移動通信-第9章移動數據傳輸

1、第9章 移動數據傳輸 GPRS系統9.1EDGE技術9.2無線局域網9.3 WiMAX技術9.4移動IP9.59.1 GPRS系統 9.1.1 GPRS系統概述 1GPRS的產生 GPRS可以看作是移動通信和分組數據通信融合的第一步。 GPRS主要的應用領域有：E-mail電子郵件、WWW瀏覽、WAP業(yè)務、電子商務、信息查詢、遠程監(jiān)控等。2GPRS的發(fā)展 GPRS新增如下功能實體：服務GPRS支持節(jié)點（SGSN），網關GPRS支持節(jié)點（GGSN），點對多點數據服務中心等。 同時，對原有的一系列功能實體進行軟件升級。 GPRS大規(guī)模地采用了數據通信技術 3GPRS與HSCSD業(yè)務的比較 HSCS

2、D（High Speed Circuit Switching Data，高速電路交換數據）業(yè)務是基于電路交換的點到點數據傳輸業(yè)務，可提供實時的高速數據傳輸。9.1.2 GPRS的基本功能和業(yè)務 GPRS提供的應用業(yè)務具有以下特點： 適用于不連續(xù)的非周期性（突發(fā)）數據傳送，突發(fā)出現的時間間隔遠大于突發(fā)數據的平均傳輸時延； 適用于小于500字節(jié)小數據量事務處理業(yè)務，允許每分鐘出現幾次，可以頻繁傳送； 適用于幾千字節(jié)大數據量事務處理業(yè)務，允許每小時出現幾次，可以頻繁傳送。 GPRS非常適合突發(fā)的數據應用業(yè)務，能夠高效利用信道資源，但對大數據量應用業(yè)務，GPRS網絡要加以限制。 主要原因如下。 1數據

3、業(yè)務量較小 2無線信道的數據速率較低9.1.3 GPRS的基本體系結構和傳輸機制 1GPRS接入點與網絡互通 2網絡互通 通過Gi接口，GPRS PLMN支持與外部數據網絡PSPDN或IP網絡的互通。 3邏輯體系結構（1）主要網絡實體 GPRS MS 終端設備 移動終端 移動臺 PCU（Packet Control Unit，分組控制單元） SGSN（Service GPRS Support Node，服務GPRS支持節(jié)點）SGSN提供以下功能。 本SGSN區(qū)域內的分組數據包的路由與轉發(fā)功能，為本SGSN區(qū)域內的所有GPRS用戶提供服務。 加密與鑒權功能 會話管理功能 移動性管理功能 邏輯鏈路

4、管理功能 同GPRS BSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能 話單產生和輸出功能，主要收集用戶對無線資源的使用情況 GGSN（Gateway GPRS Support Node，網關GPRS支持節(jié)點） GGSN主要提供以下功能。 同外部數據IP分組網絡（IP、X.25）的接口功能， GPRS會話管理 將移動用戶的分組數據發(fā)往正確的SGSN； 話單的產生和輸出功能。 CG（Charging Gateway，計費網關） RADIUS服務器 DNS（Domain Name System，域名服務器） BG（Border Gateway，邊界網關）（2）主要網

5、絡接口 Um接口 Gb接口 Gi接口 Gn接口 Gs接口 Gr接口 Gd接口 Gp接口 Gc接口 Gf接口（3）高層功能 網絡接入控制功能 分組路由和轉發(fā)功能 移動性管理功能 邏輯鏈路管理功能 無線資源管理功能 網絡管理功能（4）GPRS的數據傳輸平面9.1.4 GPRS的業(yè)務發(fā)展與應用 1GPRS業(yè)務發(fā)展的有利因素 （1）充分利用現有網絡 （2）Internet實現 （3）網絡頻譜效率高 （4）網絡成本不斷降低 （5）資費合理2制約GPRS業(yè)務應用的不利因素（1）對所有用戶來說小區(qū)容量有限（2）實際應用中的速率比理論值要低得多（3）次最佳（次優(yōu)化）調制（4）轉接時延3GPRS的應用 GPRS

6、是一組新的GSM承載業(yè)務，在有GPRS承載業(yè)務支持的標準化網絡協議的基礎上，GPRS可提供以下一系列交互式業(yè)務：點對點無連接型網絡業(yè)務（PTP-CLNS）、點對點面向連接的數據業(yè)務（PTP-CONS）、點對多點業(yè)務（PTM），還能支持用戶終端業(yè)務、補充業(yè)務、GSM短消息業(yè)務和各種GPRS電信業(yè)務。9.2 EDGE技術 EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）是一種基于GSM/GPRS網絡的數據增強型移動通信技術，通常又被人們稱為2.75G技術。 9.2.1 EDGE技術簡介 EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術，它主要是在GSM系統中采用

