（计算机应用技术专业论文）基于radius协议的无线数据业务预付费解决方案.pdf

摘要 无线通讯技术与i n t e r n e t 技术的迅猛发展推动了无线数据业务的发展。越来 越多的移动用户开始通过无线终端访问i n t e r n e t ，使用基于分组域的无线数据业 务。为了抢占无线数据业务市场，移动通信运营商必须加快网络建设的步伐， 然而大量的用户欠费现象又使运营商们举步维艰。随着3 g 时代的到来，这一矛 盾将越发明显。采用预付费的方式经营无线数据业务很好的解决了这一矛盾。 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 是目前世界上最大的2 g 移动通信系统，将逐步通过2 5 g 的g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 向3 g 的w c d m a ( w i d e b m l dc o d ed i v i s i o nm u l t i a c c e s s ) 演进，本文着重讨论基于 w c d m a 网络的数据业务预付费解决方案。论文深入研究了w c d m a 、移动智 能网及r a d i u s ( r e m o t ea u t h e n t i c a t i o nd i a li nu s e rs e r v i c e ) 协议，借鉴了移动 智能网的预付费业务及r a d i u s 协议在有线网络a a a ( a u t h e n f i c a t i o n ， a u t h o r i z a t i o n ，a c c o u n t i n g ) 系统中的应用，针对无线数据业务的特殊要求，设 计了基于r a d i u s 协议的w c d m a 网络分组域的预付费业务解决方案。论文对 以下几个方面进行了研究： 1 、研究无线数据业务的市场发展及定位，用户欠费对电信业的影响。分析 无线数据预付费业务解决方案的市场需求。 2 、研究第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的演进，深入研究 w c d m a 的网络体系结构及其接口规范。分析w c d m a 网络分组域数据业务控 制实体的功能。 3 、研究移动智能网的体系结构及c a m e l ( c u s t o m i z e d a p p l i c a t i o n f o r m o b i l e n e t w o ne n h a n c e dl o g i c ) 协议标准，传统话音预付费业务在各种情况下的业务 信令流程，移动智能网在数据业务控制方面的扩展。分析话音业务与数据业务 在预付费控制方面的异同，总结移动智能网预付费业务的特点及其解决方案的 缺陷。 4 、研究r a d i u s 协议规范及其基本原理，r a d i u s 认证与计费的操作流程， r a d i u s 消息及属性的定义格式及扩展方式。 5 、研究w c d m a 网络的移动性管理与分组会话管理，分析无线数据预付费 业务的控制依据及实现基础。 基于上述理论研究，提出了w c d m a 网络分组域的基于r a d i u s 协议的预 付费业务解决方案，定义了预付费业务控制的功能实体、实体间的接口及实体 的内部模块，根据需要扩展了r a d i u s 协议，定义了基于该扩展的业务流程及 控制逻辑，并对方案进行了论证与模拟测试。最后，对比移动智能网数据预付 费h k 务解决方案，分析了本方案的优势与不足，总结了论文所做的贡献并提出 了下一步的研究方向。 关键词：无线数据业务，w c d m a ，移动智能网，预付费，r a d i u s l l a b s t r a c t t h e r a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n di n t e r u e tt e c h n o l o g y s p e e d su pt h ee v o l u t i o no f w i r e l e s sd a t as e r v i c e ( w d s ) m o r ea n dm o r em o b i l e s u b s c r i b e r s ，w i t ht h e i rr a d i ot e r m i n a l ，b e g i nt oa c c e s si n t e m e ta n du s ew d s b a s e do np a c k e ts w i t c h e dd o m a i n i no r d e rt o p r e e m p tt h em a r k e to fw d s ， o p e r a t o r so fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nm u s ta c c e l e r a t et h ec o n s t r u c t i o no ft h e i r n e t w o r k h o w e v e r ，t h ee n