第四章GSMGPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用

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1、第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用一一 GSM4.1 GSM 概述GSM：Global System of Mobile communication全球移動通信系統(tǒng)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過200個國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。GSM被看作是第二代(2G)移動通信系統(tǒng)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.1.1開發(fā)數(shù)字移動通信的目的采用多信道共用和頻率復(fù)用技術(shù)，頻率利用率高；系統(tǒng)功能完善，具有越區(qū)切換、漫游等功能，與市話網(wǎng)互連，可以直撥市話、長話、國際長途，計費(fèi)功能齊全，用戶使用方便。第一代移動通信系統(tǒng)主要采用模擬技術(shù)和頻分多址（

2、FDMA)技術(shù)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第一代移動通信系統(tǒng)的缺點：制式混雜，不能實現(xiàn)國際漫游不能提供綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）業(yè)務(wù)模擬系統(tǒng)設(shè)備價格高手機(jī)體積大，電池充電后有效工作時間短用戶容量受到限制，系統(tǒng)擴(kuò)容困難統(tǒng)保密性差、安全性差第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.1.2 GSM 泛歐數(shù)字移動通信系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)提出了兩項主要設(shè)計語音和信令都采用數(shù)字信號傳輸，數(shù)字語音的傳輸速率降低到 16kbit/s 或更低；不再采用模擬系統(tǒng)使用的 12.5kHz25kHz 標(biāo)準(zhǔn)帶寬，采用時分多址接入方式。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第二代移動

3、通信系統(tǒng)的主要參數(shù)。頻段：935MHz960MHz（基站發(fā)，移動臺收）；890MHz915MHz（移動臺發(fā)，基站收）；頻帶寬度：25MHz；通信方式：全雙工；載頻間隔：200kHz；信道分配：每載頻 8 時隙；全速信道 8 個，半速信道 16 個（TDMA）；信道總速率：270.8kbit/s；。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用調(diào)制方式：GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)；語音編碼：輸出速率為 13kbit/s；數(shù)據(jù)速率：9.6kbit/s；跳頻速率：217 跳/秒；每時隙信道速率：33.8kbit/s用戶也將能在整個服務(wù)區(qū)域，在 GSM 系統(tǒng)覆蓋的所有國家之間實現(xiàn)全自動的漫游

4、。除了國際漫游，GSM 標(biāo)準(zhǔn)還提供了一些新的用戶業(yè)務(wù)，如高速數(shù)據(jù)通信、傳真和短消息業(yè)務(wù)等。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用GSM 系統(tǒng)的優(yōu)點：頻譜利用率更高，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)容量。GSM 提供了一種公共標(biāo)準(zhǔn)，便于實現(xiàn)全自動國際漫游，在 GSM 系統(tǒng)覆蓋到的地區(qū)均可提供服務(wù)。能提供新型非話業(yè)務(wù)。用戶信息傳輸時保密性好，不易被竊聽；用戶入網(wǎng)資料安全性好，無非法并機(jī)現(xiàn)象，數(shù)字加密實用技術(shù)已成熟，用戶入網(wǎng)信息存在 SIM 卡中，而 SIM 卡很難仿造。數(shù)字無線傳輸技術(shù)抗衰落性能較強(qiáng)，傳輸質(zhì)量高、語音質(zhì)量好?？山档统杀举M(fèi)用，減小設(shè)備體積，電池有效使用時間較長。第四章GSM,GPRS到W

5、CDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2 GSM 系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.2.1系統(tǒng)組成GSM 系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）（或交換子系統(tǒng) SS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）和移動臺子系統(tǒng)（MS）。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用1.網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）MSC 是網(wǎng)絡(luò)的核心，完成系統(tǒng)的電話交換功能。歸屬用戶位置寄存器（HLR）HLR 是 GSM 系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)庫，存儲著該 HLR 管理的所有移動用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)。存儲著用戶信息和位置信息。訪問用戶位置寄存器（VLR）VLR 是服務(wù)于其控制區(qū)域內(nèi)移動用戶的，存儲著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)已登記的移動用戶的相

