移动通信-第9章移动数据传输

1、第9章 移动数据传输 GPRS系统9.1EDGE技术9.2无线局域网9.3 WiMAX技术9.4移动IP9.59.1 GPRS系统 9.1.1 GPRS系统概述 1GPRS的产生 GPRS可以看作是移动通信和分组数据通信融合的第一步。 GPRS主要的应用领域有：E-mail电子邮件、WWW浏览、WAP业务、电子商务、信息查询、远程监控等。2GPRS的发展 GPRS新增如下功能实体：服务GPRS支持节点（SGSN），网关GPRS支持节点（GGSN），点对多点数据服务中心等。 同时，对原有的一系列功能实体进行软件升级。 GPRS大规模地采用了数据通信技术 3GPRS与HSCSD业务的比较 HSCS

2、D（High Speed Circuit Switching Data，高速电路交换数据）业务是基于电路交换的点到点数据传输业务，可提供实时的高速数据传输。9.1.2 GPRS的基本功能和业务 GPRS提供的应用业务具有以下特点： 适用于不连续的非周期性（突发）数据传送，突发出现的时间间隔远大于突发数据的平均传输时延； 适用于小于500字节小数据量事务处理业务，允许每分钟出现几次，可以频繁传送； 适用于几千字节大数据量事务处理业务，允许每小时出现几次，可以频繁传送。 GPRS非常适合突发的数据应用业务，能够高效利用信道资源，但对大数据量应用业务，GPRS网络要加以限制。 主要原因如下。 1数据

3、业务量较小 2无线信道的数据速率较低9.1.3 GPRS的基本体系结构和传输机制 1GPRS接入点与网络互通 2网络互通 通过Gi接口，GPRS PLMN支持与外部数据网络PSPDN或IP网络的互通。 3逻辑体系结构（1）主要网络实体 GPRS MS 终端设备 移动终端 移动台 PCU（Packet Control Unit，分组控制单元） SGSN（Service GPRS Support Node，服务GPRS支持节点）SGSN提供以下功能。 本SGSN区域内的分组数据包的路由与转发功能，为本SGSN区域内的所有GPRS用户提供服务。 加密与鉴权功能 会话管理功能 移动性管理功能 逻辑链路

4、管理功能 同GPRS BSS、GGSN、HLR、MSC、SMS-GMSC、SMS-IWMSC的接口功能 话单产生和输出功能，主要收集用户对无线资源的使用情况 GGSN（Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点） GGSN主要提供以下功能。 同外部数据IP分组网络（IP、X.25）的接口功能， GPRS会话管理 将移动用户的分组数据发往正确的SGSN； 话单的产生和输出功能。 CG（Charging Gateway，计费网关） RADIUS服务器 DNS（Domain Name System，域名服务器） BG（Border Gateway，边界网关）（2）主要网

5、络接口 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）高层功能 网络接入控制功能 分组路由和转发功能 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（4）GPRS的数据传输平面9.1.4 GPRS的业务发展与应用 1GPRS业务发展的有利因素 （1）充分利用现有网络 （2）Internet实现 （3）网络频谱效率高 （4）网络成本不断降低 （5）资费合理2制约GPRS业务应用的不利因素（1）对所有用户来说小区容量有限（2）实际应用中的速率比理论值要低得多（3）次最佳（次优化）调制（4）转接时延3GPRS的应用 GPRS

6、是一组新的GSM承载业务，在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS可提供以下一系列交互式业务：点对点无连接型网络业务（PTP-CLNS）、点对点面向连接的数据业务（PTP-CONS）、点对多点业务（PTM），还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务。9.2 EDGE技术 EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，EDGE）是一种基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信技术，通常又被人们称为2.75G技术。 9.2.1 EDGE技术简介 EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它主要是在GSM系统中采用