o r l t l o u ss b n lo fa r r e a rm a k e st h e mh a n gal e g t h i s p r o b l e mw i l lb e c o m eb i g g e rw h e nt h e3 gc o m m u n i c a t i o ne r ac o m e s t oa d o p t p r e p a i dm o d e t oo p e r a t ew d sc a nr e s o l v et h i sp r o b l e m v e r yw e l l c u r r e n t l y ，g s mi s t h el a r g e s t2 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m i tw i l l e v o l v et o3 gw c d m av i a2 5 gg p r s t h i sp a p e rw i l li n t e n s i v e l yd i s c u s st h e p r e p a i ds o l u t i o nf o rw d s i nw c d m an e t w o r k t h e p a p e r h a s d e e p l y r e s e a r c h e d w c d m a ，m o b i l ei n t e l l i g e n tn e t w o r k ( m i n ) a n dr a d i u sp r o t o c o l ，a n dp u t f o r w a r dap r e p a i ds o l u t i o nf o rw d sb a s e do nr a d i u s p r o t o c o li nw c d m a n e t w o r k ，w i t ht 王1 er e f e r e n c eo ft h e p r e p a i d s e r v i c eb a s e do nm i na n dt 1 1 e r a d i u s a p p l i c a t i o n i naaao fc a b l e n e t w o r k a c c o r d i n g t ot h e s p e c i a l r e q u i r e m e n t o f w d s t h er e s e a r c h e so f t h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 r e s e a r c ht h em a r k e td e v e l o p m e n ta n dp o s i t i o n i n go fw d s ，i n d i c a t et h e d a m a g e t ot e l e c o m m u n i c a t i o n i n d u s t r yc a u s e db y u s e r a t r e a r a n a l y s et h em a r k e t n e e d so f p r e p a i ds o l u t i o nf o rw d s 2 r e s e a r c ht h ee v o l u t i o no ft h em o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mf r o m2 g t o3 g ，t l l en e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n di n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n so f w c d m a a n a l y s e t h ef u n c t i o n so ft h o s ee n t i t i e sw h i c h p l a yar o l ei nw d s sc o n t r o li nw c d m a n e t w o r k 3 r e s e a r c ht h ea r c h i t e c t u r eo fm t n ，s p e c i f i c a t i o no fc a m e l ，p r e p a i d s e r v i c es i g n a l i n gf l o wo fc o n v e n t i o n a lv o i c es e r v i c eu n d e rv a r i o u ss i t u a t i o n s ，a n d t h ee x t e n s i o no f m i nf o rw d s a n a l y s et h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd a t as e r v i c ea n d v o i c es e