移動通信-第9章移動數(shù)據(jù)傳輸

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

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

3、業(yè)務(wù)量較小 2無線信道的數(shù)據(jù)速率較低9.1.3 GPRS的基本體系結(jié)構(gòu)和傳輸機(jī)制 1GPRS接入點與網(wǎng)絡(luò)互通 2網(wǎng)絡(luò)互通 通過Gi接口，GPRS PLMN支持與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)PSPDN或IP網(wǎng)絡(luò)的互通。 3邏輯體系結(jié)構(gòu)（1）主要網(wǎng)絡(luò)實體 GPRS MS 終端設(shè)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(wù)GPRS支持節(jié)點）SGSN提供以下功能。 本SGSN區(qū)域內(nèi)的分組數(shù)據(jù)包的路由與轉(zhuǎn)發(fā)功能，為本SGSN區(qū)域內(nèi)的所有GPRS用戶提供服務(wù)。 加密與鑒權(quán)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(chǎn)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(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點） GGSN主要提供以下功能。 同外部數(shù)據(jù)IP分組網(wǎng)絡(luò)（IP、X.25）的接口功能， GPRS會話管理 將移動用戶的分組數(shù)據(jù)發(fā)往正確的SGSN； 話單的產(chǎn)生和輸出功能。 CG（Charging Gateway，計費網(wǎng)關(guān)） RADIUS服務(wù)器 DNS（Domain Name System，域名服務(wù)器） BG（Border Gateway，邊界網(wǎng)關(guān)）（2）主要網(wǎng)

5、絡(luò)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(wǎng)絡(luò)接入控制功能 分組路由和轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)管理功能（4）GPRS的數(shù)據(jù)傳輸平面9.1.4 GPRS的業(yè)務(wù)發(fā)展與應(yīng)用 1GPRS業(yè)務(wù)發(fā)展的有利因素 （1）充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò) （2）Internet實現(xiàn) （3）網(wǎng)絡(luò)頻譜效率高 （4）網(wǎng)絡(luò)成本不斷降低 （5）資費合理2制約GPRS業(yè)務(wù)應(yīng)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(yīng)用中的速率比理論值要低得多（3）次最佳（次優(yōu)化）調(diào)制（4）轉(zhuǎn)接時延3GPRS的應(yīng)用 GPRS

6、是一組新的GSM承載業(yè)務(wù)，在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS可提供以下一系列交互式業(yè)務(wù)：點對點無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（PTP-CLNS）、點對點面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（PTP-CONS）、點對多點業(yè)務(wù)（PTM），還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、GSM短消息業(yè)務(wù)和各種GPRS電信業(yè)務(wù)。9.2 EDGE技術(shù) EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）是一種基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)型移動通信技術(shù)，通常又被人們稱為2.75G技術(shù)。 9.2.1 EDGE技術(shù)簡介 EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術(shù)，它主要是在GSM系統(tǒng)中采用

7、了一種新的調(diào)制方法，即最先進(jìn)的多時隙操作和8PSK調(diào)制技術(shù)。 由于8PSK可將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)采用的GMSK調(diào)制技術(shù)的信號空間從2擴(kuò)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(shù)定位及其背景 1EDGE的技術(shù)定位 EDGE的技術(shù)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(dá)到48kbit/s，從而使移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸速率在峰值時可以達(dá)到384kbit/s，這為移動多媒體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)； 增強(qiáng)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(yīng)； 遞增冗余傳輸； RLC（Radio Link Control）窗口大小自動調(diào)整。2EDGE的背景 語音通信是第二代移動系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)，最近幾年，移動通信設(shè)備則在大大增強(qiáng)對數(shù)據(jù)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(jìn)蜂窩移動系統(tǒng)向第三代功能演進(jìn)、有效的通用無線接口技術(shù)。 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(diào)制 GSM采用的是GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）調(diào)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(dá)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(zhì)量控制 鏈路質(zhì)量控制，就是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中通過改變調(diào)制方式和編碼方式，動態(tài)地適應(yīng)無線傳輸環(huán)境，以達(dá)到提高鏈路質(zhì)量的方法。 EGPRS采用了一套精心設(shè)計的、高效的鏈路

10、質(zhì)量控制算法，定義兩種鏈路質(zhì)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(xié)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(hù)能力弱的編碼方式進(jìn)行初次數(shù)據(jù)傳輸； 如果數(shù)據(jù)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(jìn)行組合，再次解碼； 如此反復(fù)，直到解碼成功。9.2.4 EDGE在GSM網(wǎng)絡(luò)中的部署問題及改進(jìn)辦法 1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GSM/GPRS體系結(jié)構(gòu)如圖9-3所示。 2無線接口設(shè)備 3總速率4無線網(wǎng)絡(luò)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(bǔ)發(fā)展 EDGE完全基于GSM網(wǎng)絡(luò)，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(zhǔn)3G業(yè)務(wù)，培養(yǎng)用戶對3G的感知； EDGE可以同WCDMA/TD-SCDMA共用核心網(wǎng)。9.3 無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng)，即是Wireless LAN，通常簡稱為WLAN，是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，利用電磁波完成數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，使網(wǎng)上的計算機(jī)具有可移動性，能快速、方便地解決

