第8章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用.pptx

1、1移动通信技术(第 2 版)第 8 章 GSM、GPRS 到WCDMA 的发展及技术应用2第 8 章 GSM、GPRS 到WCDMA 的发展及技术应用l内容GSM 主要技术及无线接口GPRS 无线接口和关键技术WCDMA 的无线接口和关键技术 3第 8 章 GSM、GPRS 到WCDMA 的发展及技术应用l重点 GSM 数字信号的处理过程及无线接口的信道配置，时隙帧结构GPRS 的概念、网络结构、空中接口、用户数据的传输WCDMA 的无线接口技术 l难点 GSM 中数字信号的处理过程GSM 的无线接口GPRS 的无线接口WCDMA 的无线接口、信道结构 4l目的和要求 掌握 GSM 各类关键技

2、术及无线接口中信道配置、时隙帧结构理解 GSM 系统对信号的基本处理过程掌握 GPRS 网络结构、无线接口及关键技术理解 WCDMA 的演进及关键技术 5GPRSlGPRS 概述lGPRS 的结构l无线接口lGPRS 功能及实现6lGPRS 概念：在 GSM Phase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的 IP 传输技术，传送不同速率的数据及信令。lGPRS 是对 GSM 的升级，应用于GSM，不会替代 GSM；是 2.5G 的过渡技术。78.1 GPRS 概述l8.1.1 GPRS 产生的背景产生的背景IP 技术已成为发展方向移动数据市场的形成GSM 向第三代移动通信

3、系统的演进88.1.2 GPRS 的特点lGPRS 主要特点分组交换、IP 传输新的无线信道，分配方式灵活l多用户共享一个信道l一个用户享有多个信道 GPRS 局限性中高速数据速率lCS-1：9.05kbit/s CS-2：13.4kbit/s CS-3：15.6kbit/s CS-4：21.4kbit/sl实际速率根据预留的信道数确定l最高理论速率：21.48=171.2kbit/s不对 GSM 网络作较大的改动时：14.48=115.2kbit/s9接入快，与 IP、X.25 网互通多业务种类与 GSM 相同的安全措施基于数据流量、服务等级的 QoS 计费功能可浏览普通网页“永远在线”-逻

4、辑连接终端需要有 GPRS 功能，但不需换 SIM 卡lA 类：可同时使用lB 类：同时接入，但不能同时使用lC 类：需切换，或支持 GPRS10l局限性可靠性较差小区总容量有限实际传输速率与理论值间存在较大差值l需一个载频的 8 个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的 GSM 网络作较大的改动终端得不到保证调制方式有待改进传输时延大11lGPRS 的发展(EGPRS)GPRS 的发展的第二个阶段是 EGPRS（增强型 GPRS），采用 EDGE 技术EDGE（改进数据率 GSM 服务）数据传输速率 384kbit/sEGPRS 支持 GMSK、8PSK 两种调制

5、技术，支持每时隙最高速率可达 473kbit/s128.1.3 GPRS 的编号l与 GSM 相同的编号：MSISDN、IMSI、IMEI、TMSI、LAI、CGI、l新编号路由寻址区标识 RAI分组临时移动用户标识符 P-TMSIPDP 地址网络层服务接入点标识 NSAPI临时逻辑链路标识 TLLI隧道标识符 TIDGSN 地址和 GSN 号码13l路由寻址区标识 RAI路由寻址区 RA：一些小区的集合，比 LA小 LARAcell用于选路、接续结构：RAI=LAI+RACl分组临时移动用户标识符 P-TMSI类似于 TMSI区分：TMSI：00、01、10P-TMSI：1114lPDP 地

6、址用户网络层地址，用于在网络层识别用户可以有一个或多个PDP 地址的分配l临时或永久分配l可以是 IPV4、IPV6 或 X.121 地址l传输时用 PDP 分组数据协议lPDP 地址的激活、失效对应 PDP 报文激活、修改和清除15l网络层服务接入点标识 NSAPI用于在一个路由区内标识 MS 和 SGSN 间的逻辑链路 -端点形式：标识 PDP 报文（和 MS 相关）l临时逻辑链路标识 TLLI用于标识 MS 和 SGSN 间的逻辑链路 -链路形式：定义一个 RA 内，MS 和 SGSN 间的对应关系即：只对 MS 和 SGSN 有效16l隧道标识符 TID隧道技术：将不同的地点的两个同类