r v i c e s u m m a r i z et h et r a i t so f p r e p a i ds e r v i c e ，i d e n t i f - yt h ed e m e r i t so f p r e p a i dm o d e b a s e do nm i n i 4 r e s e a r c ht h es p e c i f i c a t i o no fr a d i u s p r o t o c o l ，i t sp r i n c i p l e s ，e x t e n s i o n m e t h o d o l o g y a n do p e r a t i o nf l o w so f a u t h e n t i c a t i o na n d a c c o u n t i n g 5 r e s e a r c hm o b i l i t ym a n a g e m e n ta n dp a c k e ts e s s i o nm a n a g e m e n to f w c d m an e t w o r k a n a l y s et h ec o n t r o l p r i n c i p l e s a n d i m p l e m e n t a t i o n f o u n d a t i o no f p r e p a i ds o l u t i o nf o rw d s b a s e do nt h ea b o v er e s e a r c h e s ，t h i sp a p e r p u t sf o r w a r da n dd e m o n s t r a t e sa p r e p a i ds o l u t i o nf o rw d s b a s e do nr a d i u s p r o t o c o ld e f i n i n gt w of u n c t i o n a l e n t i t i e so f p r e p a i dc l i e n ta n dp r e p a i ds e r v e r ，t h em o d u l e si nb o t he n t i t i e sa n d t h e i n t e r f a c eb e t w e e nt h e m ，a n dt h es e r v i c ef l o wi na l lk i n d so f c o n d i t i o n s ，e x t e n d i n g r a d i u sp r o t o c o la c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fw d s f i n a l l y ，t h ep a p e r c o m p a r e st h i s s o l u t i o nw 曲p r e p a i ds e r v i c eb a s e do nm i n 。a n a l y s e si t sm e r i t s a n dd e m e r i t s ，s u m m a r i z et h ec o n t r i b u t i o nt h i sp a p e rm a k e sa n di n d i c a t e st h e d i r e c t i o no f t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h k e y w o r d s ：w c d m a ，w i r e l e s sd a t as e r v i c e ，m o b i l ei n t e l l i g e n tn e t w o r k ，p r e p a i d ， r a d i i j s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：氢叁 日期：力咭年s , 9 , 1 e j 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：麴杰导师签名：塑 日期：。、r 年争月参1 日 第一章引言 第一章引言 1 1 无线数据业务预付费解决方案的市场需求 1 1 1 无线数据业务的市场发展 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线业务) 、l i m t s ( u n i v e r s a m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，通用移动通信系统) 等无线通讯技术的发 展使得无线通信不再局限于传统的语音业务。新的无线技术，传输速率由原来 的几k b i t s 提高到几十甚至上百k b i t s 1 j ，为无线终端实现宽带、多媒体、i n t e r n e t 接入等数据业务提供了强大的支持。