7、了一種新的調制方法，即最先進的多時隙操作和8PSK調制技術。 由于8PSK可將現有GSM網絡采用的GMSK調制技術的信號空間從2擴展到8，從而使每個符號所包含的信息是原來的3倍。9.2.2 EDGE的技術定位及其背景 1EDGE的技術定位 EDGE的技術不同于GSM的優(yōu)勢在于： 8 PSK（Phase Shift Keying）空中接口模式，帶寬得到明顯提高；單點接入速率峰值為2Mbit/s，單時隙信道的速率可達到48kbit/s，從而使移動數據業(yè)務的傳輸速率在峰值時可以達到384kbit/s，這為移動多媒體業(yè)務的實現提供了基礎； 增強型的AMR（Adaptive Multi-Rate）編碼方

8、式； MCS（Modulation & Coding Scheme）19 9種信道編碼方式； 鏈路自適應； 遞增冗余傳輸； RLC（Radio Link Control）窗口大小自動調整。2EDGE的背景 語音通信是第二代移動系統的主要業(yè)務，最近幾年，移動通信設備則在大大增強對數據通信的支持能力 ，EDGE可以被視為一個提供高比特率、并且因此促進蜂窩移動系統向第三代功能演進、有效的通用無線接口技術。 9.2.3 EDGE的基本原理 1EDGE體系 EDGE包括一個分組交換傳輸模式EGPRS（Enhanced GPRS）和一個電路交換傳輸模式ECSD（Enhanced Circuit-Switc

9、hed Data）。 28PSK調制 GSM采用的是GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）調制方式， EDGE是通過信號的絕對相位來表示符號的，其符號的可能性有8種，每個符號映射成3個比特。 因此EDGE理論上可以達到GSM 3倍的速率。3EDGE的發(fā)送功率及邏輯信道類型（1）EDGE的發(fā)送功率（2）邏輯信道類型4編碼方式（1）分組交換傳輸方式（EGPRS）（2）電路交換傳輸方式（ECSD）5鏈路質量控制 鏈路質量控制，就是指在數據傳輸過程中通過改變調制方式和編碼方式，動態(tài)地適應無線傳輸環(huán)境，以達到提高鏈路質量的方法。 EGPRS采用了一套精心設計的、高效的鏈路

10、質量控制算法，定義兩種鏈路質量控制模式，鏈路適配LA（link adaption）和增量冗余IR（Incremental Redundancy）。 （1）GPRS的ARQ協議（2）LA（3）IR IR的基本原理是： 先不考慮無線傳輸環(huán)境，采用速率高、保護能力弱的編碼方式進行初次數據傳輸； 如果數據沒有被正確接收，再重傳額外的編碼信息，由接收方對新的信息和歷史信息進行組合，再次解碼； 如此反復，直到解碼成功。9.2.4 EDGE在GSM網絡中的部署問題及改進辦法 1網絡結構 GSM/GPRS體系結構如圖9-3所示。 2無線接口設備 3總速率4無線網絡規(guī)劃（1）覆蓋規(guī)劃（2）頻率規(guī)劃（3）信道管理

11、9.2.5 EDGE同3G的互補發(fā)展 EDGE完全基于GSM網絡，僅僅在空中接口有微小的差別； EDGE完全后向兼容GSM/GPRS，原有GSM/GPRS用戶無需更換終端仍可照常使用； EDGE可以和GSM/GPRS共享頻率資源。 EDGE可以較好地支持流媒體等準3G業(yè)務，培養(yǎng)用戶對3G的感知； EDGE可以同WCDMA/TD-SCDMA共用核心網。9.3 無線局域網 無線局域網，即是Wireless LAN，通常簡稱為WLAN，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，利用電磁波完成數據交互，實現傳統有線局域網的功能，使網上的計算機具有可移動性，能快速、方便地解決

12、有線方式不易實現的網絡連通問題。9.3.1 WLAN及其特點 可移動性 布線容易 組網靈活 成本優(yōu)勢 9.3.2 WLAN的標準體系 1IEEE 802.11標準家族概況2IEEE 802.11 WLAN標準家族技術特點（1）IEEE802.11b（2）IEEE802.11a（3）IEEE802.11g（4）IEEE802.11b3其他相關標準 與IEEE 802.11相近的其他標準包括：ETSI的HIPERLAN/2，ARIB MMAC的HiSWAN和美國的HomeRF。 9.3.3 802.11b網絡結構 1網絡參考模型2接口定義 WA接口 WB接口 WT接口 WU接口 WS接口 WP接口