6、關(guān)信息，為已登記的移動用戶提供建立呼叫接續(xù)的必要條件。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用鑒權(quán)中心（AUC）AUC 存儲著鑒權(quán)信息和加密密鑰，用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)，并保證通過無線接口的移動用戶信息的安全。移動設(shè)備識別寄存器（EIR）EIR 存儲著移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼（IMEI），通過檢查白名單、灰名單和黑名單判 別準(zhǔn)許使用、出現(xiàn)故障需監(jiān)視的、失竊不準(zhǔn)使用的移動設(shè)備的 IMEI，以防止非法使用偷竊的、有故障的或未經(jīng)許可的移動設(shè)備。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2.基站子系統(tǒng)（BSS）BSS 是 GSM 系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分，它

7、通過無線接口直接與移動臺相接，負(fù)責(zé)無線收發(fā)和無線資源管理。BSC 是 BSS 的控制部分，起著 BSS 的交換設(shè)備的作用，即各種接口的管理、無線資源和無線參數(shù)的管理。BTS 屬于 BSS 的無線部分，是由 BSC 控制并服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備，完成BSC 與無線信道間的轉(zhuǎn)接，實現(xiàn) BTS 與移動臺間的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3.操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）OSS 需完成許多任務(wù)，包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)等。GSM 網(wǎng)絡(luò)中每個部件都有機(jī)內(nèi)狀態(tài)監(jiān)視和報告功能，OMC 對其反饋結(jié)果進(jìn)行分析，診斷并自動解決問題，如將業(yè)務(wù)切換

8、至備份設(shè)備，針對故障情況采取適當(dāng)維護(hù)措施。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.移動臺（MS）移動臺是公用 GSM 移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個 GSM系統(tǒng)中的惟一設(shè)備。移動臺的類型不僅包括手機(jī)，還包括車載臺和便攜臺。移動臺另外一個重要的組成部分是用戶識別模塊 SIM，它是一張“智能卡”，包含所有與用戶有關(guān)的信息和某些無線接口的信息，其中也包括鑒權(quán)和加密信息。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.無線覆蓋區(qū)域結(jié)構(gòu)GSM 網(wǎng)絡(luò)無線覆蓋根據(jù)其接續(xù)、覆蓋方式，分成多重結(jié)構(gòu)。小區(qū)：一個基站或基站的一部分（扇形天線）所覆蓋的區(qū)域

9、?；緟^(qū)域：一個基站的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域。位置區(qū)：MS 可任意移動的區(qū)域。MSC 區(qū)：由一個或若干個位置區(qū)組成。PLMN 服務(wù)區(qū)：若干個 MSC 區(qū)組成。GSM 服務(wù)區(qū)：MS 可獲得服務(wù)的區(qū)域，由若干個公用移動電話網(wǎng)組成。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2.GSM 移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)模較小的移動本地網(wǎng)GWp 為 PSTN 側(cè)的接口局；GWm 為 PLMN 側(cè)的接口局；TS 為長途局；Tm為匯接局。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用中等規(guī)模的移動本地網(wǎng)對于有中等規(guī)模的移動本地網(wǎng)的地區(qū)，應(yīng)考慮設(shè)置一對獨立的 GWm 并兼作 GMSC。第四章GSM,GPR

10、S到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用大規(guī)模的移動本地網(wǎng)第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3.GSM 話路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.3 GSM數(shù)字信號的處理1.語音編碼語音編碼就是心愿編碼，用于將模擬信號變成數(shù)字信號以便在信道中傳輸。2.信道編碼信道編碼在發(fā)端增加的冗余碼元，用于在接收端對傳輸中出現(xiàn)的差錯進(jìn)行糾錯。3.交織編碼交織編碼的目的是在解碼比特流中降低傳輸突發(fā)差錯。4.數(shù)字信號調(diào)制無線信道是模擬信道，為使數(shù)字信號能有效地在無線信道中傳輸，GSM系統(tǒng)采用GMSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)，這是一種特殊的F

