移动通讯基本理论.doc

、移动基本理论第一部分GSM原理110页第二部分CDMA简介1114页第三部分GPRS简介1518页第四部分3G演进1922页 第一部分 GSM原理前言 GSM900和DCS1800就是我们平常讲的双频网络，它们都是GSM标准。两个系统功能相同，主要是频率不同，GSM900工作在900MHZ，DCS1800工作在1800MHZ。1.GSM系统的主要组成 GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统(简称基站BS)基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成；网络子系统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)以及原地位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。移动台(MS)即便携台(手机)或车载台基站收发台(BTS)小区结构(如全向、扇形、星状和链状)所需要的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。基站控制器(BSC)是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发台和操作维护中心之间交换信息提供接口。移动交换中心(MSC)是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制548C管理。归属位置寄存器(HLR)是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。每个用户都必须在某个HLR(相当于该用户的原籍)中登记。访问位置寄存(VLR)是一种用于存储来访用户位置信息的数据库。当移动用户漫游到新的MSC 控制区时，它必须向该地区的VLR申请登记。鉴权中心(AUC)的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并 获得服务。设备标志寄存器(EIR)是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴 别和监视，并拒绝非移动台入网。操作和维护中心(OMC)的任务是对全网进行监控和操作，例如系统的自检、报 警与备用设备的激活、系统的故障诊断与处理、话务量的统计和计费数据的记录与传 递，以及各种资料的收集、分析与显示等。GSM系统遵循CCITT建议的公用陆地移动通信网(PLMN)接口标准共分： 1)移动台与基站之间的接口(Um);2)基站与移动交换中心之间的接口(A)；3)基站收发台与基站控制器之间的接口(ABis)4)移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口(B)；5)移动交换中心与原地位置寄存器之间的接口(C)；6)原地位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口(D)；7)移动交换中心之间的接口(E)；8)移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口(F)；9)访问位置寄存器之间的接口(G)2.GSM的区域、号码、地址与识别1)区域划分 从地理位置范围来看，GSM系统分为GSM服务区，公用陆地移动网(PLMN)业务区、移动交换控制区(MSC区)、位置区(LA)、基站区和小区。GSM服务区由联网的GSM全部成员国组成PLMN业务区 由GSM系统构成的公用陆地移动网(GSM/PLMN)MSC业务区由一个移动交换中心控制区域组成。位置区以位置区识别码(LAI)来区分MSC业务区的不同位置区。基站区 一般指一个基站所控制若干个小区的区域称为基站区。小区 2)识别号码1国际移动用户识别码(IMSI)2临时用户识别码(TMSI)3国际移动设备识别码(IMEI)4移动台PSTN/ISDN号码(MSISDN)5移动台漫游号码(MSRN) 6位置区识别码(LAI) 7小区全球识别码(CGI) 8基站识别码(BSIC)3、工作频段 我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用 900MHz频段：905915MHZ（移动台发、基站收）950960（基站发、移动台收） 1800MHZ频段:17101785MHZ（移动台发、基站收）18051880（基站发、移动台收） 频道间隔：相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz8=25kHz 频道配置：采用等间隔频道配置方法，频道序号和频点标称中心频率的关系为： fl(n)= 890.200MHz （n-1） 0.200MHz 移动台发，基站收 fh(n)= fl(n) 45MHz 基站发，移动台收 n= 0124频道 双工收发间隔：45kHz。 