13、 WM接口 3網絡單元功能 端站（STA） 接入點（AP） 接入控制器（AC） AAA服務器 Portal服務器 9.3.4 WLAN的關鍵技術 1MAC子層 （1）MAC子層的功能結構圖9-8WLAN的協議模型 （2）MAC管理實體 保密問題。 同步問題。 節(jié)能問題。 漫游問題。 2物理層（PHY） PHY層是WLAN的收發(fā)信機，負責收發(fā)MAC的數據。 它分為兩個層：物理匯聚子層（PLCP）和物理媒體相關子層（PMD）。 9.3.5 WLAN的應用前景與發(fā)展趨勢 1應用前景（1）WLAN與GPRS/UMTS的集成（2）WLAN構建Ad Hoc網絡 物理層需要適應快速改變的鏈路特點。 MAC層

14、需要最小化碰撞概率、允許公平接入，能在鏈路快速改變和存在隱藏終端和暴露終端的情況下提供數據的可靠傳輸； 網絡層需要在網絡拓撲不斷變化的情況下，高效地進行路由。 傳輸層需要處理與有線網絡差異很大的分組延遲和丟失； 應用層需要與對等應用處理可能出現的通信頻繁中斷和重建以及變化范圍很大的分組延遲與丟失。2WLAN發(fā)展趨勢（1）802.11e：支持QoS （2）802.11h：除去相互干擾之憂（3）802.11n：支持高速率 為實現上述功能，802.11n也引入了兩項關鍵技術，即多輸入多輸出（MIMO）技術和寬信道帶寬技術。 MIMO技術 20/40MHz信道帶寬 9.4 WiMAX技術 WiMAX（

15、Worldwide Interoperability for Microwave Access）作為一種新興的寬帶無線接入技術，一經提出便受到了業(yè)界的普遍關注。 它的主要技術特點是傳輸速率高、覆蓋范圍大、支持移動性、提供QoS保證并采用基于全IP的網絡架構，實現了數據分組化、接入寬帶化和終端移動化三者合一，因而具有廣泛的發(fā)展、應用前景。 9.4.1 IEEE 802.16工作進展9.4.2 WiMAX論壇 1WiMAX論壇的產生背景 2論壇與其他標準組織的關系 9.4.3 802.16協議參考模型9.4.4 WiMAX關鍵技術 1OFDM與OFDMA 2多天線技術 （1）多輸入多輸出（MIMO

16、）技術 （2）自適應天線系統（AAS） 3自適應調制編碼 4功率控制 5媒體訪問機制 6QoS保證機制9.4.5 WiMAX對比于其他技術 1WiMAX之于Wi-Fi Wi-Fi近年來在市場上掀起了一股強勁的熱潮。 Wi-Fi有著“無線版本以太網”的美稱。 WLAN的安裝及設置相當簡單。 WLAN的綜合成本非常低。 2WiMAX之于DSL xDSL技術按上行和下行的速率是否相同可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種。 ADSL是一種新的在一對雙絞線上同時傳輸電話業(yè)務與數據信號的技術，它屬于速率非對稱型銅線接入網技術，并且可以在一對用戶線上進行上行達640kbit/s，下行達1.58Mbit/s速率

17、的傳輸。 HDSL是目前眾多DSL技術中較為成熟的一種，它的特點是利用兩對雙絞線實現數據傳輸，支持N64kbit/s各種速率，最高可達雙向2Mbit/s速率。 VDSL技術將雙絞線的傳輸速率推進到極高層次，VDSL要求在相對短的距離上實現極高的數據傳輸速率，最高可以實現58Mbit/s的傳輸速率。 3WiMAX與3G WiMAX單鏈路的數據傳輸速率、頻譜效率優(yōu)于其他兩種3G，與3G增強技術（WCDMA HSDPA、CDMA2000 1x EV/DV）相當，主要應用于城域網寬帶接入市場，也可用于其他3G系統基站到核心網絡的數據傳輸。 其他3G在移動臺高速和大范圍移動、基站廣域覆蓋和高質量的語音及中低速數據業(yè)務的支持方面優(yōu)于WiMAX，主要應用于廣域網移動電話與中低速數據移動傳輸市場。 WiMAX的目標在于實現寬帶接入的無線化，其他3G的目標是實現無線移動通信的寬帶化，兩者發(fā)展的初衷與設計目標略有不同。9.5 移動IP 9.5.1 技術背景和相關標準 1技術背景2相關標準 RFC 2002 定義了移動IP協議； RFC 2003、2004和1701定義了移動IP中用到的3種隧道技術； RFC 2005 敘述了移動IP的應用； RFC 2006 定義了移動IP的管理信息庫（Managemen