11、SK調(diào)制方式。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.4 GSM中的頻率利用頻率是無線通信的重要資源，如何合理使用頻率，提高頻率利用率是每一個無線通信系統(tǒng)的運(yùn)營商和其主管部門應(yīng)慎重考慮的問題。頻率復(fù)用技術(shù)是指同意載波的無線信道用于覆蓋相隔一定距離的不同區(qū)域，相當(dāng)于頻率資源獲得再生。頻率復(fù)用的結(jié)果是系統(tǒng)內(nèi)部必然會產(chǎn)生同頻率干擾，因此必須采用抗干擾措施，使頻率干擾控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.5 GSM的系統(tǒng)業(yè)務(wù)4.5.1基本業(yè)務(wù)包括：電話業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、傳真和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)等。1電話業(yè)務(wù)2緊急呼叫業(yè)務(wù) 3短消息業(yè)務(wù) 4語音信箱業(yè)務(wù)5傳

12、真和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.5.2 GSM 的補(bǔ)充業(yè)務(wù) 1號碼識別補(bǔ)充業(yè)務(wù)類 號碼識別補(bǔ)充業(yè)務(wù)類如下。主叫號碼識別顯示：向被叫方提供主叫方的 ISDN 號碼。主叫號碼識別限制：限制將主叫方的 ISDN 號碼提供給被叫。被連號碼識別顯示：將被連方的 ISDN 號碼提供給主叫方。被連號碼識別限制：限制將被連方的 ISDN 號碼提供給主叫方。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2呼叫提供類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 呼叫提供類補(bǔ)充業(yè)務(wù)如下。無條件呼叫轉(zhuǎn)移：被服務(wù)的用戶可以使網(wǎng)絡(luò)將呼叫他的所有入局呼叫連接到另一號碼。遇忙呼叫轉(zhuǎn)移：當(dāng)遇到被叫移動用戶忙時，將入局呼

13、叫接到另一個號碼。無應(yīng)答呼叫轉(zhuǎn)移：當(dāng)遇到被叫移動用戶無應(yīng)答時，將入局呼叫接到另一號碼。不可及呼叫轉(zhuǎn)移：當(dāng)移動用戶未登記、沒有 SIM 卡、無線鏈路阻塞或移動用戶離開無線覆蓋區(qū)域，無法找到時，網(wǎng)絡(luò)可將入局呼叫接到另一號碼。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3呼叫限制類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 呼叫限制類補(bǔ)充業(yè)務(wù)如下。閉鎖所有出呼叫：不允許有呼出。閉鎖所有國際出呼叫：阻止移動用戶進(jìn)行所有出局國際呼叫，僅可與當(dāng)?shù)氐?PLMN或 PSTN建立出局呼叫，不管此 PLMN是否為歸屬的 PLMN。閉鎖除歸屬 PLMN國家外所有國際出呼叫：僅可與當(dāng)?shù)氐?PLMN或PSTN用戶，及歸屬 PLMN國家的 PLMN

14、或 PSTN用戶建立出局呼叫。閉鎖所有入呼叫：該用戶無法接收任何入局呼叫。當(dāng)漫游出歸屬 PLMN國家后，閉鎖入呼叫：當(dāng)用戶漫游出歸屬 PLMN國家后，閉鎖所有入局呼叫。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4呼叫完成類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 呼叫完成類補(bǔ)充業(yè)務(wù)如下。呼叫等待：可以通知處于忙狀態(tài)的被叫移動用戶有來話時呼叫等待；然后，由被叫選擇接受還是拒絕這一等待中的呼叫。呼叫保持：允許移動用戶在現(xiàn)有呼叫連接上暫時中斷通話，讓對方聽錄音通知，而在隨后需要時，重新恢復(fù)通話。至忙用戶的呼叫完成：主叫移動用戶遇被叫用戶忙時，可在被叫空閑時獲得通知，如主叫用戶接受回叫，網(wǎng)絡(luò)可自動向被叫發(fā)起呼叫。第四章GSM