干扰保护比：同频道干扰保护比： C/I 9dB 邻频道干扰保护比： C/I - 9dB 4、多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道5、跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性采用的载频变换，跳频功能主要是： (1) 改善衰落。 (2) 处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分集。 (3) 跳频相当于频率分集 GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。基带跳频的原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射，射频跳频是将话音信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射6、帧和信道GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道，一个物理信道就为一个时隙(TS)，而逻辑信道是根据BTS与MS之间传递的信息种类的不同而定义的不同逻辑信道。这些逻辑信道映射到物理信道上传送。 逻辑信道又分为两大类，业务信道和控制信道。 业务信道（TCH）：用于传送编码后的话音或客户数据 控制信道：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道定义成广播、公共及专用三种控制信道，广播信道（BCH）: -频率校正信道（FCCH）：携带用于校正MS频率的消息，下行信道，点对多点（BTS对多个MS）方式传播。 -同步信道（SCH）：携带MS的帧同步（TDMA帧号）和BTS的识别码（BSIC）的信息，下行信道，点对多点方式传播。 -广播控制信道（BCCH）：广播每个BTS的通用信息（小区特定信息）。下行，点对多点方式传播。 公共控制信道（CCCH） : -寻呼信道（PCH）：用于寻呼（搜索）MS。下行，点对多点方式传播。 -随机接入信道（RACH）：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道（SDCCH），可作为对寻呼的响应或MS主叫登记时的接入。上行信道，点对点方式传播。 -允许接人信道（AGCH）：用于为MS分配一个独立专用控制信道（SDCCH）。下行信道，点对点方式传播。 专用控制信道(DCCH)： -独立专用控制信道（SDCCH）：用在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。 -慢速随路控制信道（SACCH）：它与一个TCH或一个SDCCH相关，是一个传送连续信息的连续数据信息，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告-快速随路控制信道（FACCH）：它与一个TCH相关。工作于借用模式，即在话音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms的话音（数据）来传送。 在TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统中的一个频道，每帧包括8个时隙（TS0-7），要有TDMA 帧号，这是因为GSM的特性之一是客户保密性好，是通过在发送信息前对信息进行加密实现的。计算加密序列的算法是以TDMA帧号为一个输入参数，因此每一帧都必须有一个帧号。有了TDMA帧号，移动台就可判断控制信道TS0上传送的是哪一类逻辑信道。TDMA帧号是以3.5小时（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。每2715648个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧持续时间为6.12s，每个超帧又是由复帧组成。复帧分为两种类型。 26帧的复帧-它包括26个TDMA帧，持续时长120ms,51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH）。 51帧的复帧-它包括51个TDMA帧，持续时长306013ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。 TDMA信道上一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列。共有五种类型。 普通突发脉冲序列（NB）：用于携带TCH及除RACHA，SCH和FCCH以外的控制信道上的信息 频率校正突发脉冲序列（FB）：用于移动台的频率同步 同步突发脉冲序列（SB）：用于移动台的时间同步 接入突发脉冲序列（AB）：用于随机接入 空闲突发脉冲序列（DB）：此突发脉冲序列在某些情况下由BTS发出，不携带任何信息 7、空间分集 多径衰落和阴影衰落产生原因是不相同的。