)不斷得到改進。 2003-9-2北京郵電大

5、學(xué)無線中心 3g移動通信概述 l 3g的主要目標(biāo) （續(xù)） 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 7 8 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 3g中的先進技術(shù) 高效信道編譯碼技術(shù) 信道編碼和交織依賴于信道特性和業(yè)務(wù)需求。不僅對于 業(yè)務(wù)信道和控制信道采用不同的編碼和交織技術(shù)，而且對于 同一信道的不同業(yè)務(wù)也采用不同的編碼和交織技術(shù)。turbo 碼是1993年由c.berrou等人提出的一種新型編碼，它具有接 近仙農(nóng)極限的糾錯性能。成為通信領(lǐng)域倍受矚目的一項新技 術(shù)。 在第三代移動通信系統(tǒng)中都采用了卷積碼和turbo碼兩 種糾錯編碼。在高速率、對譯碼時延要求不高的數(shù)據(jù)鏈路中 使用turbo碼以利于其

6、優(yōu)異的糾錯性能；考慮到 turbo碼譯碼 的復(fù)雜度、時延的原因，在語音和低速率、對譯碼時延要求 比較苛刻的數(shù)據(jù)鏈路中使用卷積碼，在其它邏輯信道中也使 用卷積碼。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 軟件無線電技術(shù) 基本思想是高數(shù)據(jù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器盡可能靠天線處理，所 有基帶信號處理都用軟件方式替代硬件實施。 軟件無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分為：寬帶多頻段天線、高速 a/d和d/a轉(zhuǎn)換器以及高速信號處理部分 。 寬帶多頻段天線 采用多頻段天線陣列，覆蓋不同頻程的幾個窗口； 高速a/d 轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵是采樣速率和量化位數(shù)，高速信號處理部分完 成基帶處理、調(diào)制解調(diào)、比特流處

7、理和編解碼等工作。 軟件 無線電技術(shù)最大的優(yōu)點是基于同樣的硬件環(huán)境，針對不同的 功能采用不同的軟件來實施，其系統(tǒng)升級、多種模式的運行 可以自適應(yīng)地完成。軟件無線電能實現(xiàn)多模式通信系統(tǒng)的無 縫連接。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 9 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 (續(xù)) 第三代移動通信系統(tǒng)具有多模、多頻段、多用戶的特點，面 對多種移動通信標(biāo)準，采用軟件無線電技術(shù)對于在未來移動通信 網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)多模、多頻率、不間斷業(yè)務(wù)能力方面將發(fā)揮重大作 用，如基站可以承載不同的軟件來適應(yīng)不同的標(biāo)準，而不用對硬 件平臺改動；基站間可以由軟件算法協(xié)調(diào)，動態(tài)地分配信道與容 量，網(wǎng)絡(luò)負荷可自適應(yīng)；移動臺可

8、以自動檢測接入的信號，以接 入不同的網(wǎng)絡(luò)且能適應(yīng)不同的接續(xù)時間要求。 由于硬件器件技術(shù) 的限制，目前要實現(xiàn)軟件無線電必須進行適度的折中，尚未充分 利用軟件無線電的優(yōu)勢。因此，應(yīng)針對軟件無線電的特點，研究 具有普遍意義的、不局限于特定硬件水平的長遠技術(shù)，為第三代 移動通信系統(tǒng)服務(wù)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 (續(xù)) 3) 智能天線技術(shù) 無線覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)量、阻塞和掉話等問題一 直困擾著蜂窩移動通信系統(tǒng)。采用智能天線陣技術(shù)可以提高第三 代移動通信系統(tǒng)的容量及服務(wù)質(zhì)量。 智能天線陣（intelligent antenna arrays，又

9、稱adaptive antenna arrays）技術(shù)是基于自 適應(yīng)天線陣列原理，利用天線陣列的波束合成和指向，產(chǎn)生多個 獨立的波束，自適應(yīng)地調(diào)整其方向圖以跟蹤信號變化；對干擾方 向調(diào)零以減少甚至抵消干擾信號，提高接收信號的載干比 （c/i），以增加系統(tǒng)的容量和頻譜效率 。其特點在于以較低的代 價換得無線覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)量、抗阻塞和掉話等性 能的顯著提高。 智能天線陣在干擾和噪聲環(huán)境下，通過其自身的 反饋控制系統(tǒng)改變輻射單元的輻射方向圖、頻率響應(yīng)以及其它參 數(shù)，使接收機輸出端有最大的信噪比。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心10 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 (續(xù)) 智能