无线数据业务突破了信息源和接入者位置 的限制，提高了信息获取的灵活性；无线数据业务改变了传统的办公模式，现 实了“移动办公”，这一方式将使居所、办公室、旅途等表示方位的名词失去原 有的意义；无线数据业务将给人们的工作、学习及生活带来翻天覆地的变化， 给企业和个人带来难以预料的文化变革。越来越多的移动用户开始通过无线终 端访问i n t e r n e t ，使用基于分组域的数据业务。根据c a h n e r s i n - s t a t g r o u p 的数 据，未来5 年内有超过1 4 亿人可以通过无线终端设备访问i n t e m e t l 2 1 ，无线数 据业务的市场潜力可见一斑。 2 0 0 5 年，我国将陆续发放3 g 业务经营牌照，为了抢占无线数据业务市场， 移动通信运营商必须加紧现有网络的升级改造。然而，电信业中普遍存在的用 户欠费现象使运营商们举步维艰。 1 。1 2 资费拖欠问题的严重。眭 信息产业部2 0 0 2 年的有关报告指出，2 0 0 1 年中国因盗用通信设施和用户 恶意欠费的损失超过2 0 0 亿元人民币，户均6 0 元以上【3 1 。对于当年营业额仅为 3 1 0 0 亿元的中国电信业来说，损失的比例占到营业额的近7 ，并且用户欠费 仍在以2 0 的比例逐年递增。欠费用户中恶意欠费者占4 0 5 0 ，其拖欠费 用则占了8 5 以上，恶意欠费已经造成电信运营企业呆账的比例越来越高、企 业利润不实、国有资产严重流失等恶劣现象，阻碍了中国电信业的发展。 无线数据业务的主要客户群是容易接受新鲜事物和追赶时尚的年轻人，他 们的经济收入和社会地位相对较低，流动性和变化性较大，这些特征导致他们 具有较大的欠费可能性。有关资料也表明，欠费用户大部分是流动人员、学生 等年轻的低收入用户。因此，运营商要成功开展无线数据业务，首先要解决好 主要客户的资费收取问题。 基于r a d i u s 协议的无线数据业务预付费解决方案 1 1 3 预付费是解决资费拖欠问题的有力手段 用户欠费是长期以来困扰电信运营商的一个棘手问题，是一种电信欺诈行 为。目前防范电信欺诈主要有两种措施，一种是行政措施，一种是技术措施。 在行政方面，需要借鉴发达国家的电信法规，加紧完善中国电信法，加快建立 个人消费信用体制。在技术方面，需要建立数据仓库，通过在线监测和分析软 件，追踪行为异常的用户，预测和发觉可能存在的欺诈行为，采取防范措施， 或者直接采用先收费后提供服务的经营方式。就目前情况来看，控制用户信用 度、立法限制电信欠费等方案不但实施难度大，而且见效周期长。因此利用技 术手段来解决电信欠费问题是当前较为可行的方法，而最为直接有效的解决方 式莫过于采用预付费的业务形式来发展和经营通信业务【4 】。 开展预付费业务，可以防止用户恶意欠费，减少企业与消费者之间的经济 纠纷；有助于电信运营商逐步消除呆坏账问题，保持现金流的畅通。同时，预 付费业务不需向用户提供帐单，不用对用户进行信用检查，大大降低了电信商 的运营成本1 5 】，并且预付费还可以弥补激烈市场竞争给运营商带来的用户流失 问题。另外，预付费用户可以随时随地购买充值卡，不需定期到银行或营业厅 交费，而且可以随时查询帐户余额，简单有效的控制通话费用。因此，预付费 业务一经推出便受到了运营商和用户的普遍青睐。 1 1 4 预付费业务是运营商争夺用户的重要手段 从中国移动的“全球通”( 后付费业务) 和“神州行”( 预付费业务) 两种不 同业务的用户定位来看，后付费业务主要针对收入高、对服务质量要求较高的 高端用户，而预付费业务则主要吸引收入低、流动性大、对服务质量要求较低 的低端用户入网。预付费用户一旦社会地位、工作境遇发生转变，将可能就地 升级为后付费用户。因此，预付费业务在运营商争取低端用户的过程中起到了 非常重要的作用。从神州行在国内的成功运营可以看出，预付费业务已经成为 运营商争夺用户的重要手段。 综上所述，就目前来讲，采用预付费的方式经营无线数据业务是最理想的 选择。 1 2 传统的无线业务预付费方案及其缺陷 1 2 1 传统无线预付费业务简介 传统的无线业务主要是基于电路域的话音业务，其预付费是基于移动智能 网实现的。我国现有的无线通信系统主要采用g s m ( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l e 第章引言 c o m m u n i c a t i o n ，全球移动通信系统) 和c d m a ( c o d e d i v i s i o nm u l t i a c c e s s ， 码分多址) 两种技术体制，智能网标准分别采用e t s i ( e u r o p e t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r di n s t i t u t i o n ，欧洲电信标准化组织) 推出的c a m e l ( c u s t o m i z e d a p p l i c a t i o nf o rm o b i l e n e t w o r ke n h a n c e dl o g i c ，移动网络增强逻 辑的客户化应用) 技术和a n s i ( a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r di n s t i t u t i o n ，美国 国家标准学会) 推出的w i n ( w i r e l e s s i n t e l l i g e n t n e t w o r k ，无线智能网) 技术 陋】。