这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素，使接收信号被大大地恶化，虽然通过增加发信功率、天线尺寸和高度等方法能取得改善，但采用这些方法在移动通信中比较昂贵，有时也显得不切实际。而采用分集方法即在若干个支路上接收相互问相关性很小的载有同一消息的信号，然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出，那么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率。 分集的方法有空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集和分量分集等多种。在移动通信中，通常采用空间分集。我们知道在移动通信中，空间略有变动就可能出现较大的场强变化。当使用两个接收信道时，它们受到的衰落影响是不相关的，且二者在同一时刻经受深衰落谷点影响的可能性也很小，因此这一设想引出了利用两副接收天线的方案，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小，这就是空间分集。 8、基站与移动台间的时间调整 由于在空中接口采用了TDMA技术，那么某一移动台必须在指配给它的时隙内发送，而在其余时间又必须保持寂静，否则它会干扰使用同样载频上不同时隙的另一些移动客户。所以，在呼叫进行期间，必须监视呼叫到达基站的时间，并由系统向移动台发送指令，随着移动台离开基站的距离，逐步指示移动台提前发送的时间，这就是时间的调整。时间调整的提前是063个比特之间的任意值。如0个比特就表示不必调整，表明MS和BTS在一起。63个比特是调整的最大量，也就是BTS与BS之间最长距离。所以我们说，GSM系统最大覆盖范围是： 3.7ms 63 3 108ms = 70km 3.7ms：每个比特的时长。 63：时间调整的最大比特数。 3 108ms ：电波速度。 其覆盖半径是35km。 9、语音编码技术-规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP编码器）10、调制方式-GMSK高斯滤波最小频移键控11、保密措施GSM系统在安全性方面有了显著的改进，其主要是在下列部分加强了保护：接入网路方面采用了对客户鉴权；无线路径上采用对通信信息加密；对移动设备采用设备识别；对客户识别码用临时识别码保护；SMI卡用PIN码保护。12、信令流程 移动客户至固定客户出局呼叫流程 MS始发呼叫流程图 图中流程说明如下： (1) 在服务小区内，一旦移动客户拨号后，移动台向基站请求随机接入信道。 (2) 在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的过程。 (3) 对移动台的识别码进行鉴权，如果需加密则设置加密模等，进入呼叫建立的起始阶段。 (4) 分配业务信道的过程。 (5) 采用七号信令的客户部分(1SUPTUP)，建立与固定网(ISDNPSTN)至被叫客户的通路，并向被叫客户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。 (6) 被叫客户取机应答，向移动台发送应答连接消息，最后进入通话阶段。 位置更新基本流程 ：一种典型的MSC间位置更新基本流程。 位置更新流程图图说明如下： (1) 移动台MS从一个位置区(属于MSCA的覆盖区)移动到另一个位置区(MSCB覆盖区)。 (2) 通过检测由基站BTS持续发送的广播信息，移动台发现新收到的位置识别码与目前使用的位置区识别码不同。 (3)(4) 移动台通过该基站向MSCB发送“我在这里”位置更新请求消息。 (5) MSCB把含有MSCB标识和MS识别码的位置更新消息送给HLR(鉴权或加密计算过程开始)。 (6) HLR返回响应消息，其中包含全部相关的客户数据。 (7)(8) 在访问的VLR中进行客户数据登记。 (9) 通过基站把有关位置更新响应消息送给移动台(如果重新分配TMSI，一起送给移动台)。 (10) 通知原来的VLR则除有关此移动客户的数据。 切换基本流程 ：一种典型的MSC之间切换的基本流程。 MSC间切换流程图图说明如下： (1) 稳定的呼叫连接状态。 (2) 移动台对邻近基站发出的信号进行无线测量，包括功率、距离和话音质量。这三个指标决定切换的门限值。无线测量结果通过信令信道报告给基站子系统BSS中的基站收发信台BTS。 (3) 无线测量结果经过BTS预处理后传送给BSC，BSC综合功率、距离和话音质量进行计算，并与切换门限值进行比较，决定是否要进行切换，如果需要再向MSCA发出切换请求。 (4) MSCA决定执行MSC之间的切换。 (5) MSCA请求在MSCB区域内建立无线通道，然后在MSCA与MSCB之间建立连接。 (6) MSCA向移动台发出切换命令后，移动台切换到已准备好连接通路的基站。 (7) 移动台发出切换成功确认消息传送给MSCA，以释放原来的信息等资源。 呼叫释放基本流程 图0和图1表示了MS发起呼叫和网路端发起呼叫信道释放基本流程。 图0 MS发起释放 图1 网路端发起信道释放13、GSM支持的业务1、电信业务GSM移动通信网能提供6类电信业务： (1) 电话业务 (2) 紧急呼叫业务 (3) 短消息业务 (4) 可视图文接入 (5) 智能用户电报传送 (6) 传真 2、承载业务 GSM系统一开始就考虑兼容多种在ISDN中定义的承载业务，满足GSM移动客户对数据通信服务的需要。GSM系统设计的承载业务不仅使移动客户之间能完成数据通信，更重要的是能为移动客户与PSTN或ISDN客户之间提供数据通信服务，还能使GSM移动通信网与其它公用数据网互通，例如公用分组数据网和公用电路数据网。 3、补充业务 GSM系统能提供8大类补充业务 1 号码类补充业务 (1) 主叫号码识别显示(CNIP) (2) 主叫号码识别码限制(CNIR)(3) 被叫号码识别显示(CONP) (4) 被叫号码识别限制(CONR) (5) 恶意呼叫识别(MCl) 2 呼叫提供类补充业务 (1) 无条件呼叫前转(CFU) (2) 遇移动客户忙呼叫前转(CFB) (3) 遇无应答呼叫前转(CFNR) (4) 遇移动客户不可及呼叫前转(CFNR) (5) 呼叫转移(CT) (6) 移动接入搜索(MAN) 3 呼叫完成类补充业务 (1) 呼叫等待(CM) (2) 呼叫保持(HOLD) (3) 至忙客户的呼叫完成(CCBS) 4 多方通信类补充业务 (1) 三方业务(3PTY) (2) 会议电话(CONF)。 5 集团类补充业务：闭合客户群(CUG) 6 计费类补充业务 (1) 计费通知(AOC) (2) 免费业务(FPH) (3) 对方付费(REVC) 7 附加信息传送类补充业务 ：客户至客户信令(UUS) 8 呼叫限制类补充业务 (1) 闭锁所有出局呼叫(BAOC) (2) 闭锁所有国际出局呼叫(BOIC) (3) 闭锁除归属PLMN国家外的所有国际呼叫(BOICEXXHC) (4) 闭锁所有入局呼叫(BAIC) (5) 当漫游出归属PLMN国家后，闭锁入局呼叫(BAIC-Roam) CDMA的基本概念CDMA给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。知道该码序列用户的接收机对收到的信号进行解码，并恢复出原始数据，这是因为该用户码序列与其它用户冯序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。CDMA通常也用扩频多址（SSMA）来表征。对所传信号频谱的扩展给予CDMA以多址能力。因此，对扩频信号的产生及其性能的了解就十分重要。扩频调制技术必须满足两条基本要求：1所传信号的带宽必须远大于信息的带宽。2所产生的射频信号的带宽与所传信息无关。所传信号的带宽Bt与信息带宽Bi之比称为扩频系统的处理增益Gp Gp=BtBi接收机采用相同的扩频码与收到的信号进行相关运算恢复出所携带的原始信息。由于扩频信号扩展了信号的频谱，所以它具有一系列不同于窄带信号的性能： 多址能力 抗多径干扰的能力 具有隐私性能 抗人为干扰的能力 具有低载获概率的性能 具有抗窄带干扰的能力CDMA按照其采用的扩频调制方式的不同，可以分为直接序列扩频（DS）跳频扩频（FH）跳时扩频（TH）和复合式扩频，如图1所示。直接序列扩频（DS-SS）发射机和接收机的构成如图2所示。CDMA蜂窝移动通信网的特点 与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，所要求的载干比(CI)小于1，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其它系统有非常重要的优势。 系统容量大理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。实际要比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。 系统容量的灵活配置：这与CDMA的机理有关。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，我们打个比方，我们将带宽想象成一个大房子。所有的人将进入唯一的大房子.如果他们使用完全不同的语言,他们就可以清楚地听到同伴的声音而只受到一些来自别人谈话的干扰.在这里,屋里的空气可以被想象成宽带的载波,而不同的语言即被当作编码,我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住了我们.如果能控制住用户的信号强度,在保持高质量通话的同时,我们就可以容纳更多的用户。 通话质量好：CDMA系统话音质量很高，声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。 