10、天線陣由n單元天線陣、a/d轉(zhuǎn)換器、波束形成器 （beam-former）、波束方向估計及跟蹤器等幾部分組成。n單元 天線陣是收發(fā)射頻信號的輻射單元；a/d轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換以便 進行數(shù)字域處理；波束形成器由自適應(yīng)控制處理器和波束形成網(wǎng) 絡(luò)組成， 把一定規(guī)律的激勵信號轉(zhuǎn)換成與各波束相對應(yīng)的幅度相 位分別提供給各輻射單元，以確定波束形成網(wǎng)絡(luò)的各部分方向圖 （波束）的增益、計算各支路之間的耦合以及耦合與各部分方向 圖的交叉電平的關(guān)系，以消除各支路之間的耦合；波束方向估計 及跟蹤器是估計并跟蹤接收信號的到達方向（doa）， 以控制波 束形成器改變波束方向來跟蹤發(fā)送信號源。 采用智能天線后，可 用多只

11、低功率的放大器（如信威公司的產(chǎn)品：8只線性輸出0.5w 的放大器）代替高功率放大器（等效于20w的放大器），大大降 低了成本，提高了設(shè)備可靠性。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心11 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 (續(xù)) 4) 多用戶檢測和干擾消除技術(shù) 對于cdma系統(tǒng)，從理論上講，如果能消去用戶受到的多址 干擾，就可以提高容量。多用戶檢測的基本思想是把所有用戶的 信號都當(dāng)作有用信號，而不是當(dāng)作干擾信號。在小區(qū)通信中，每 個移動用戶與一個基站通信，移動用戶只須接收所需信號，而基 站必須檢測所有的用戶信號，因此移動用戶只有自己的擴頻碼， 而基站需要知道所有用戶的擴頻碼。由于移動用戶受

12、到復(fù)雜度的 限制（如尺寸、重量等），多用戶檢測目前主要用于基站 。但是 基站只有本小區(qū)用戶的擴頻碼，相鄰小區(qū)的干擾仍會降低多用戶 檢測的性能。無線信道是多徑信道，可以在多用戶檢測前端用 rake類型的結(jié)構(gòu)解決多徑問題。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心12 3g移動通信概述 l 3g的發(fā)展進程 (續(xù)) 經(jīng)過近二十年的發(fā)展，cdma系統(tǒng)多址干擾抑制或多用戶檢 測技術(shù)，已慢慢走向成熟及實用?？紤]到復(fù)雜度及成本等的原 因，我們目前的多用戶檢測實用化研究，主要圍繞基站進行?；?站設(shè)備中使用多用戶檢測技術(shù)，具有以下優(yōu)點： 減小射頻輻射對用戶的生理及心理影響。 提高基站的覆蓋區(qū)容量。容量的增加，意味著

13、頻譜效率的提 高。同時增加最大可能的用戶數(shù)?；虮憩F(xiàn)為降低用戶設(shè)備（如手 機等）的發(fā)射功率。手機發(fā)射功率的降低，意味著更長的通話時 間或待機時間、減少對人體的微波輻射，減小對環(huán)境的影響，從 而使設(shè)備更綠色化。 干擾抑制或多用戶檢測技術(shù)經(jīng)過近二十年的發(fā)展，已面臨實用 方面的突破。 增加通信距離，增大基站的覆蓋面積，降低基站綜合成本。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心13 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 標(biāo)準化組織： 目前世界各國的標(biāo)準化組織有：中國：（cwts ）；歐洲 （etsi）；日本（arib）；美國(tia 、t1p1)；韓國 （tta）。 cwts ：china wireless t

14、elecommunications standards etsi: european telecommunication standards institute arib: association of radio industries and businesses tia: telecommunications industry association t1p1: a subcommittee of the ansi-accredited atis committee t1 that deals with personal communications tta: telecommunicat