中国移动和中国联通1 9 9 9 年相继推出的丰桫h 行”和“如意通”业务就是基于 c m e l 移动智能网的预付费业务的典型代表。 基于移动智能网的预付费业务是通过智能网中的s c p ( s e r v i c ec o n t r o l p o i n t ，业务控制点) 与s s p ( s e r v i c es w i t c hp o i n t ，业务交换点) 之间的信令 交互实现的 】。当预付费用户拨打电话时，s s p 发现该用户是预付费签约用户， 则根据签约信息触发智能业务到s c p ，s c p 在指示s s p 进行实际接续前，根据 用户的帐户余额、用户拜访地区号以及被叫区号，判断用户是否可以通话，若 可以通话则分配一定的通话时长配额，指示s s p 根据该配额进行接续，若不能 通话则指示s s p 停止按续。预付费用户接听电话时的情况基本相同，只是s c p 在指示s s p 进行实际接续前，判断用户是否可以通话和分配配额的依据仅包括 用户帐户余额与用户拜访地区号。 1 2 2 传统无线预付费业务的缺陷 在发展新兴的数据业务上，传统的预付费业务则存在一些不足之处。 首先，传统的预付费只针对基于电路域的语音业务，无法对基于分组域的 数据业务进行控制。 其次，虽然最新的移动智能网标准草案在数据业务方面进行了扩充，但其 整体思路仍然是效仿语音业务的机制对数据业务进行智能控制，较少考虑数据 业务本身的特性，而数据业务的相关机制与语音业务完全不同，因此移动智能 网是否适合数据业务仍然存在很大疑问。 最后，为了实现无线数据业务的智能控制，移动智能网标准增加了很多消 息和特性，控制逻辑非常复杂，导致其研发成本昂贵，而且要实现移动智能网 支持数据业务的全网升级还需要很长一段时问。 1 3 基于r a d i u s 协议的无线数据业务预付费方案的引入 r a d i u s 协议是集认证、授权和计费( a a a ) 于一体的应用层协议，其扩 展性好，安全性高，灵活性强，易于管理，因而在有线网络数据业务中得到了 广泛的应用，例如：目前的宽带接入和光纤接入业务普遍采用r a d i u s 实现 基于r a d i u s 协议的无线数据业务预付费解决方案 a aa 系统。r a d i u s 协议本身就是针对数据业务设计的，并且基于分组域的 无线数据业务与固网宽带业务在业务特征上非常相似，因此基于r a d i u s 协议 设计无线数据业务的预付费方案，不但可以借鉴固网宽带业务的有关机制，共 享宽带业务的r a d i u s 设备，而且可以获得更加灵活简单的实现。 笔者深入研究了w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i a c c e s s ，宽带码 分多址) 网络体系结构、移动智能网及其预付费业务、r a d i u s 协议及其扩展， 从事了光纤接入a a a 系统的设计与实现1 作。论文将借鉴光纤接入a a a 系 统的实现，针对w c d m a 的数据业务，提出一种基于r a d i u s 协议的无线数 据业务预付费解决方案。 1 4 论文章节安排 第二代移动通信系统的典型代表是美国的d a m p s ( d i g i t a la m p s ，数字 化高级移动电话系统) 、i s 一9 5 和欧洲的g s m 。由于g s m 是世界上最大的移 动通信网，在向第三代移动通信系统的演进中，将沿着g s m - - ) h s c s d ( h i g h s p e e d c i r c u i ts w i t c h e dd a t a ，高速电路交换数据) - - ) g p r s - - ) w c d m a 这一主 线逐步推进，因此论文将以w c d m a 网络为背景，设计基于r a d i u s 协议的 无线数据预付费业务解决方案，在与移动智能网预付费方案进行对比的过程 中，也将选择针对g s m 的c a m e l 技术进行论述。论文章节安排如下： 第一章，分析无线数据业务的市场前景及其预付费方案的市场需求，简要 介绍了传统预付费业务及其缺陷，提出基于r a d i u s 协议设计无线数据业务预 付费系统的设计思路。 第二章，研究第三代移动通信系统，2 g 向3 g 的演进策略与3 g 的三种主 要技术体制，详细介绍了w c d m a 的网络体系结构及接口规范。 第三章，研究智能网与移动智能网技术及其发展，详细介绍了基于移动智 能网的预付费业务与移动智能网在数据业务控制方面的扩展。 第四章，研究r a d i u s 协议规范及其扩展方法。 第五章，分析w c d m a 网络的移动性管理与分组会话管理，论述r a d i u s 预付费的方案设计。包括定义预付费业务控制的功能实体、实体间的接口及实 体的内部模块，根据需要扩展r a d i u s 协议，定义基于该扩展的业务流程及控 制逻辑。最后，对方案进行论证与模拟测试。 