7、了一种新的调制方法，即最先进的多时隙操作和8PSK调制技术。 由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使每个符号所包含的信息是原来的3倍。9.2.2 EDGE的技术定位及其背景 1EDGE的技术定位 EDGE的技术不同于GSM的优势在于： 8 PSK（Phase Shift Keying）空中接口模式，带宽得到明显提高；单点接入速率峰值为2Mbit/s，单时隙信道的速率可达到48kbit/s，从而使移动数据业务的传输速率在峰值时可以达到384kbit/s，这为移动多媒体业务的实现提供了基础； 增强型的AMR（Adaptive Multi-Rate）编码方

8、式； MCS（Modulation & Coding Scheme）19 9种信道编码方式； 链路自适应； 递增冗余传输； RLC（Radio Link Control）窗口大小自动调整。2EDGE的背景 语音通信是第二代移动系统的主要业务，最近几年，移动通信设备则在大大增强对数据通信的支持能力 ，EDGE可以被视为一个提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进、有效的通用无线接口技术。 9.2.3 EDGE的基本原理 1EDGE体系 EDGE包括一个分组交换传输模式EGPRS（Enhanced GPRS）和一个电路交换传输模式ECSD（Enhanced Circuit-Switc

9、hed Data）。 28PSK调制 GSM采用的是GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）调制方式， EDGE是通过信号的绝对相位来表示符号的，其符号的可能性有8种，每个符号映射成3个比特。 因此EDGE理论上可以达到GSM 3倍的速率。3EDGE的发送功率及逻辑信道类型（1）EDGE的发送功率（2）逻辑信道类型4编码方式（1）分组交换传输方式（EGPRS）（2）电路交换传输方式（ECSD）5链路质量控制 链路质量控制，就是指在数据传输过程中通过改变调制方式和编码方式，动态地适应无线传输环境，以达到提高链路质量的方法。 EGPRS采用了一套精心设计的、高效的链路

10、质量控制算法，定义两种链路质量控制模式，链路适配LA（link adaption）和增量冗余IR（Incremental Redundancy）。 （1）GPRS的ARQ协议（2）LA（3）IR IR的基本原理是： 先不考虑无线传输环境，采用速率高、保护能力弱的编码方式进行初次数据传输； 如果数据没有被正确接收，再重传额外的编码信息，由接收方对新的信息和历史信息进行组合，再次解码； 如此反复，直到解码成功。9.2.4 EDGE在GSM网络中的部署问题及改进办法 1网络结构 GSM/GPRS体系结构如图9-3所示。 2无线接口设备 3总速率4无线网络规划（1）覆盖规划（2）频率规划（3）信道管理

11、9.2.5 EDGE同3G的互补发展 EDGE完全基于GSM网络，仅仅在空中接口有微小的差别； EDGE完全后向兼容GSM/GPRS，原有GSM/GPRS用户无需更换终端仍可照常使用； EDGE可以和GSM/GPRS共享频率资源。 EDGE可以较好地支持流媒体等准3G业务，培养用户对3G的感知； EDGE可以同WCDMA/TD-SCDMA共用核心网。9.3 无线局域网 无线局域网，即是Wireless LAN，通常简称为WLAN，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决

12、有线方式不易实现的网络连通问题。9.3.1 WLAN及其特点 可移动性 布线容易 组网灵活 成本优势 9.3.2 WLAN的标准体系 1IEEE 802.11标准家族概况2IEEE 802.11 WLAN标准家族技术特点（1）IEEE802.11b（2）IEEE802.11a（3）IEEE802.11g（4）IEEE802.11b3其他相关标准 与IEEE 802.11相近的其他标准包括：ETSI的HIPERLAN/2，ARIB MMAC的HiSWAN和美国的HomeRF。 9.3.3 802.11b网络结构 1网络参考模型2接口定义 WA接口 WB接口 WT接口 WU接口 WS接口 WP接口