15、ions technology association 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心14 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 國際標(biāo)準化組織： 3gpp: 3g partnership project (for gsm evolution to w-cdma) 主要在w-cdma領(lǐng)域作以下技術(shù)標(biāo)準（4 tsgs technical specification groups） tsg services and system aspeects tsg radio access network tsg core network tsg terminals 網(wǎng)址： 2003

16、-9-2北京郵電大學(xué)無線中心15 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 3gpp2: 3g partnership project (for cdmaone evolution to cdma2000) 主要在cdma2000領(lǐng)域作以下技術(shù)標(biāo)準(6 tsgs) tsg-a on access network interface tsg-c on cdma2000 radio tsg-n on ansi-41/win(win: wireless intelligent network) tsg-p on wireless packet data networking tsg-r on interfac

17、e of w-cdma radio access to evoluted ansi-41 core network tsg-s on systems and services aspects 網(wǎng)址： 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心16 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 3g地面無線傳輸技術(shù)的提案 1998年6月各國標(biāo)準化組織向國際電聯(lián)提交了各自的無 線傳輸技術(shù)侯選方案。共有16種侯選技術(shù)，包括10種地面技 術(shù)和6種衛(wèi)星技術(shù)。10個地面技術(shù)中有8種fdd和5種tdd技 術(shù)。如下表所示。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心17 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 序號

18、提交技術(shù)雙工方式應(yīng)用環(huán)境多址技術(shù) 提交者 j: w-cdma etsi-utra-umts wims w-cdma wcdma/na global cdma ii td-scdma cdma2000 global cdma i uwc-136 fdd、tdd fdd、tdd fdd fdd fdd tdd fdd、tdd fdd fdd 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 所有環(huán)境 cdma cdma cdma cdma cdma cdma cdma cdma tdma 日本： 歐洲：etsi 美國：tia 美國： 韓國：tta 中國：catt 美國

19、： 韓國：tta 美國： 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心18 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 當(dāng)前獲得人們普遍認同的標(biāo)準主要有：cdma2000、w- cdma和td-scdma。到目前為止基于這三大標(biāo)準的實際系 統(tǒng)已經(jīng)或正在走向商用。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心19 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 2g向3g的演進 增 強 和 （ （ ） （） （ （ ； （）（ ； （） ） （ ） （ ， （ ） （ ） 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心20 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 從2g向3g的過渡產(chǎn)品人們稱其為2.5g。 2.5g是市場驅(qū)動的產(chǎn)物 隨著人們對數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的

20、需求日益增高，人們已不再 滿足傳統(tǒng)的以語音業(yè)務(wù)為主的移動通信網(wǎng)為人們所提供的服 務(wù)。特別是internet的發(fā)展大大推動了人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需 求。統(tǒng)計表明目前固定數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的用戶需求和業(yè)務(wù)使用量 已接近了話音業(yè)務(wù)。在這種情況下，移動通信網(wǎng)所提供的以 語音為主的業(yè)務(wù)已不能滿足人們的需要了。為此移動通信業(yè) 內(nèi)的領(lǐng)軍者們努力開發(fā)研究了適用于數(shù)據(jù)通信的移動系統(tǒng)。 首先人們著手開發(fā)的是基于2g系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在不大量改變 2g系統(tǒng)的條件下，適當(dāng)增加一些網(wǎng)絡(luò)和一些適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的 協(xié)議，使系統(tǒng)可以較高效率的傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。如目前的 gprs就是這樣的系統(tǒng)，現(xiàn)在已在我國組網(wǎng)投入商用。 另外，目前我國聯(lián)通即將開通

21、的cdma20001x系統(tǒng)也屬 于這樣的系統(tǒng)。通常人們將這樣的系統(tǒng)稱為2.5g。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心21 3g移動通信概述 l 3g標(biāo)準 從2.5g走向3g 盡管2.5g系統(tǒng)可以方便地傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，然而由于它的 先天不足，既沒有從根本上解決無線信道傳輸速率低的問 題，因此應(yīng)該說2.5g還是個過渡產(chǎn)品。而當(dāng)今人們定義的第 三代移動通信系統(tǒng)才能基本達到人們對快速傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的 需求。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心22 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的業(yè)務(wù) 基本概念 gprs網(wǎng)絡(luò)可以提供兩類業(yè)務(wù)：點對點（ptp point to point）的業(yè)務(wù)；點對多點（