15、,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用5多方通信類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 多方通話：允許一個用戶和多個用戶同時通話，并且這些用戶間也能相互通話。也可以根據(jù)需要，暫時將與其他方的通話置于保持狀態(tài)而只與某一方單獨通話，任何一方可以獨立退出多方通話。6集團(tuán)類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 移動虛擬網(wǎng) VPN：一些用戶構(gòu)成用戶群，群內(nèi)用戶相互通信可采用短號碼，用另一種方式計費(fèi)；與群外用戶通信，則按常規(guī)方式撥號和計費(fèi)。7計費(fèi)類補(bǔ)充業(yè)務(wù) 計費(fèi)通知：該業(yè)務(wù)可以將呼叫的計費(fèi)信息實時地通知應(yīng)付費(fèi)的移動用戶。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.6 GSM系統(tǒng)的安全措施 GSM 使用卡機(jī)分離的業(yè)務(wù)提供方式，用戶的入網(wǎng)信息存在 SIM

16、 卡，而 GSM 是一個開放的系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶信息的安全性，系統(tǒng)設(shè)置了很多安全措施。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.6.1用戶識別模塊（SIM 卡）1SIM 卡的功能 存儲數(shù)據(jù)。SIM 卡中存有用戶身份認(rèn)證所需的信息。執(zhí)行安全操作。SIM 卡可進(jìn)行用戶入網(wǎng)的鑒權(quán)、用戶信息的加密、TMSI 的更新，用戶 PIN 碼的操作和管理。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2SIM 卡的結(jié)構(gòu) SIM 卡在激活方式時，完成與移動終端間的信息傳輸。在休閑方式時，SIM卡將保留所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并支持內(nèi)部全休眠、指令休眠和時鐘休眠等三種休眠方式。第四章GSM,GPRS

17、到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3SIM 卡的使用在 GSM 系統(tǒng)中，移動終端出廠后不能直接使用，用戶必須在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營部門注冊得到一張 SIM 卡，它是持卡用戶在運(yùn)營商的代表。用戶無需拆開手機(jī)即可裝卸 SIM 卡。SIM 卡的使用有一定年限，物理壽命取決于用戶的插拔次數(shù)，約在 1萬次左右。SIM 卡都有防水、耐磨、抗靜電、接觸可靠等特點。每次呼叫結(jié)束或移動終端正常關(guān)閉時，所有的臨時數(shù)據(jù)都會從移動終端傳送到 SIM 卡中，以后開、關(guān)移動終端又都要進(jìn)行 PIN校驗。通信過程中，從移動終端中取出 SIM 卡會終止當(dāng)時的通信，而且還可能破壞用戶數(shù)據(jù)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.安全

18、措施 數(shù)字移動電話系統(tǒng)為了保護(hù)用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者的合法性，采取了以下安全措施：接入網(wǎng)絡(luò)要求對用戶進(jìn)行鑒權(quán)；無線傳輸要對信息進(jìn)行加密；通信過程中對 IMSI 保密；SIM卡的 PIN 操作；對移動設(shè)備進(jìn)行設(shè)備識別，以保證系統(tǒng)中使用的設(shè)備不是盜用的或非法的設(shè)備。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用鑒權(quán) 第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用加密過程第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用用戶識別碼的保密 第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.SIM 卡的安全SIM 卡的安全用 PIN 碼和 PUK 碼保證。另外，用戶的入網(wǎng)信息全部存在 SIM 卡中

19、，而SIM 卡很難仿造，可確保用戶側(cè)的信息安全。5.移動臺的識別移動臺的識別是為了確保系統(tǒng)中使用的移動設(shè)備都是合法的設(shè)備。在移動臺申請接入時，需向系統(tǒng)發(fā)送 IMEI，MSC/VLR 將 IMEI發(fā)送給 EIR，EIR 將收到的 IMEI在三個清單（白名單、黑名單、灰名單）中比對，并將結(jié)果送給 MSC/VLR，以決定是否允許入網(wǎng)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2 GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))GPRS作為第二代移動通信向第三代過渡的技術(shù)，被稱為第二代半（或稱 2.5 代）技術(shù)，這是一種基于 GSM 的移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動分組的 IP 或者 X.25 連接。第四