7、型网络相连，节点对信息内容不作任何处理用于在 SGSN 与 GGSN 间标识 PDP 报文结构：IMSI 和 NSAPI 的组合 -唯一标识匿名接入时为 AA-TID由 TLLI 和 NSAPI 组成，结构与 TID 相同 17lGSN 地址每个 GSN(包括 SGSN、GGSN)一个IP 地址，用于骨干网间通信IPV4 或 IPV6 型内部地址：GGSN 分配形成专用内网，公众互联网不能接入lGSN 号码与 GSM 设备通信的需要No.7 信令系统中的号码188.2 GPRS 的结构l基于 GSM 的 GPRS 网络结构19l组成（在 GSM 网络结构上的改造）新增节点l业务支持节点 SGS

8、N：鉴权、移动性管理、防火墙、位置登记、传输、计费l网关支持节点 GGSN：转发、协议转换、防火墙、地址分配、计费l分组控制单元 PCU：信道管理、（对分组数据）接入控制 -设在 BSC 中8.2.1 基于 GSM 的 GPRS 网络结构20改造lBTS：对目前使用的 CS-1、CS-2 只需软件升级支持新的逻辑信道和编码方式lBSC：需增加 PCU 模块（分组数据处理）lHLR：软件升级，支持 GPRS 用户数据和路由信息 及与 SGSN 的 Gr 接口lOMC：增加对新网络单元管理功能l计费系统：软件升级，采用按数据流量等计费的方式l终端：采用支持 GPRS 的终端类型lMSC/VLR：需

9、实现 MSC 与 SGSN 的 Gs 接口时（可选）对 MSC 做软件升级218.2.2 GPRS 骨干网络l基于 IP 网络，提供 GPRS 内部和 GPRS 间的通信内网：专用 IP 网，确保网络安全和 GPRS 的性能l组成边界网关 BG：确保不同运营商间 GPRS 网络的通信能力域名系统 DNS：提供逻辑域名和 IP 地址间的映射在 GPRS 中用于提供：逻辑接入点 GGSN 的 IP地址计费网关：收集来自 SGSN 和 GGSN 的计费信息，并将计费信息送往运营商的计费系统22238.3 GPRS 接口l8.3.1 GPRS 中的接口中的接口GPRS 中采用 G 接口分为：信令接口、

10、信令和数据接口24l接口：Gb：SGSN 与 BSS(PCU)间Gn：GSN 间（同一 PLMN）Gp：不同 PLMN 的 GSN 间Gr：SGSN 与 HLR 间Gd：SGSN 与 SMS 间Gs：SGSN 与 MSC/VLR 间Gf：SGSN 与 EIR 间Gc：GGSN 与 HLR 间Gi：GGSN 与外部分组网间Ga：GGSN 与 CGF 间252.GPRS 的空中接口lGPRS 的空中接口主要特征动态分配物理资源上下行不对称业务多用户共用一个信道一个用户享有多个信道多种编码方案lGPRS 需完成的传统信令功能功率控制及测量时间提前量确定小区选择/重选信道编码26GPRS 空中接口与

11、GSM 相关部分l空中接口的组成物理层媒体接入控制层 MAC无线链路控制层 RLC27l物理层结构和功能l物理射频子层载波频率特性、GSM 无线信道结构、调制/解调、收发信机特性性能与要求l物理链路子层处理功能：FEC、成帧、无线块数据格式、阻塞控制 ARQ控制功能：同步、信号质量判别、小区选择/重选、功率控制、监测评估链路质量另外：电池功率保持功能（DRX、功控）28lMAC/RLC 层 MAC 用于定义和分配空中接口的 GPRS 逻辑信道 -共享MAC 功能：数据和信令的复用、MS 发起的接入(冲突、碰撞时)、MS 终止信道接入、优先级处理RLC 功能：LLC 与 MAC 的接口、LLC-