22、ptm point to multipoint）的 業(yè)務(wù)。這兩類業(yè)務(wù)也被稱為gprs網(wǎng)所提供的承載業(yè)務(wù)。在 gprs承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)上，gprs可支 持或為用戶提供一系列的交互式電信業(yè)務(wù)，包括承載業(yè)務(wù)、 用戶終端業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)以及短消息業(yè)務(wù)、匿名接入等其它 業(yè)務(wù)。以下只對承載業(yè)務(wù)和用戶終端業(yè)務(wù)作一介紹 。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心23 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) 點對點業(yè)務(wù) 點對點業(yè)務(wù)是gprs網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)請求者和業(yè)務(wù)接收者之 間提供的分組傳送業(yè)務(wù)。點對點業(yè)務(wù)又分為兩種：點對點面 向無連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ptp -clns）和點對點面向連接的網(wǎng)

23、絡(luò)業(yè)務(wù)（ptp -cons ）。 點對點面向無連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ptp-clns）屬于數(shù)據(jù) 報業(yè)務(wù)類型，即數(shù)據(jù)用戶之間的信息傳遞沒有端到端的呼叫 建立過程，分組的傳送沒有邏輯連接，且沒有交付確認保 證。點對點面向無連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)主要支持突發(fā)非交互式應(yīng) 用業(yè)務(wù)，如基于ip的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心24 3g移動通信概述 l gprs介紹 點對點面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ptp -cons ）屬于虛電路 型業(yè)務(wù)，它要為兩個用戶之間傳送多路數(shù)據(jù)分組建立邏輯電 路（pvc或svc）。它要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送和連接釋 放的過程。點對點面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)是面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議conp支持

24、的業(yè)務(wù)，即x.25協(xié)議支持的業(yè)務(wù)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心25 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs提供的點對多點業(yè)務(wù)可以根據(jù)某個業(yè)務(wù)請求者請求 ， 把信息傳送給多個用戶或一組用戶，由ptm業(yè)務(wù)請求者定義 用戶組成員。gprs使用國際移動組識別（imgi）識別組成 員，其組成員主要由移動用戶組成。業(yè)務(wù)請求者可定義所傳 送信息的地理區(qū)域，地理區(qū)域可以是一個或幾個，即所有成 員可能分布在不同的地理區(qū)域內(nèi)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心26 3g移動通信概述 l gprs介紹 用戶終端業(yè)務(wù) 用戶終端業(yè)務(wù)可按基于ptp 或基于ptm的分為兩類： 基于ptp的用戶終端業(yè)務(wù)

25、信息點播業(yè)務(wù)。例如，internet瀏覽業(yè)務(wù)（www）；各種 類型的信息查詢業(yè)務(wù)，如娛樂類（影視、餐館等）、商業(yè) 類（股票等）、交通類（路況、時刻表等）、新聞類、天 氣預(yù)報等。 e-mail業(yè)務(wù)。 會話業(yè)務(wù)。在兩個用戶的實時終端到實時終端之間提供雙 向信息交換 遠程操作業(yè)務(wù)。如：電子銀行、電子商務(wù)、遠程監(jiān)控定位 業(yè)務(wù)等。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心27 3g移動通信概述 l gprs介紹 基于ptm的用戶終端業(yè)務(wù) 點對多點應(yīng)用業(yè)務(wù)包括點對多點單向廣播業(yè)務(wù)和集團內(nèi) 部點對多點雙向數(shù)據(jù)量事務(wù)處理業(yè)務(wù)。例如：新聞廣播、天 氣預(yù)報、本地廣告、旅游信息等。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心