第六章，总结论文所做的工作与贡献，对比移动智能网预付费方案，分析 r a d i u s 预付费方案的优势与不足，探讨下一步的研究方向。 第二章第三代移动通信系统- - w c d m a 第二章 第三代移动通信系统一w c d m a 第三代移动通信系统最早是由1 1 1 j ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n ，国际电信联盟) 于1 9 8 5 年提出的，当时称为f p l m t s ( f u t u r ep u b l i cl a n d m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，未来公众陆地移动通信系统) ，1 9 9 6 年更 名为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o n u a u n i c a t i o n 2 0 0 0 ，国际移动通信 2 0 0 0 ) ，意即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频段，最高业务速率可达2 0 0 0 k b i t s ， 预计在2 0 0 0 年左右得到商用 8 1 。但实际上i m t 一2 0 0 0 的商用时间比预期晚了很 多。 2 1 3 g 移动通信系统的目标及其无线传输技术要求 2 1 1 3 g 移动通信系统的目标 第三代移动通信系统能提供多种类型的、高质量的多媒体业务；能实现全 球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与固定网络相兼容，并允许以小型便携式终 端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。其目标可以概括为： 能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以 在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务； 能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频会话等业务， 尤其是多媒体业务： 能适应多种环境：可以综合现有的p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n e n e t w o r k ，公众交换电话网) 、i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e o i g i t a l n e t w o r k ， 综合业务数字网) 、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统来 提供无缝隙的覆盖； 足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量的 服务。 2 1 2 3 g 移动通信系统的无线传输技术要求 为实现上述目标，3 g 移动通信系统的r t t ( r a d i ot r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y ，无线传输技术) 应满足以下要求： 高速传输以支持多媒体业务。 1 ) 室内环境至少2 m b i t s ； 2 ) 室内外步行环境至少3 8 4 k b i t s ； 基于r a d i u s 协议的无线数据业务预付费解决方案 3 1 室外车辆运动中至少】4 4 k b i t s ； 4 ) 卫星移动环境至少9 6 k b i t s 。 传输速率能够按需分配。 上下行链路能适应不对称需求。 欧洲采用w c d m a 作为3 g 移动通信系统的无线传输技术，并将其称为 u m t s ，本章后面章节将对其进行详细介绍。 2 22 g 向3 g 的演进策略 2 g 向3 g 的演进实际上是由3 g p p ( 3 t h g e n e r a t i o n p a r t n e r p r o j e c t ，第三代 伙伴关系计划) 和3 g p p 2 两个标准化组织来推动和实施的。3 g p p 和3 g p p 2 制定的演进策略总体上都是渐进式的，既保证了现有投资和运营商的利益，又 有利于现有技术的平滑过渡。 第二代移动通信系统的典型代表是美国的d a m p s ( 先进的数字移动电话 系统) 、i s 一9 5 和欧洲的g s m ，在向3 g 移动通信系统的演进过程中各具特色。 2 2 1g s m 向w c d m a 的演进策略 g s m 向w c d m a 的演进策略是：目前的g s m - ) h s c s d ( 速率 1 4 4 6 4 k b i t s ) - - g p r s ( 速率1 4 4 k b i t s ) - - ) i m t 一2 0 0 0w c d m a 。 2 2 1 1 g s m g s m 发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的t d m a ( t i m ed i v i s i o n m u t i p l ea c c e s s ，时分多址) 标准而设计的，支持6 4 k b i t s 的数据速率，可与i s d n 互连。