20、章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.1 GPRS產(chǎn)生的背景1.IP技術(shù)已成為發(fā)展方向電路交換、報文交換和分組交換是通信網(wǎng)上三大交換技術(shù)。其中分組交換方式是數(shù)據(jù)通信的理想選擇。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用電路交換電路交換：在發(fā)端和收端之間建立電路連接，并保持到通信結(jié)束的一種交換方式。優(yōu)點優(yōu)點：由于通信線路為通信雙方用戶專用，數(shù)據(jù)直達(dá)，所以傳輸數(shù)據(jù)的時延非常小。通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強(qiáng)。雙方通信時按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在失序問題。電路交換既適用于傳輸模擬信號，也適用于傳輸數(shù)字信號。電路交換的交換設(shè)備（交換機(jī)等）及控制均較簡

21、單。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用缺點缺點:電路交換的平均連接建立時間對計算機(jī)通信來說太長。電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨占，即使通信線路空閑，也不能供其他用戶使用，因而信道利用低。電路交換時，數(shù)據(jù)直達(dá)，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難相互進(jìn)行通信，也難以在通信過程中進(jìn)行差錯控制。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用報文交換報文交換：通過接收，必要時存儲并繼續(xù)傳送消息來對其進(jìn)行路由選擇的一種交換方式。優(yōu)點優(yōu)點：報文交換不需要為通信雙方預(yù)先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發(fā)送報文。通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同

22、的時間一段一段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用缺點缺點：時延大，報文交換的實時性差，不適合傳送實時或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)。報文交換只適用于數(shù)字信號。由于報文長度沒有限制，而每個中間結(jié)點都要完整地接收傳來的整個報文，當(dāng)輸出線路不空閑時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要求網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點有較大的緩沖區(qū)。為了降低成本，減少結(jié)點的緩沖存儲器的容量，有時要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報文存在磁盤上，進(jìn)一步增加了傳送時延。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用分組交換分組交換:分組交換仍采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較

23、短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發(fā)送出去。優(yōu)點優(yōu)點：加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。簡化了存儲管理。減少了出錯機(jī)率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。由于分組短小，更適用于采用優(yōu)先級策略，便于及時傳送一些緊急數(shù)據(jù)，因此對于計算機(jī)之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信，分組交換顯然更為合適些。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用缺點：缺點：盡管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延，而且其結(jié)點交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力。分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等信息，使傳送的信息量增大，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制復(fù)雜，時延增加。當(dāng)分組交

24、換采用數(shù)據(jù)報服務(wù)時，可能出現(xiàn)失序、丟失或重復(fù)分組，分組到達(dá)目的結(jié)點時，要對分組按編號進(jìn)行排序等工作，增加了麻煩。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2.移動數(shù)據(jù)市場的形成 最早，在模擬移動通信網(wǎng)中，幾乎不具備數(shù)據(jù)傳輸能力；在第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為附加業(yè)務(wù)存在，GSM 數(shù)據(jù)傳輸速率僅為 9.6kbit/s；隨著 Internet 的發(fā)展，人們對高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增強(qiáng)，移動與數(shù)據(jù)的結(jié)合成為移動通信的發(fā)展趨勢。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3.GSM 向第三代移動通信系統(tǒng)的演進(jìn)現(xiàn)在，GSM 系統(tǒng)仍在發(fā)展中，但 GSM 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已不能滿足

25、人們的需求，進(jìn)而希望在第三代移動通信中，通過便攜式計算機(jī)或移動手機(jī)也能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和接入 Internet，這就形成了當(dāng)前移動通信網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。第三代移動通信的主要特征是具有寬帶數(shù)據(jù)通信和多媒體通信能力，能提供快速分組交換能力。采用 GPRS 方案，既能充分利用原有的 GSM 資源，又能平滑過渡到第三代網(wǎng)絡(luò)。因此，GPRS是 GSM 演進(jìn)的最主要的方案。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.2 GPRS的特點 GPRS 采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。定義了新的 GPRS無線信道，且分配方式十分靈活。支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸

26、，最高速率理論值可達(dá) 21.4kbit/s 8=171.2kbit/s。GPRS 網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)間的無縫連接?？梢院虸P網(wǎng)和X.25網(wǎng)連接。數(shù)據(jù)速率的提高使GPRS所能提供的業(yè)務(wù)從原來單一的文本傳輸，擴(kuò)展到了多媒體業(yè)務(wù)，還能無線上網(wǎng)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用GPRS具有與 GSM 一樣的安全功能。GPRS可以實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級（QoS）的計費(fèi)功能。GPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用 IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實現(xiàn)與高速發(fā)展的 IP 網(wǎng)無縫連接。GPRS有“永遠(yuǎn)在線”的特點，即用戶可隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。將現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)

27、升級至分組交換的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，需要在網(wǎng)絡(luò)中做些改動。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.3 GPRS的局限性可靠性差。小區(qū)總?cè)萘坑邢?。實際傳輸速率和理論值間存在較大的間距。支持GPRS MT的終端得不到保證。GPRS使用的調(diào)制方式還有待改進(jìn)。傳輸時延。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.3 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.基于GSM的GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基站收發(fā)信臺基站控制器分組控制單元移動業(yè)務(wù)交換中心公共交換電話網(wǎng)絡(luò) 歸屬用戶寄存器業(yè)務(wù)支持節(jié)點網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用（1）與 GSM 相比，GPRS新增的主要設(shè)備。SGS

28、N（GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點）：主要功能是對移動終端進(jìn)行鑒權(quán)和移動性管理，記錄移動臺的當(dāng)前位置信息，建立移動終端到 GGSN 的傳輸通道，接收從 BSS 送來的移動臺的分組數(shù)據(jù)，通過 GPRS骨干網(wǎng)傳送給 GGSN，或者將分組發(fā)送到同一服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺。SGSN還可集成計費(fèi)網(wǎng)關(guān)、邊緣網(wǎng)關(guān)（負(fù)責(zé)實現(xiàn)不同 GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的互連）和防火墻的功能。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用 GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）：是連接 GPRS網(wǎng)絡(luò)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如 ISDN，PSPDN 和 LAN等。對于外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來說，它就是一個路由器，負(fù)

29、責(zé)存儲已經(jīng)激活的 GPRS 用戶的路由信息。GGSN 接收移動臺發(fā)送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的外部網(wǎng)絡(luò)，或接收來自外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，通過隧道技術(shù)，傳送給相應(yīng) SGSN。另外 GGSN 還可具有地址分配、計費(fèi)、防火墻功能。PCU（分組控制單元）：用于分組數(shù)據(jù)的信道管理和信道接入控制。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用（2）為了升級至 GPRS，GSM 中需要進(jìn)行改造的設(shè)備 BTS：對于目前使用的 CS-1 和 CS-2，只需軟件升支持新的邏輯信道和編碼方式即可。BSC：需要增加新的分組數(shù)據(jù)處理單元 PCU 模塊。（PCU 可作為 BSC 的一個單元，也可以是一臺單獨的

30、設(shè)備）。HLR：需要軟件升級支持 GPRS的用戶數(shù)據(jù)和路由信息以及與 SGSN 的 Gr 接口。MSC/VLR：如果需要實現(xiàn) MSC 與 SGSN 的 Gs 接口，則需要對 MSC 做軟件升級，否則無需對 MSC 進(jìn)行改造。另外 MSC 可以與 SGSN/GGSN 安裝在一起，并逐步用 GPRS核心網(wǎng)取代 MSC 的功能。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用 OMC：需要增加對新的網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的功能。計費(fèi)系統(tǒng)：由于 GPRS 采用了與電路交換業(yè)務(wù)完全不同的計費(fèi)信息，采用按數(shù)據(jù)流量而不是按時長計費(fèi)，因此需升級計費(fèi)系統(tǒng)。終端：因為 GPRS和 GSM 采用不同的數(shù)據(jù)類型，所以