频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。 延长手机电池寿命采用功率控制和可变速率声码器，手机电池使用寿命延长。建网成本下降。CDMA移动通信系统的关键技术 1功率控制技术 功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，“远近效用”问题特别突出。CDMA功率控制的目的就是克服“远近效用”，使系统既能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。(l)反向开环功率控制。它是移动台根据在小区中接受功率的变化，调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态范围，根据IS95标准，它至少应该达到正负32dB的动态范围。(2)反向闭环功率控制。闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。(3)前向功率控制。在前向功率控制中，基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。2PN码技术 PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。3RAKE接收技术 移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。 4软切换技术 先连接，再断开称之为软切换。CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多；5话音编码技术 目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13bit/s的话音水平甚至更好。13bit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。网络参考模型 CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，见图1。从图中可看出CDMA网络参考模型与GSM网相似。MSC 移动交换中心HLR 归属位置寄存器VLR 拜访位置寄存器AC 鉴权中心 MC 短消息中心SME 短消息实体PSTN 公用交换电话网MS 移动台EIR 设备识别寄存器BS 基站系统OMC 操作维护中心IWF 互连功能图1CDMA网网络参考模型GPRS一.什么是GPRSGPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service）的简称，它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 二GPRS能提供多高的用户数据速率 GSM网中用户最高只能以9.6kbit/s的速度进行数据通信，如Fax、Email、FTP等，这种速度用于传送静态图象还基本能满足要求，但随着因特网的飞速发展，用户往往希望传送高质量的视频和声音。显然，现有的GSM数据业务无法满足这个要求，而GPRS每载频最高能提供107kbit/s的接入速率（CS/2下带8个下行信道），即每信道的速率是13.4kbit/s。 三GPRS手机的分类 类别A：GPRS分组业务和GSM话音业务可以同时进行；类别B：可用于GPRS分组业务和GSM话音业务，但两者不能同时工作； 类别C：只能用于分组业务。 A类手机能进行业务切换：PSCSPS,PS指数据业务，CS指话音业务。例如，当A类手机在数据传送期间，用普通手机拨打A类手机，A类手机应能应答呼叫并通话，通话过程中继续保持数据传送。 B类手机也能进行业务切换：PSCSPS。类似地，当B类手机在数据传送期间，普通手机也可拨打B类手机，B类手机会有相应的提示，应答后就切换至话音业务，而数据业务则被悬置，待话音业务结束后，又可切换回数据业务。 四GPRS能实现的业务有哪些 Internet业务（Web浏览、Email、FTP、Telnet等） VPN（虚拟专用网）业务/移动办公室（与企业内部Intranet互通，使用户能无线接入内部局域网） WAP业务 电子商务、电子银行 交通工具定位、道路信息 信息点播：新闻、股票信息、天气预报、广告 五GPRS与WAP的关系WAP是无线Internet的标准，由多家大厂商合作开发，它定义了一个分层的、可扩展的体系结构，为无线Internet提供了全面的解决方案。WAP协议开发的原则之一是要独立于空中接口，所谓独立于空中接口是指WAP应用能够运行于各种无线承载网络之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等等。 GRPS对应于GSM中的9.6kbps的数据业务，与之不同的是GPRS是通过分组交换来实现高速率的数据传输，换句话说，GPRS是对GSM数据业务的改进,是在GSM中实现高速数据传输的手段。 