13、 WM接口 3网络单元功能 端站（STA） 接入点（AP） 接入控制器（AC） AAA服务器 Portal服务器 9.3.4 WLAN的关键技术 1MAC子层 （1）MAC子层的功能结构图9-8WLAN的协议模型 （2）MAC管理实体 保密问题。 同步问题。 节能问题。 漫游问题。 2物理层（PHY） PHY层是WLAN的收发信机，负责收发MAC的数据。 它分为两个层：物理汇聚子层（PLCP）和物理媒体相关子层（PMD）。 9.3.5 WLAN的应用前景与发展趋势 1应用前景（1）WLAN与GPRS/UMTS的集成（2）WLAN构建Ad Hoc网络 物理层需要适应快速改变的链路特点。 MAC层

14、需要最小化碰撞概率、允许公平接入，能在链路快速改变和存在隐藏终端和暴露终端的情况下提供数据的可靠传输； 网络层需要在网络拓扑不断变化的情况下，高效地进行路由。 传输层需要处理与有线网络差异很大的分组延迟和丢失； 应用层需要与对等应用处理可能出现的通信频繁中断和重建以及变化范围很大的分组延迟与丢失。2WLAN发展趋势（1）802.11e：支持QoS （2）802.11h：除去相互干扰之忧（3）802.11n：支持高速率 为实现上述功能，802.11n也引入了两项关键技术，即多输入多输出（MIMO）技术和宽信道带宽技术。 MIMO技术 20/40MHz信道带宽 9.4 WiMAX技术 WiMAX（

15、Worldwide Interoperability for Microwave Access）作为一种新兴的宽带无线接入技术，一经提出便受到了业界的普遍关注。 它的主要技术特点是传输速率高、覆盖范围大、支持移动性、提供QoS保证并采用基于全IP的网络架构，实现了数据分组化、接入宽带化和终端移动化三者合一，因而具有广泛的发展、应用前景。 9.4.1 IEEE 802.16工作进展9.4.2 WiMAX论坛 1WiMAX论坛的产生背景 2论坛与其他标准组织的关系 9.4.3 802.16协议参考模型9.4.4 WiMAX关键技术 1OFDM与OFDMA 2多天线技术 （1）多输入多输出（MIMO

16、）技术 （2）自适应天线系统（AAS） 3自适应调制编码 4功率控制 5媒体访问机制 6QoS保证机制9.4.5 WiMAX对比于其他技术 1WiMAX之于Wi-Fi Wi-Fi近年来在市场上掀起了一股强劲的热潮。 Wi-Fi有着“无线版本以太网”的美称。 WLAN的安装及设置相当简单。 WLAN的综合成本非常低。 2WiMAX之于DSL xDSL技术按上行和下行的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。 ADSL是一种新的在一对双绞线上同时传输电话业务与数据信号的技术，它属于速率非对称型铜线接入网技术，并且可以在一对用户线上进行上行达640kbit/s，下行达1.58Mbit/s速率

17、的传输。 HDSL是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，它的特点是利用两对双绞线实现数据传输，支持N64kbit/s各种速率，最高可达双向2Mbit/s速率。 VDSL技术将双绞线的传输速率推进到极高层次，VDSL要求在相对短的距离上实现极高的数据传输速率，最高可以实现58Mbit/s的传输速率。 3WiMAX与3G WiMAX单链路的数据传输速率、频谱效率优于其他两种3G，与3G增强技术（WCDMA HSDPA、CDMA2000 1x EV/DV）相当，主要应用于城域网宽带接入市场，也可用于其他3G系统基站到核心网络的数据传输。 其他3G在移动台高速和大范围移动、基站广域覆盖和高质量的语音及中低速数据业务的支持方面优于WiMAX，主要应用于广域网移动电话与中低速数据移动传输市场。 WiMAX的目标在于实现宽带接入的无线化，其他3G的目标是实现无线移动通信的宽带化，两者发展的初衷与设计目标略有不同。9.5 移动IP 9.5.1 技术背景和相关标准 1技术背景2相关标准 RFC 2002 定义了移动IP协议； RFC 2003、2004和1701定义了移动IP中用到的3种隧道技术； RFC 2005 叙述了移动IP的应用； RFC 2006 定义了移动IP的管理信息库（Managemen