26、28 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的業(yè)務(wù)質(zhì)量 gprs為用戶提供了五種可協(xié)商的業(yè)務(wù)質(zhì)量 （qos ）的 基本屬性，如下圖所示： 可 靠 性 等 級 平 均 吞 吐 量 等 級 延遲等級 2003-9-2 峰 值 吞 吐 量 等 級 業(yè)務(wù)等級分類 北京郵電大學(xué)無線中心 優(yōu) 先 級 29 3g移動通信概述 l gprs介紹 上述的每一種屬性都有多個級別的值可供選用，不同級 別屬性值的組合構(gòu)成了對要求不同的qos的各種應(yīng)用的支 持。gprs標(biāo)準中定義的這種qos組合有許多種，但目前 gprs只支持其中的一部分qos配置。 gprs業(yè)務(wù)質(zhì)量（qos ）定義文件（profile），是與每

27、 一個pdp （packet data protocol 包數(shù)據(jù)協(xié)議）關(guān)聯(lián)相聯(lián) 系的。qos定義文件被當(dāng)作一個單一的參數(shù)，該參數(shù)具有多 個數(shù)據(jù)傳遞屬性。 在qos定義文件協(xié)商過程中，移動臺可以為每一個qos 屬性申請一個值，包括存儲在hlr中用戶開戶的缺省值。網(wǎng) 絡(luò)也要為每一個屬性協(xié)商一個等級，能夠與有效的gprs 資 源相一致，以便提供適當(dāng)?shù)馁Y源支持已經(jīng)協(xié)商的qos定義文 件。 具體協(xié)商過程和屬性的定義此處不做介紹了。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心30 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其功能描述 基本概念 gprs網(wǎng)絡(luò)是在gsm網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的移動數(shù)據(jù)分組 網(wǎng)

28、。gprs網(wǎng)絡(luò)分為兩個部分：無線接入以及核心網(wǎng)。 無線接入在移動臺和基站子系統(tǒng)（bss）之間傳遞數(shù) 據(jù)；核心網(wǎng)在基站子系統(tǒng)和標(biāo)準數(shù)據(jù)網(wǎng)邊緣路由器之間 中繼傳遞數(shù)據(jù)。gprs 的基本功能就是在移動終端和標(biāo) 準數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的路由器之間傳遞分組業(yè)務(wù)。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心31 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 下圖給出gprs 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其接口。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心32 3g移動通信概述 l gprs介紹 其它 網(wǎng) 防 （） 防火墻 數(shù)據(jù)網(wǎng) （） 火 墻 防火墻 數(shù)據(jù)網(wǎng) 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心33 3g移動通信概述 l gprs介紹

29、 由上圖可以看出gprs 網(wǎng)是原有g(shù)sm網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了 sgsn gprs業(yè)務(wù)支持節(jié)點、ggsn gprs網(wǎng)關(guān)支持節(jié) 點和ptm sc 點對多點業(yè)務(wù)中心等功能實體。盡管gprs 網(wǎng)與gsm使用同樣的基站但需要對基站的軟件進行更新，使 之可以支持gprs系統(tǒng)。并且要采用新的gprs移動臺。另 外，gprs還要增加新的移動性管理（mm）程序。而且原 有的gsm網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)也要進行軟件更新并增加新的map信 令及gprs信令等。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心34 3g移動通信概述 l gprs介紹 sgsn及其對外的接口 在一個歸屬plmn內(nèi)，可以有多個sgsn 2003-9-2北京郵電大學(xué)

30、無線中心35 3g移動通信概述 l gprs介紹 sgsn的功能類似gsm系統(tǒng)中的msc/vlr，主要是對 移動臺進行鑒權(quán)、移動性管理和路由選擇，建立移動臺 ggsn的傳輸通道，接收基站子系統(tǒng)透明傳來的數(shù)據(jù)，進行 協(xié)議轉(zhuǎn)換后經(jīng)過gprs 的ip骨干網(wǎng)（ip backbone）傳給 ggsn（或sgsn）或反向進行，另外還進行計費和業(yè)務(wù)統(tǒng) 計。 sgsn與bbs間的接口為gb接口，該接口協(xié)議即可用來 傳輸信令和話務(wù)信息。通過基于幀中繼的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供流量 控制，支持移動性管理功能和會話功能，如gprs 附著/分 離、安全、路由選擇、數(shù)據(jù)連接信息的激活/去活等，同時支 持ms經(jīng)bss到sgsn間分組