12、有線方式不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連通問題。9.3.1 WLAN及其特點 可移動性 布線容易 組網(wǎng)靈活 成本優(yōu)勢 9.3.2 WLAN的標(biāo)準(zhǔn)體系 1IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)家族概況2IEEE 802.11 WLAN標(biāo)準(zhǔn)家族技術(shù)特點（1）IEEE802.11b（2）IEEE802.11a（3）IEEE802.11g（4）IEEE802.11b3其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 與IEEE 802.11相近的其他標(biāo)準(zhǔn)包括：ETSI的HIPERLAN/2，ARIB MMAC的HiSWAN和美國的HomeRF。 9.3.3 802.11b網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)單元功能 端站（STA） 接入點（AP） 接入控制器（AC） AAA服務(wù)器 Portal服務(wù)器 9.3.4 WLAN的關(guān)鍵技術(shù) 1MAC子層 （1）MAC子層的功能結(jié)構(gòu)圖9-8WLAN的協(xié)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(jī)，負(fù)責(zé)收發(fā)MAC的數(shù)據(jù)。 它分為兩個層：物理匯聚子層（PLCP）和物理媒體相關(guān)子層（PMD）。 9.3.5 WLAN的應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢 1應(yīng)用前景（1）WLAN與GPRS/UMTS的集成（2）WLAN構(gòu)建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 物理層需要適應(yīng)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(shù)據(jù)的可靠傳輸； 網(wǎng)絡(luò)層需要在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓那闆r下，高效地進(jìn)行路由。 傳輸層需要處理與有線網(wǎng)絡(luò)差異很大的分組延遲和丟失； 應(yīng)用層需要與對等應(yīng)用處理可能出現(xiàn)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(xiàn)上述功能，802.11n也引入了兩項關(guān)鍵技術(shù)，即多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)和寬信道帶寬技術(shù)。 MIMO技術(shù) 20/40MHz信道帶寬 9.4 WiMAX技術(shù) WiMAX（

15、Worldwide Interoperability for Microwave Access）作為一種新興的寬帶無線接入技術(shù)，一經(jīng)提出便受到了業(yè)界的普遍關(guān)注。 它的主要技術(shù)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I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)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(yīng)用前景。 9.4.1 IEEE 802.16工作進(jìn)展9.4.2 WiMAX論壇 1WiMAX論壇的產(chǎn)生背景 2論壇與其他標(biāo)準(zhǔn)組織的關(guān)系 9.4.3 802.16協(xié)議參考模型9.4.4 WiMAX關(guān)鍵技術(shù) 1OFDM與OFDMA 2多天線技術(shù) （1）多輸入多輸出（MIMO

16、）技術(shù) （2）自適應(yīng)天線系統(tǒng)（AAS） 3自適應(yīng)調(diào)制編碼 4功率控制 5媒體訪問機(jī)制 6QoS保證機(jī)制9.4.5 WiMAX對比于其他技術(shù) 1WiMAX之于Wi-Fi Wi-Fi近年來在市場上掀起了一股強(qiáng)勁的熱潮。 Wi-Fi有著“無線版本以太網(wǎng)”的美稱。 WLAN的安裝及設(shè)置相當(dāng)簡單。 WLAN的綜合成本非常低。 2WiMAX之于DSL xDSL技術(shù)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(wù)與數(shù)據(jù)信號的技術(shù)，它屬于速率非對稱型銅線接入網(wǎng)技術(shù)，并且可以在一對用戶線上進(jìn)行上行達(dá)640kbit/s，下行達(dá)1.58Mbit/s速率

17、的傳輸。 HDSL是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，它的特點是利用兩對雙絞線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持N64kbit/s各種速率，最高可達(dá)雙向2Mbit/s速率。 VDSL技術(shù)將雙絞線的傳輸速率推進(jìn)到極高層次，VDSL要求在相對短的距離上實現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可以實現(xiàn)58Mbit/s的傳輸速率。 3WiMAX與3G WiMAX單鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率、頻譜效率優(yōu)于其他兩種3G，與3G增強(qiáng)技術(shù)（WCDMA HSDPA、CDMA2000 1x EV/DV）相當(dāng)，主要應(yīng)用于城域網(wǎng)寬帶接入市場，也可用于其他3G系統(tǒng)基站到核心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)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(zhì)量的語音及中低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持方面優(yōu)于WiMAX，主要應(yīng)用于廣域網(wǎng)移動電話與中低速數(shù)據(jù)移動傳輸市場。 WiMAX的目標(biāo)在于實現(xiàn)寬帶接入的無線化，其他3G的目標(biāo)是實現(xiàn)無線移動通信的寬帶化，兩者發(fā)展的初衷與設(shè)計目標(biāo)略有不同。9.5 移動IP 9.5.1 技術(shù)背景和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 1技術(shù)背景2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) RFC 2002 定義了移動IP協(xié)議； RFC 2003、2004和1701定義了移動IP中用到的3種隧道技術(shù)； RFC 2005 敘述了移動IP的應(yīng)用； RFC 2006 定義了移動IP的管理信息庫（Managemen