g s m 使用9 0 0 m h z 频带，采用f d d ( f r e q u e n c y d i v i s i o n d u p l e x ，频分 双工) 方式和t d m a 方式，每载频支持8 个信道，信号带宽2 0 0 k h z 。g s m 标 准体制较为完善，技术相对成熟，因此得到了最广泛的应用。其不足之处是相 对于模拟系统，容量增加不多，并且无法与模拟系统兼容。 2 2 1 2 h s c s d h s c s d 具有将多个全速率话音信道进行共同分配的特性，以多信道数据 传输实现较高的数据速率，并仍使用现有g s m 数据技术，现有g s m 系统稍 加改动就可使用。 2 2 ，1 3 g p r s g p r s 在现有g s m 网络的基础上增加了新的网络功能部分： s g s n ( s e r v i n g g p r s s u p p o r tn o d e ，服务g p r s 支持节点) ，其主要 6 第二章第三代移动通信系统- - w c d m a 的作用就是为本s g s n 服务区域的m s ( m o b i l es t a t i o n ，移动台) 转 发输入输出的l p 分组，其地位类似于g s m 电路网中的m s c ( m o b i l e s w i t c hc e n t e r ，移动交换中心) v l r ( v i s i t o rl o c a t i o n r e g i s t e r ，拜访 位置寄存器) 。同v l r 相似，s g s n 中的大部分用户信息是在位置更 新过程中从h l r ( h o m el o c a t i o n r e g i s t e r ，归属位置寄存器) 获取的。 g g s n ( g a t e w a y g p r s s u p p o r tn o d e ，网关g p r s 支持节点) ，其主 要的作用就是提供数据包在g p r s 网与外部数据网之间的路由和封 装。 g p r s 的主要优点是： 标准的无线分组交换i n t e m e t i n t r a n e t 接入，适用于所有g s m 覆盖的 地方； 可变的数据速率峰值，从每秒几个比特到1 7 1 2 k b i t s ( 最大数据速率 取决于生产厂家) ； 由于按实际数据量计费，使用户可能全天在线而只需支付实际传输数 据量的费用； 支持现有业务以及新的应用业务： 无线接口上打包，优化无线资源共享； 网络构成的分组交换技术，优化网络资源共享； 可延伸到未来无线协议的能力。 2 2 1 4 w c d m a w c d m a 成为以u m t s i m t 一2 0 0 0 为目标的成熟的新技术，其能够满足 i t u 所列出的所有要求，提供非常有效的高速数据业务以及具有高质量的语音 和图像业务，详细介绍见2 4 节。 2 2 2 i s 9 5 向c d m a 2 0 0 0 的演进策略 i s 一9 5 向c d m a 2 0 0 0 的演进策略是：i s 一9 5 a ( 速率9 6 1 4 4 k b i f f s ) - - ) i s 一9 5 b ( 速率1 1 5 2 k b i t s ) c d m a 2 0 0 01 x - c d m a 2 0 0 01 x e v 。i s 9 5 是北美的种数 字蜂窝标准，使用8 0 0 m h z 或1 9 0 0 m h z ，采用c d m a 多址方式。c d m a 2 0 0 0i x 能提供更大容量和高数据速率( 1 4 4 k b i t s ) ，支持突发模式并增加新的补充信 道，先进的m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r o l ，媒质接入控制) 提供改进的q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ，服务质量) 保证。采用增强技术后的c d m a 2 0 0 01 x e v 可 以提供更高的性能。 基于r a d i u s 协议的无线数据q k 务预付费解决方案 2 2 3d a m p s 向u w c 一1 3 6 的演进策略 d a m p s ( i s 1 3 6 ) 向u w c 一1 3 6 ( u n i v e r s a lw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s1 3 6 ) 演进的第一步是实现g p r s 1 3 6 ，第二步是实现u w c 一1 3 6 。d a m p s 是两种北 美数字蜂窝标准中推出较早的一种，使用8 0 0 m h z 频带，采用t d m a 多址方 式。g p r s 1 3 6 是“1 3 6 + 分组交换数据业务”的官方称呼，由于考虑到实现的经 济性问题，高层协议( 指第三层以上) 与g p r s 完全相同。