31、數(shù)據(jù)的傳輸。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心36 3g移動通信概述 l gprs介紹 同一plmn中sgsn與sgsn間以及sgsn與ggsn間的 接口為gn接口，該接口協(xié)議支持用戶數(shù)據(jù)和有關(guān)信令的傳 輸，支持移動性管理（mm），該接口采用的為tcp/ip協(xié) 議。 不同plmn間sgsn與sgsn間以及sgsn與ggsn間的 接口為gp接口，該接口與gn接口的功能相似，另外它還提 供邊緣網(wǎng)關(guān)（bg）、防火墻以及不同plmn間的互聯(lián)功能。 另外，sgsn與msc/vlr的接口為gs接口，其接口協(xié) 議用來支持sgsn和msc/vlr之間的配合工作，使sgsn可 以向msc/vlr發(fā)送ms的位

32、置信息或接收來自msc/vlr的 尋呼信息。該接口采用7號信令map方式，使用bssap+協(xié) 議，是一個可選接口，但對于gprs 的a類終端必須使用此 接口。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心37 3g移動通信概述 l gprs介紹 sgsn與hlr的接口為gr接口，其接口協(xié)議用來支持 sgsn接入hlr并獲得用戶管理數(shù)據(jù)和位置信息。該接口采 用7號信令map方式。 sgsn與eir的接口為gf接口，其接口協(xié)議用來支持 sgsn與eir 交換有關(guān)數(shù)據(jù)，認證ms的imei信息。 sgsn與sms-gmsc的接口為gd接口，通過此接口可 以提高sms的使用效率。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無

33、線中心38 3g移動通信概述 l gprs介紹 ggsn及其對外的接口 ggsn實際上是gprs網(wǎng)對外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)或路由 器，它提供gprs和外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的互聯(lián)。ggsn接收移 動臺發(fā)送的數(shù)據(jù)，選擇到相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò)，或接收外部網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)據(jù)，根據(jù)其地址選擇gprs網(wǎng)內(nèi)的傳輸通道，傳輸給相 應(yīng)的sgsn。此外，ggsn還有地址分配和計費等功能。 ggsn與其它功能實體的接口除了上面所介紹的gn、 gp接口外還有與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口gi。gprs通過該接 口與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián)（ip、x.25等）。由于gprs可以 支持各種各樣的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，所以gi不是標(biāo)準接口，只是一個 接口參考點。 200

34、3-9-2北京郵電大學(xué)無線中心39 3g移動通信概述 l gprs介紹 ggsn與hlr之間的接口為gc接口。通過此可選接口可 以完成網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的進程激活，此時支持ggsn到hlr獲得 ms的位置信息，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。 以上重點介紹了gprs 網(wǎng)的sgsn、ggsn及其接口， 圖9.52中的其它功能實體和網(wǎng)絡(luò)接口與gsm系統(tǒng)基本相同， 但為了支持分組數(shù)據(jù)的新協(xié)議必須升級軟件，增加新的協(xié)議 功能。比如um 接口，其射頻部分與gsm相同，但邏輯信道 增加了分組數(shù)據(jù)信道（pdch），采用了4種新的信道編碼 方式：cs-1（9.05kbit/s）、cs-2（13.4kbit/s）、cs-3

35、 （15.6kbit/s）、cs-4（21.4kbit/s），并能支持多時隙的傳 輸方式，最多可到8個時隙。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心40 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs骨干網(wǎng)（ip backbone）是用于將（s/g）gsns 等互聯(lián)起來的ip專用網(wǎng)或分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可以為一條專用線 路。plmn內(nèi)部骨干網(wǎng)是專用ip網(wǎng)，只用于gprs數(shù)據(jù)和 gprs信令。plmn內(nèi)部骨干網(wǎng)通過gp接口，采用邊緣網(wǎng)關(guān) （bg）和多個plmn互連骨干網(wǎng)連接起來。多個plmn骨干 網(wǎng)通過漫游協(xié)議進行選擇，該協(xié)議包括bg安全功能。多個 plmn骨干網(wǎng)互連可以通過分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可以用一條專用