可见，WAP是高层应用，而GPRS是底层传输。可以引用著名的邮递信件的例子来说明WAP与GPRS的关系：如果说WAP是平信或贺卡或明信片，那么GPRS和GSM的CSD（9.6kbps电路交换的数据业务）就是运送信件的交通工具，只不过后者是汽车，前者则是飞机罢了。六.GPRS技术特点GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。 GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。6.1 在现有的GSM系统上实现GPRS需要增加的功能模块GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在9001800MHzGSM数字蜂窝移动通信系统中完成GPRS业务的网络设备及其相应的连接，网络设备主要包括：(1) GPRS交换设备如GPRS网关支持节点GGSN(GateGPRSSupportingNode)和GPRS业务支持节点(ServingGPRSSupportNode)，以及其他一些功能实体(域名服务器DNS、计费网关CG和边界网关BG)。(2) GPRS基站子系统附加设备主要包括引入GPRS业务后，在基站子系统BSS或基站收发信机BTS中新增加的硬件单元(PCU)。(3) 其它设备如本地位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR、移动交换中心MSC、SMSGMSC和SMSIWMSC等GSM系统原有设备被升级以支持相应的与GPRS有关的功能。(4) 要实现GPRS网络，移动台也必须是GPRS移动台或GPRSGSM双模移动台。6.2 GPRS网络数据包的发送与接收笔记本电脑通过串行或无线方式接到GPRS蜂窝电话或Modem上，GPRS蜂窝电话或Modem与GSM基站通信，但与电路交换或数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，（参见图1）来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。6.3 GPRS的网络特性(1) 分组交换分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式传送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统，延时也不固定，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据时占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。同时分组交换可以提供灵活的差错控制和流量控制，主要是在端到端的高层进行，以减少中间网络低层环节不必要的开销；也可以在网络部分环节上增加控制，提高安全性。另外通过设置服务等级QoS等手段，可以有效的控制和分配延时、带宽等性能，所以分组交换非常适用于数据应用。 (2) 频谱效率在GSM无线系统中，无线信道资源非常宝贵。如采用电路交换，通信需要建立端到端的连接，在通信过程中要独占信道，每条GSM信道只能提供9.6kbs或14.4kbs传输速率。如果多个组合在一起(最多8个时隙)，虽可提供更高的速率，但只能被一个用户独占，在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以将最多8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kb/s的带宽，从14.4k171k，足足比以前超出了10倍的传输速度，保证了更大数据的传输，更快的因特网接入。由于GPRS用户的数据通信费是以数据量为基础，而不考虑通信时长，所以GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受。GPRS最大的特点就是“永远在线”。人们可以随时获得即时的更新结果，只要移动设备打开，就会一直收到信息，这使它成为理想的数据传输方法。从无线系统本身的特点来看，GPRS使GSM系统实现无线数据业务的能力产生了本质的飞跃。 (3) Internet识别典型的互联网连接是：用户通过拨号接入某一ISP，通过ISP的网络访问互联网。因此用户需要付拨号电话费和网络使用费两部分费用，而GSM做无线接入时付无线网络电话费。如果通过GPRS接入互联网则有很大的不同，因为GPRS是无线分组数据系统，只要用户一打开GPRS终端，就已经附着到GPRS网络上，GPRS通过允许现存的Internet和新的GPRS网络的互通首次完全实现了移动Internet功能。也就是用户通过GPRS系统的网关GGSN连接到互联网，GGSN还提供相应的动态地址分配、路由、名称解析、安全和计费等互联网功能。