31、需要采用支持 GPRS的終端。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2GPRS骨干網(wǎng)絡(luò) 公共陸地移動網(wǎng)絡(luò) 邊界網(wǎng)關(guān)域名系統(tǒng)計費(fèi)網(wǎng)關(guān)公用數(shù)據(jù)網(wǎng) 第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用GPRS 骨干網(wǎng)中，幾個比較重要的元素如下。邊界網(wǎng)關(guān)BG：主要作用是確保不同運(yùn)營商之間的GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信安全。域名系統(tǒng) DNS：主要用于 IP 網(wǎng)絡(luò)，提供邏輯域名和 IP 地址之間的映射。計費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG：收集來自 SGSN 和 GGSN 的計費(fèi)信息，并將計費(fèi)信息送往運(yùn)營商的計費(fèi)系統(tǒng)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.4 無線接口終端設(shè)備移動終端業(yè)務(wù)支持節(jié)點公共陸地移動網(wǎng)

32、絡(luò)設(shè)備標(biāo)識寄存器 歸屬位置寄存器 公用數(shù)據(jù)網(wǎng) 存儲和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù) 移動業(yè)務(wù)交換中心第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.5 GPRS的技術(shù)及參數(shù)GPRS的主要技術(shù)參數(shù)如下工作頻段：890MHz915 MHz；1 710MHz1 780 MHz；935MHz960 MHz；1 805MHz1 880 MHz；頻道間隔：200kHz；頻率復(fù)用：43 方式；每載波信道數(shù)：8（時隙）；第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用每信道數(shù)據(jù)率：CS-1 9.05kbit/s CS-2 13.4kbit/s CS-3 15.6kbit/s CS-4 21.4kbit/s（對應(yīng)四種編碼

33、方案）單終端多信道能力：同一載波下的 1 個8 個時隙；調(diào)制方式：GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）；信道占用方式：按需分配；第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4.2.5 GPRS系統(tǒng)的功能及實現(xiàn) 1.網(wǎng)絡(luò)接入控制功能網(wǎng)絡(luò)接入就是用戶連接到電信網(wǎng)中以使用由這個網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)或者設(shè)施的途徑。注冊功能；身份鑒別和授權(quán)功能；允許接入控制功能；消息過濾功能；分組終端適配功能；計費(fèi)數(shù)據(jù)采集功能；第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用2.分組路由選擇和傳輸功能 路由選擇是指分組數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程，包括以下幾個步驟：確定目前哪些路徑可達(dá)；根據(jù)不同要求（如路徑最

34、短，或時延最短），選擇一條最佳路徑；將數(shù)據(jù)包的格式適配為適合底層傳輸協(xié)議傳輸?shù)母袷?；通過選定的路徑將數(shù)據(jù)包傳送到其他系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用（1）GPRS的路由管理第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用GPRS 的路由管理是指 GPRS 網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)傳送路由。GPRS 的路由管理表現(xiàn)在以下三個方面：移動臺發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立；移動臺接收數(shù)據(jù)的路由建立；移動臺處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用（2）分組路由選擇和傳輸功能的子功能 轉(zhuǎn)發(fā)功能：將收到的數(shù)據(jù)包傳送給傳輸路徑中的下一跳節(jié)點。1.路由選

35、擇功能：路由器分析 IP 數(shù)據(jù)包頭部的目的地址之后，決定該數(shù)據(jù)包下一跳節(jié)點的 IP地址。2.地址翻譯和映射功能：當(dāng)需要在不同類型的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，通過地址翻譯可以將一個外部網(wǎng)絡(luò)協(xié)議地址轉(zhuǎn)換成一個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址，以便在 PLMN 之間選擇路由來發(fā)送分組，地址翻譯通常在網(wǎng)關(guān)（用于互連兩種不同類型的網(wǎng)絡(luò)）中進(jìn)行。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用1.封裝功能：當(dāng)協(xié)議數(shù)據(jù)包傳送給下一層協(xié)議時，將原來的 PDU當(dāng)作用戶數(shù)據(jù)，路由信息（地址）或控制信息（如校驗和）作為信息頭，封裝成新的 PDU后向下層協(xié)議傳輸。2.隧道功能：隧道傳送是指在節(jié)點之間，透明傳送已封好的數(shù)據(jù)包。壓縮功能：因