36、線路。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心41 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs協(xié)議棧 應(yīng) 用 應(yīng) 用 互連 網(wǎng) 其它 網(wǎng) 絡(luò) 業(yè) 務(wù) 網(wǎng) 絡(luò) 業(yè) 務(wù) 2003-9-2 北京郵電大學(xué)無線中心 主 機 42 3g移動通信概述 l gprs介紹 rlc/mac為無線鏈路控制/媒體接入層。這一層包括兩個功 能： 無線鏈路控制功能，提供與無線解決方案有關(guān)的可靠 的鏈路 媒體接入控制功能，控制無線信道的接入信令過程 （請求和允許）以及將llc（鏈路控制）幀映射為 gsm的物理信道 llc為邏輯鏈路控制層。這一層可以在ms與sgsn之間提供 安全可靠的邏輯鏈路，并且獨立于低層無線接口協(xié)議，以

37、便 允許引入其它gprs無線解決方案，而對nss只作最少的改 動。 下圖給出了從llc pdu到rlc數(shù)據(jù)單元的分解示例。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心43 3g移動通信概述 l gprs介紹 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心44 3g移動通信概述 l gprs介紹 其中： fh：幀頭 fcs：幀校驗序列 bh：數(shù)據(jù)塊頭 bcs：數(shù)據(jù)塊校驗序列 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心45 3g移動通信概述 l gprs介紹 sndcp為子網(wǎng)匯聚協(xié)議，它的主要功能是將若干分組數(shù)據(jù) 協(xié)議合路；壓縮和解壓縮用戶數(shù)據(jù)或協(xié)議控制信息，這樣可 以提高信道的利用率；將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單元（n-pdu）分解

38、成邏 輯鏈路控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ll-pdu），或反之，將ll-pdu 組裝成n-pdu。 sndcp用于不同分組數(shù)據(jù)協(xié)議合路如下圖所示： 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心46 3g移動通信概述 l gprs介紹 分組數(shù)據(jù)協(xié) 議 分組數(shù)據(jù)協(xié) 議 分組數(shù)據(jù)協(xié) 議 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心47 3g移動通信概述 l gprs介紹 在gb接口： 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（ns）層是基于幀中繼連接基礎(chǔ)上的傳輸bssgp協(xié) 議數(shù)據(jù)單元。 bssgp為基站系統(tǒng)gprs協(xié)議層，它的主要功能是在bss和 sgsn之間傳輸與路由及qos相關(guān)的信息。 在gn接口： l1、l2是基于osi第一、二層協(xié)議為gprs骨干

39、網(wǎng)傳輸ip數(shù)據(jù) 的協(xié)議層。 ip：gprs骨干網(wǎng)協(xié)議，用于用戶數(shù)據(jù)和控制信令的路由選 擇。 tcp或udp用于傳送gprs骨干網(wǎng)內(nèi)部的gtp分組數(shù)據(jù)單元。 tcp適用需要可靠數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議，如x.25。udp適用傳輸不 需要可靠數(shù)據(jù)的鏈路，如ip。 gtp為隧道協(xié)議，該協(xié)議用于在gprs 骨干網(wǎng)內(nèi)部的支 持點間傳輸用戶數(shù)據(jù)和信令。所有的點對點的、采用pdp 的 分組數(shù)據(jù)單元都通過gprs隧道協(xié)議進行封裝打包。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心48 3g移動通信概述 l gprs介紹 用 戶 數(shù) 據(jù) （） （） （） （） （） （） 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心49 3g移動通信概

40、述 l gprs介紹 gprs的移動性管理和會話管理 基本概念 象gsm手機一樣，第一次使用的gprs 手機必須注冊到 plmn網(wǎng)上，所不同的是gprs手機要將位置更新信息存 儲到sgsn中。 分布在gprs不同網(wǎng)絡(luò)單元的用戶信息分為四類：認證 信息、位置信息、業(yè)務(wù)信息和鑒權(quán)數(shù)據(jù)。下表給出了用 戶信息類型、信息元素及所存儲的位置。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心50 3g移動通信概述 l gprs介紹 信息類型信息元素存儲位置 認證limsilsim ， hlr ， vlr ， sgsn ， ggsn l l tmsi ip address l l vlr，sgsn ms ， sgsn