目前任何一种在固定Internet上的业务（如文件传输协议（FTP）、网页浏览、交谈、信函、遥信）通过利用GPRS将同样能在移动网络上实现。所以，移动业务运营商同时也是互联网业务的提供商。七. GPRS的应用以GPRS为基础的无线数据系统有很广泛的应用，GPRS使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸。GPRS技术可以应用的领域有：通过GPRS接入独立的Internet业务提供者(ISP)；社团的连接；按需分配带宽；声频数据流；多媒体；信息通知E-mail和无线E-mail；个人事务交通工具定位业务车队管理； 信息业务；银行业务；电子商务；遥测；自动售货机报告；基于网络的多用户游戏；预付费数据业务；智能数据和话音；远程LAN接入。八. GPRS市场发展的优势(1) 移动电话市场逐渐向移动数据市场转变，给GPRS发展带来无限的机遇由于Internet网等应用的迅速发展，在全球范围内用户对移动数据业务的需求呈增长态势，GSM协会预测，今后一年内全球GSM网上传送的移动数据量将实现40%50%的增长率。(2) GSM具有天然的优势目前全球有移动用户4.5亿，而GSM网上用户占40%，GPRS又在GSM网上升级，故GPRS在未来的移动数据市场中占有天然的优势。(3) GPRS按数据流量收费，使用户费用大大降低，可大量吸引用户。(4) GPRS被认为是由第二代移动通信向第三代过渡的最佳中间方案，也是最重要的一步，因此也决定了GPRS市场优势的所在。第三代移动通信系统从标准出台到全面商业化还需较长时间，所以国际上各大通信公司都在忙于开发所谓2.5G的无线数据业务，作为向3G标准过渡的中间方案，而GPRS就属于GSM向3G过渡的中间方案。GPRS不仅被欧洲的第二代移动通信系统GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。它的高数据率足以满足大多数3G多媒体宽带业务，而在时间上还较3G提前几年。并且当3G真正到来时，对于那些没有3G运营权的运营商来说，GPRS仍不失为竞争的业务，因此GPRS被认为是第二代移动通信向第三代演进的重要一步。(5) 对原有GSM设备无需进行大的改动；即可有效的提供短信息、WAP等原有数据业务。九. GPRS的市场前景 目前世界上有大约10亿普通电话用户、3亿无线语音用户和1亿互联网用户。世界电信业的发展趋势是无线语音业务的发展速度超过普通电话业务，二者之间在不断融合。数据业务的发展速度超过语音业务，二者之间也在不断融合。未来的网络将是一个有线、无线与互联网三者合一的数字化的全球网络。其覆盖将超越一切地理的障碍，使信息无处不在。预计2005年将有10亿无线互联网用户，中国的互联网用户将从现在的2千万增加到2003年的6千万。GPRS技术是目前阶段解决移动通信信息服务的一种较完善、即将从应用实验到正式推广的业务。在第三代移动通信网络实现之前，它将是移动通信的信息服务的主要解决方案。虽然目前中国移动运营商已基本具备了WAP网关设备，但GPRS传输系统目前刚刚在运营系统上获得实验成功，系统仍在优化之中。预计大规模在GSM移动通信网上安装GPRS传输还需要一段时间。另外一个原因是：目前支持GPRS的手机刚刚完成基本的测试，由于手机是一种用户终端产品，对用户而言手机本身价格不低，而且数量巨大，一旦推出的手机有技术问题，对手机制造商将是灭顶之灾。所以，其技术完成的时间将更长，手机生产线的改造也将占有一定的时间。乐观的估计是，今年一季度市场大量提供支持GPRS的手机；年底，有500万用户拥有该手机用户群，形成GPRS业务的真正市场。无线互联产业孕育着无限商机。在未来的十年内，世界移动通信和互联网产业仍将持续快速发展，未来将是一个移动互联的世界，移动互联网产业将随通信与网络技术的发展而高速发展，移动上网终将超过有线上网。GPRS是2.5G技术，由于中国拥有世界上最大的GSM网，而第三代系统的商用估计要在2003年之后，相信在这期间，GPRS在中国将有一个较快的发展。第三代移动通信系统的演进趋势 摘要本文根据世界各国向ITU提交的无线传输技术（RTT）方案，讨论了向第三代移动通信 系统演进的趋势。 第一代移动通信系统是以频分多址（FDMA）和模拟调制（FM）为特征的，如北美洲的 AMPS、欧洲的NMT和TACS。第二代移动通信系统是以时分多址（TDMA）。码分多址（CDMA） 和数字调制（如4/QffiK，GMSK，4/DQPSK，OQPS）为特征的，如欧洲的GSM、PCS1800， 北美洲的TIA/EIA-136和IS95，日本的PDC。 表1从上下行频带位置。信道间隔。信道数。双工模式及数字调制的性能等方面对GSM、 TIA/EIA136、IS95和 PDC系统进行了比较。 