它提供了与g s m 的g p r s 同样的容量，设计思路也与g p r s 十分相似，即在现有的电路交换网 节点上并联分组交换网节点，同时这两个网间也有链路相连。u w c 1 3 6 实际 上是一个协议族的总称，包括i s 1 3 6 、i s 一1 3 6 + 、i s 一1 3 6 h s ，其目标是使现有的 i s 13 6 移动通信系统能够顺利地过渡到第三代移动通信系统。 2 3 3 g 的无线接口标准 1 9 9 9 年1 0 月在芬兰赫尔辛基召开的i t utg 8 1 第1 8 次会议最终通过了 1 m t _ 2 0 0 0 无线接口技术规范建议( i m t r s p c ) ，明确了无线接口技术标准， 它们是i m t - 2 0 0 0c d m ad s ( w c d m a ) 、i m t 一2 0 0 0c d m am c ( c d m a 2 0 0 0 ) 、 i m t 一2 0 0 0c d m at d d ( t d s c d m a 和u t r at d d ) 、i m t 一2 0 0 0t d m as c ( u w c 1 3 6 ) 、i m t 一2 0 0 0f d m a 佃m a ( d e c t ) 。而前三个基于c d m a 的 标准已成为最主要的三种技术体制【9 】，表2 1 显示了它们之间的对比情况，下 面分别加以介绍。 表2 1 三种主要技术体制的比较 制式w c d m a c d m a 2 0 0 gt d s c d m a 采用国家欧洲、日本美国、韩国中国 继承基础g s m窄带c d m ag s m 同步方式异步同步异步 码片速率3 8 4 m c p sn + 1 2 2 8 8 m c p s 1 2 8 m e p s 信号带宽5 m m z n + 1 2 5 毗z1 6 m h z 空中接口w c d m ac d m a 2 0 0 0 兼容i s - 9 5t d s c d m a 核心网g s m m a p a n s i 一4 1g s m m a p 2 3 1w c d 队 c n ( c o r en e t w o r k ，核心网) 基于g s m g p r s 网络的演进，保持与 g s m g p r s 网络的兼容性；可以基于t d m ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，时分 复用) 、a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ，异步传输模式) 和i p 技术，并 向全i p 的网络结构演进；逻辑上分为c s ( c i r c u i ts w i t c h e d ，电路交换) 域和 第二章第三代移动通信系统一w c d m a p s ( p a c k e ts w i t c h e d ，分组交换) 域，分别完成电路型业务和分组型业务。 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，u m t s 陆地无线接入网) 基于a t m 技术，统一处理语音和分组业务，并向j p 方向发展。 m a p ( m o b i l ea p p l i c a t i o np r o t o c o l ，移动应用协议) 技术和g p r s 隧道技 术是w c d m a 体制移动性管理机制的核心。 空中接口采用w c d m a ，其特性如下： 5 m h z 信号带宽： 3 8 4 m c p s 码片速率： a m r ( 自适应多速率语音编码) 语音编码； 支持同步异步基站运营模式； 上下行闭环加外环功率控制方式； 发射分集方式：下行包括开环发射分集和闭环发射分集，提高u e 的 接收性能。开环发射分集又包括s t t d ( s p a c et i m et r a n s m i td i v e r s i t y ， 空时发射分集) 和t s t d ( t i m es w i t c h e dt r a n s m i td i v e r s i t y ，时分发 射分集) ；而闭环发射分集也包括两种模式；发射分集是可选项； 导频辅助的相干解调方式，提高解调性能； 卷积码和t u r b o 码的编码方式： 上行b p s k ( b i n a r y p h a s es h i f tk e y i n g ，二进制相移键控) 和下行q p s k ( q u a d r a t u r ep h a s es h i f t k e y i n g ，正交相移键控) 调制方式。 2 3 2c d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 体制是基于i s 一9 5 的标准基础上提出的3 g 标准，其电路域继承 2 gi s 一9 5c d m a 网络，引入以w i n 为基本架构的业务平台；分组域是基于 m o b i l ei p 技术的分组网络；无线接入网以a t m 交换机为平台，提供丰富的适 配层接口。 空中接口采用c d m a 2 0 0 0 ，兼容i s 一9 5 ，其特性如下： n x l 2 5 m h z ( n =