12、PDU 的分割重组、后向纠错 BEC29lLLC数据链路层的高层功能：在 SNDCP 的数据单元上形成 LLC 地址、帧字段 -形成LLC 帧30分组数据逻辑信道 PDCHl完成类似 GSM 中的逻辑信道功能部分功能可使用 GSM 信道，如鉴权、同步分组及相关功能使用 GPRS 分组信道l信道结构31l分组业务信道 PTCH包括全速率 PDTCH-F 和半速率 PDTCH-H分组业务信道用于传输分组数据，当提供点到多点业务时可分配给小区内一个 MS 或一组 MS系统支持一个用户使用多个 PDTCHl分组控制信道 PCCH包括 PBCCH、PCCCH、PDCCHl分组广播控制信道 PBCCH用于

13、下行链路广播分组数据传输是可选的，用 BCCH 来指示存在与否，如果不存在，用 BCCH 为分组数据传输发送广播信息32l公共控制信道 PCCCH没有分配 PCCCH，分组交换信息通过 CCCH 传输；分配的 PCCCH 也可为电路交换业务传递信息分组寻呼信道 PPCH：仅用于下行链路被叫用户寻呼，可指示分组数据业务，也用于电路交换业务分组随机接入信道 PRACH：仅用于上行链路，用来请求分配一条或多条 PDTCH，与 RACH 信道以相同方式工作分组允许接入信道 PAGCH：仅用于下行链路，用于在用户分组数据传输前给 MS 分配 PDTCH。如已有分组在传输，需改变下行链路的资源分配，也可以

14、通过 PAGCH 完成分组通知信道 PNCH：仅用于下行链路，在 GPRS阶段，用于在点到多点分组业务呼叫 PTM-M 初始化前通知相关的一组 MS33l专用控制信道 PDCCH分组随路控制信道 PACCH 为单向信道，PACCH/U用于上行链路，PACCH/D 用于下行链路。PACCH用于在 MS 和基站间交换专用信令信息。包括功率控制和定时提前信息、资源分配和再分配消息等。即使一个 MS 分配了多个 PDCCH，仅需一个PACCH上行链路分组定时提前控制信道 PTCCH/U：用于发送随机接入突发序列，使 MS 可估计定时提前量下行链路分组定时提前控制信道 PTCCH/D：用于向多个 MS

15、发送定时提前量更新。一个 PTCCH/D与多个 PTCCH/U 成对使用34GPRS 物理信道l突发脉冲序列与 GSM 相同的类型和格式（包括保护间隔）NB、FB、SB、AB、DBl无线块结构l复帧结构35无线块结构lGPRS 中考虑分组业务的突发性单终端多信道能力多用户共享信道l逻辑信道映射到物理信道才能实现信息传输物理信道的共享通过无线块实现无线块是 GPRS 在空中接口传输用户数据和信令的物理信道基本单位一个无线块由 4 个突发构成36MAC 头l上行链路状态标识 USF()：指出下个上行链路无线块的所有者、内容及类型l临时块标识 TFI：临时标识无线块所有者信息单元：用户数据或信令lR

16、LC 数据块RLC 头：表示收端 MSRLC 数据：几个逻辑链路控制层的数据单元(LLC、PDU)lRLC/MAC 信令信息块校验序列 BCSl用于差错检测（对 MAC 头和内容）在物理层与高层间切换时37复帧l结构：12 个无线块和 4 个空闲帧构成l消息类型利用无线块头判断除 PRACH 外均用 NB 传输区别不同的逻辑信道38信道编码l4 种编码方案类型：CS-1、CS-2、CS-3、CS-4差别：附加冗余码元数目不同l不同的净数据传输能力l不同的检、纠错能力lCS-1：9.05kbit/sCS-2：13.4kbit/sCS-3：15.6kbit/sCS-4：21.4kbit/s39lC