41、， ggsn 存儲位置 業(yè)務(wù) l l l l l vlr-address location area serving sgsn routing area basic services l l l l l hlr sgsn hlr,vlr sgsn hlr supplementary services circuit switched bearer services, gprs service information lvlr lbasic services, supplementary services cs bearer serviceslsgsn lgprs information ser

42、vice 2003-9-2 鑒權(quán)數(shù)據(jù)l l ki，algorithms triplets 北京郵電大學(xué)無線中心 l l sim，ac vlr，sgsn 51 3g移動通信概述 l gprs介紹 一個新的gprs 手機用戶首先要注冊到網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)則要 為這一用戶分配一個ip地址。其注冊過程類似gsm的位置更 新，這一過程稱為gprs附著過程。網(wǎng)絡(luò)為移動臺分配ip地 址，使其成為外部ip 網(wǎng)絡(luò)的一部分，這一過程稱為pdp移動 關(guān)聯(lián)激活。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心52 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs手機連接到網(wǎng)絡(luò)需要兩個階段 ： 連接到gprs網(wǎng)絡(luò)（gprs附著） gprs手

43、機開機后，要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送附著消息。sgsn從hlr 收集用戶數(shù)據(jù)，對用戶進行鑒權(quán)，然后與gprs手機附著。 連接到ip網(wǎng)絡(luò)（pdp關(guān)聯(lián)） gprs手機與網(wǎng)絡(luò)附著后，向網(wǎng)絡(luò)請求一個ip地址，（比 如：5）。一個用戶可能有的ip地址為： 靜態(tài)ip地址：分配用戶固定的ip地址?；蛘?動態(tài)ip地址：每次會話都分配用戶一個新的ip地址。 從業(yè)務(wù)管理角度來說，gprs 網(wǎng)絡(luò)有兩個管理過程。一 個是gprs的移動性管理過程（gmm），另一個是gprs的 會話管理過程（sm）。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心53 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的移動性管理過程的主要功

44、能是支持 gprs用戶 的移動性，如將用戶的當(dāng)前位置通知網(wǎng)絡(luò)等。 gprs的會話的管理功能是指支持移動用戶對pdp關(guān)聯(lián) 的處理，也就是說gprs移動臺連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的處理 過程。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心54 3g移動通信概述 l gprs介紹 gprs的移動性管理 路由區(qū) 路由區(qū)由一個或多個小區(qū)組成，最大的路由區(qū)為一 個gsm網(wǎng)定義的位置區(qū)la ，一個路由區(qū)不能跨越多個位 置前。定義路由區(qū)ra 的目的是為了更有效的尋呼gprs 用戶。一個路由區(qū)只能由一個sgsn提供服務(wù)。路由區(qū) 是由rai路由區(qū)識別來標(biāo)識的，rai的結(jié)構(gòu)如下： rai=mcc+lac+rac 其中，mcc為移

45、動國家號碼；lac為位置區(qū)代碼；rac 為路由區(qū)代碼。 rai是由運營商確定的。rai作為系統(tǒng)信息進行廣 播，移動臺監(jiān)視rai，以確定是否穿越了路由區(qū)邊界 。如 果確實穿越了邊界，移動臺將啟動路由區(qū)域更新過程。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心55 3g移動通信概述 l gprs介紹 移動性管理狀態(tài) 與gsm一樣gprs 移動性管理的主要作用就是確定 gprs移動臺的位置，為此gprs定義了三種移動性管理狀 態(tài)： 空閑狀態(tài) 守候狀態(tài) 就緒狀態(tài) 上述三種移動性管理狀態(tài)在一定條件是要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)化 的，下圖給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。 2003-9-2北京郵電大學(xué)無線中心56 就 定時緒狀 態(tài) （器到 秒時 ） 數(shù) 發(fā)送據(jù)包 接 收 態(tài) 狀時 侯到 守器分） 時 定 （ 3g移動通信概述 l gprs介紹 附著 去附著 就緒狀態(tài) 空閑狀態(tài) 守候狀態(tài) 2003-9