36、為 GPRS 系統(tǒng)中無線資源非常有限，在保證不損害信息完整性的前提下對其進(jìn)行壓縮，將大大提高傳輸效率以及對無線資源的利用率。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用 加密功能：用于加密 SGSN 和 GPRS 移動臺間傳送的用戶用戶數(shù)據(jù)和信令，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的安全性、PLMN不受入侵。域名服務(wù)器功能：域名服務(wù)器用于將邏輯主機(jī)名翻譯成 GSN IP 地址。GPRS系統(tǒng)中的每個 GSN都有一個邏輯主機(jī)名，對應(yīng)一個內(nèi)部的 GSN IP 地址。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用3移動性管理功能（1）移動性管理狀態(tài)的定義與 GPRS 用戶相關(guān)的移動性管理定義了空閑（Idle）：當(dāng)

37、移動臺還未開機(jī)或沒有進(jìn)行 GPRS 連接（Attach）時，處于空閑狀態(tài)。等待（Standby）：移動臺已完成 GPRS 連接，但沒有傳輸數(shù)據(jù)時，處于等待狀態(tài)就緒（Ready）：當(dāng)移動臺正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，處于就緒狀態(tài)；。三種不同的狀態(tài)，每一種狀態(tài)都規(guī)定了一定的功能級別和信息。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移 第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用GPRS狀態(tài)轉(zhuǎn)移包括五種情況：從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)移到就緒狀態(tài)；從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)；從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)移到就緒狀態(tài)；從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)移到等待狀態(tài)；從就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)

38、應(yīng)用（3）移動性管理流程 移動管理流程包括：業(yè)務(wù)接入功能業(yè)務(wù)斷開功能清除功能安全功能位置管理功能。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用4邏輯鏈路管理功能 邏輯鏈路管理功能包括協(xié)調(diào) MS與 PLMN之間的鏈路狀態(tài)信息，同時監(jiān)管這個邏輯鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸活動，其子功能包括：邏輯鏈路建立功能：當(dāng) MS接入 GPRS服務(wù)時，邏輯鏈路就建立起來了；邏輯鏈路維護(hù)功能：監(jiān)控邏輯鏈路的狀態(tài)，并控制鏈路狀態(tài)的改變；邏輯鏈路釋放功能：用于釋放邏輯鏈路建立時所占用的資源。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用5無線資源管理功能 無線資源管理功能參與無線通信路徑的分配和維護(hù)。GSM 無線資源可

39、由電路交換業(yè)務(wù)和分組交換業(yè)務(wù)共享。Um管理功能：用來管理在每一小區(qū)中所用的物理信道組，并決定分配給 GPRS所使用的無線資源的數(shù)量。小區(qū)選擇功能：使用戶選擇最佳的小區(qū)建立通信連接，還可用于檢測和避免候選小區(qū)內(nèi)的呼叫阻塞。路徑管理功能：用于管理 BSS 與 SGSN 節(jié)點之間的分組數(shù)據(jù)通信路徑。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用6網(wǎng)絡(luò)管理功能網(wǎng)絡(luò)管理功能用于實現(xiàn) GPRS 網(wǎng)絡(luò)中的各種運(yùn)營和維護(hù)功能，與 GSM 中功能相同。7會話管理 GPRS 會話管理是指 GPRS 移動臺和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)間的連接控制管理。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用PDP 上下文有兩種狀態(tài)：激活 ACTIVE 和去激活I(lǐng)NACTIVE。PDP 上下文狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖如右第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用8用戶數(shù)據(jù)的傳輸 移動管理上下文建立后，就可在 MS 與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)間傳送數(shù)據(jù)了，其過程如圖 4-15所示。第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用第四章GSM,GPRS到WCDMA的發(fā)展及技術(shù)應(yīng)用