17、S-1适用信道：PACCH、PBCCH、PPCH、PAGCH、PNCHlCS-2在 CS-1 基础上通过比特打孔移去一部分比特降低检纠错能力，提高传输速率以降低可靠性为代价lCS-3在 CS-1 基础上比 CS-2 打孔去掉更多比特lCS-4没有前向纠错，仅对 MAC 头编码（其余部分保持不变）40l过程31:2 卷积(6+312+16+4)2676bit 打孔打孔588-220=456bit净数据速率：312/20ms=15.6kbit/s41l456bit 的无线块交织 8 57bit 的 4 个突发l不同的信道可采用不同的信道编码方案（根据信息可靠性要求）无线块中的开销比特可指示编码类型

18、 简化解码PDTCH：CS1、CS-2、CS-3、CS-4PRACH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PTCH：CS-142用户数据在空中接口的传输l临时资源的分配过程两个阶段l阶段 1：分组信道请求-PRACH/RACH 分组直接分配-PAGCH/AGCH少量资源分配，给用户一个或多个 PDCHl阶段 2：分组资源请求-PACCH 分组资源分配-PACCH在对阶段 1 分配的上行链路资源不满意时可选资源分配时考虑预约和请求43l上行链路物理信道的资源分配方法固定分配方式：MS 请示无线块数目，系统使用分组固定直接分配和分组固定资源分配方法给 MS 分配固定的上行资源动态分配方式：在无线块中

19、 MAC 头包含 USF和 TFI 无线块正确地与 LLC 帧和特定的 MS相关联l自动重发请求 ARQ在确认模式下传递 RLC 数据块l发：发送 RLC 块l收：临时分组确认/非确认448.4 GPRS 功能及实现lGPRS 中必须实现的多种独立功能（六种）网络接入控制功能分组路由选择和传输功能移动性管理功能逻辑链路管理功能无线资源管理功能网络管理功能l会话管理l用户数据传输458.4.1 接入控制功能l基本功能注册功能鉴权功能允许接入控制消息过滤功能分组终端适配功能计费数据采集功能468.4.2 分组路由选择和传输功能l传输与选路步骤l哪些路径可达l选最佳路径l格式适配l传送选路：路由器在

20、收到一个 IP 数据包后，根据路由表中的数据，决定下一跳的地址l路由管理网络如何寻址如何建立传送路由47l子功能转发功能路由选择功能地址翻译地址翻译：内、外网协议地址转换(网关中进行)地址映射：同类型网络内的地址转换封装功能隧道功能压缩功能加密域名服务功能488.4.3 移动性管理功能l跟踪本地 PLMN 或其他 PLMN 中的 MS位置l移动性管理状态移动性管理体现在状态转换上MS 的三种状态l空闲 Idlel等待 Standbyl就绪 Ready4950l管理流程业务接入功能业务断开功能清除功能安全功能位置管理功能5152lSGSN 和 MSC/VLR 的交互对 A、B 类终端，有 Gs

21、接口交互：l联合的 GPRS/IMSI 连接（和去连接）MSSGSNMSC/VLR(记录 SGSN 地址)l联合的 LA/RA 更新MS 的 RA 更新同时 LA 变化，同时执行 LA、RA更新l通过 GPRS 网络进行电路交换寻呼MSC 收到对 MS 的寻呼或短信时，通过已连接的SGSN 地址发起寻呼538.4.4 逻辑链路管理功能l协调 MS 和 PLMN 间的链路状态信息；监管该逻辑链路上的数据传输活动l子功能建立维护释放548.4.5 无线资源管理功能l参与无线通信路径的分配和维护（电路域和分组域共享）l子功能Um 管理小区选择Um-trax路径管理功能558.4.6 网络管理和会话管理功能lGPRS 与 GSM 中相同56lMS 和外网间的连接控制体现在 PDP 上下文的状态转移上lPDP 上下文的激活接入建立连接获取 IP 地址并和外网建立连接l透明接入和非透明接入透明接入：用户使用公网的 IP 地址，可直接访问Internet非透明接入：用户使用内网的 IP 地址，用户访问需GGSN、Internet 服务器进行鉴权578.4.7 用户数据传输l基本分组数据单元：PDP、PDU