GSM TIA/EIA-136 IS-95 PDC 频宽（MHz） 上行链路下行链路上行链路下行链路上行链路下行链路GSM900 935-9608900-915869-894 940-956 GSM18001805-18801710-1785GSM19001930-19901850-1910PCS1930-19901850-19101429-14531477-1501信道间隔（KHz） 200 1250 25 最小信道数 125 832 20 1600 单位信道的用户数 8 3 63 3 多址技术 FDMA/TDMA FDMA/CDMA FAMD/TDMA 双工方式 FDD 调制方式 GMSK /4DQPSK /4OQPSK（上行）QPSK（下行）/4DQPSK 提交技术 描述 双工方式 提交者 W-CDMA Wideband CDMA FDD、TDD 日本：ARIB UTRA UMTS Terrestrial Radio Access FDD、TDD 欧洲：ETSI WIMS W-CDMA Wireless Multimedia and Messaging Services Wideband CDMA FDD 美国：TIA NA:W-CDMA Northamerican：Wideband CDMA FDD 美国：T1P1 CDMA Asynchronous DS-CDMA FDD 韩国：TIA TD-SCDMA Time -division Synchronous CDMA TDD 中国：CATT cdma2000 Wideband CDMA(IS-95) FDD、TDD 美国：TIA CDMA Multiband Synchronous DSCDMA FDD 韩国：TIA UWC-136 Universal Wireless Communications FDD 美国：TIA EP-DECT Digital Enhancde Cordless Telecommunication TDD 欧洲：ETSI EDCT计划 WP-CDMA Wideband Packet-CDMA FDD 美国：TIA及T1P1 2、第三代移动通信系统的主要特点及功能模型 国际电联（ITU）提出第三代移动通信系统的目的是克服第二代移动通信系统因技术局限而无法提供宽带移动通信业务的缺陷，并把它命名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication for The Year 2000），期望在2000年实现商业化运行。第三代移动通信系统应具有下述主要性能： 话音质量应相当于公众交换电话网（PSTN）的质量。 满足移动性高比特率、可变速率业务的需求：快速移动环境下，数据速率达到14 kbits；室内到室外或步行条件下，数据速率高达384 kbits；室内环境下，数据速率最高达到2Mbits。 支持电路和分组交换数据业务。 自适应无线接口技术支持Internet通信中下行链路流量大于上行链路流量业务。 频谱高效的利用率。 支持各类移动通信终端。 可灵活增添新业务和技术。 良好的兼容性能，能否与第二代移动通信系统兼容是IMT2000的一个至关重要的性能。这是因为，第三代系统是在第二代系统的基础上演进而来，而多年来各国运营公司已经和正在对第二代系统进行大量的投入，因此，如何从GSM、IS95等第二代系统向IMT 2000演进成为各大通信公司和用户关注的话题。与第二代系统的良好后向兼容性能解决两代系统间的转接问题，保护大多数运营者和用户的利益，并能较好地利用原有的通信网络等资源。这一点对于在第二代系统上投入大量资金的国家来说，更为重要。 IMT2000定义了家族（Family）概念。“家族”的含义是将系统分为四大部分：用户识别模块（UIM）、移动终端（MT）、无线接入网（Radio Access Network，RAN）。核心网（Core Network，CN）。IMT2000家族的概念意味着第三代移动通信系统应该从现有第二代移动通信系统演化而来，而且在网络和业务能力上满足第三代移动通信系统要求的系统，都可以成为IMT-2000的家族成员。网络通用性是指网络结构能支持2G和兀家族成员的各种无线接口。3、第三代移动通信系统的RTT方案及其与核心网的关系 ITUR于1997年7月发出征集UNI接口中无线传输技术（RTT，Radio Transmission Technology）的通知，截止1998年6月ITU收到16个RTT方案，其中10个是用于地面移动通信系统，6个用于卫星移动通信系统。表2列举了10个地面移动通信系统中的无线传输技术方案。从表2中可以看出以下几个特点： 除了采用时分多址（TDMA）接入的DECT和UWC136外，所提交的RTh的空中接口方案全采用码分多址（CDMA）制式，其中包括中国电信科学技术研究院提出的时分同步CDMA（TD SCDMA ）。 在第二代移动通信系统中明显形成的三个标准体系，即TIA/EIA136，GSM/TDMA和IS 95CDMA均采取措施向第三代移动通信系统过渡；而区域特色大强的PDC则在这次换代过渡中被淘汰。 最有希望的换代方案是宽带CDMA（WCDMA）空中接口和GSM固定网相组合的方案，这是因为GSM网络已建立在全球110多个国家，并支持相互之间的漫游。支持该方案的组织有