WCDMA技术下的.doc

伴随着科学技术的发展，以及我国的信息化建设战 略的影响，移动通信技术得到迅速的发展和应用，在 推动我国信息化建设的同时，也改变了人们生活、工 作方式。与传统媒体和信息工具相比，移动通信不仅 在移动性和便携性上具有明显的优势，同时结合了多 媒体技术的信息在表达上更生动，更具体。一、移动通信技术发展历程：到目前为止，按照移动通信技术的发展历程可以划 分为三个阶段，即第一代模拟移动通信系统、第二代 数字移动通信系统、第三代多媒体移动通信系统。1、第一代模拟移动通信系统 第一代移动通信系统(1G, the first generation)的标志性特征是主要采用的是基于模拟方式的频分 多址(FDMA)技术。我国的第一代移动通信技术采用TACS。既利用在干扰受限的环境下，依赖于适当的频 率复用规划和FDMA来提高容量，实现真正意义上的蜂 窝移动通信。其缺点表现为：频谱利用率低、保密性 差、成本高，体积大1。2、第二代数字移动通信系统 第二代移动通信系统(2G,the second generation)是从上个世纪90年代到现在广泛流行的数字移动通信 系统,以数字语音传输技术为核心。主要采用的技术 有时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种2。我 国主要采用 GSM (全球移动通信系统)和 CDMA 两种 制式。 GSM 起源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通 信的TDMA(Time Division Multiple Access时分多址) 标准而设计的，GSM系统包括GSM900:900MHZ、 GSM1800:1800MHz以及GSM1900:1900MHz。GSM 系统支持的业务主要包括：电话业务、紧急呼叫业务、短信息业务、可视图文接入、职能用户电报传送 以及传真。GSM技术、标准较为完善，目前该通信系 统已经全球化。CDMA系统是基于码分技术和多址技 术的通信系统，系统为每个用户分配各自特定的地址 码，将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一 个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有 的数据信号的带宽被扩展，接收端进行相反的过程， 增强了抗干扰的能力。相比GSM，CDMA系统容量更 大、通话质量更佳、对人体的辐射更小。3、第三代多媒体移动通信系统第三代多媒体移动通信系统( 3G ， t h e t h i r d generation)一般是指将无线通信与国际互联网等多媒 体结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音 乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电 话会议、电子商务等多种信息服务。2000 年 5 月国际电信联盟( ITU )确定 WCDMA 、 CDMA2000和TDS-CDMA以及WIMAX四大主流无线 接口标准，写入3G技术指导文件2000年国际移动 通讯计划。WCDMA ，全称为 Wideband CDMA ，意为宽 带码分多址,这是基于 GSM 网发展出来的 3G 技术 规范，是欧洲提出的宽带 CDMA 技术，它与日本提 出的宽带 CDMA 技术基本相同，目前正在进一步 融合。 WCDMA 技术的核心是以 GSM 为主, 加入 GPRS 的分组交换实体技术, 它能够兼容 GSM 系统 的所有业务。 WCDMA 技术优点包括：1.建网成本 少。2.频谱利用率高，单位带宽的用户越多，所需 的站点数越少。3.全球漫游能力最强，技术成熟性 最佳。4.市场份额最大，发展前景比较乐观。WCDMA系统如图1所示，主要由CN(核心网)、 UTRAN( 无 线 接 入 网 ) 、 UE( 用 户 终 端 ) 组 成 。 CN与 UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定 义为Uu接口。其中无线接入技术(也称空中接口)是移动通信的关键技术之一，它是指通过无线介质将用户 终端与网络节点连接起来，无线信道传输的信号应遵 循一定得协议。在WCDMA系统中UTRAN包括许多通 过Iu接口连接到CN的RNS。一个RNC和一个或多个 Node。Node通过Iub接口连接到RNC上，它支持FDD 模式、TDD模式或双模。在UTRAN内部，RNSs中的 RNCs能通过Iur接口交互信息，Iur接口可以是RNC之 间的物理的直接相连或通过适当的传输网络实现(如图2)。在2G向3G系统过渡中引入了R99核心网，而真正 的WCDMA系统核心网是全IP核心网，目前在R4和R5 标准中已制定了大致方案。全IP核心网体系结构基于分 组技术和IP电话，用于同时支持实时和非实时的业务。 此全IP核心网主要包括三部分：GPRS网络、呼叫控 制、网关。在WCDMA网络的构建中遵循了网络承载和业务应 用相分离、承载和控制相分离、控制和用户平面相分 离的原则，这样使得WCDMA网络结构清晰，便于模块 化实现。二、WCDMA系统下移动多媒体的应用一般认为多媒体是指综合信息的正文、图形、声音、图像、动画等多种媒体。ITU-T给出的定义是： 多媒体应该具有集成性、非线性、交互性和同步性。 集成性是指能够对信息进行多通道统一获取、存储、 组织与合成。交互性是指在业务系统中，人与业务系 统之间的相互控制的能力。同步性是指在多媒体业务 终端上，显现的文本、图像、话音是以同步方式工作 的。非线性是指多媒体技术将借助超文本链接（Hyper Text Link）的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的 方式呈现给读者。被应用在移动网络和终端上的多媒 体称之为移动多媒体。在蜂窝移动通信领域，随着具 有更高带宽、数据传输能力更强的WCDMA商用化，逐 渐打破了制约移动多媒体广泛应用的瓶颈。网络技术 的成熟也使得人们在网络上方便地发送和接收图像等 多媒体信息，因此，图像等多媒体信息技术也逐渐在 社会各个领域渗透4。多媒体信息业务，以及移动视 频业务将会是3G应用中。1、多媒体信息业务应用 多媒体信息服务(Multimedia Messaging Service，缩写为MMS)，也称“彩信”，是按照3GPP的标准也是有关多媒体信息的标准开发的最新业务，它最大的 特色就是支持多媒体功能，3G的MMS业务是在2.5G的 短信，即SMS的基础上演化发展而来的。MMS业务不依 赖具体的网络，但要求MMS系统对不同的网络以及其 网络终端要有兼容性5。现阶段MMS业务的实现主要 基于WAP方式。WAP是由多个协议族组成，它是一种向移动终端提 供互联网内容和先进增值服务的全球统一的开放式协 议标准，是简化了的无线Internet协议。WAP将Internet 和移动电话技术结合起来，使随时随地访问丰富的互 联网络资源成为现实。无论在业务规范还是底层技术上W A P协议都对MMS的实现提供了强力的支持。以WAP协议为基础所 实现的MMS应用中，可以将整条链路分为两个部分。第 一 部 分 是 M M S 用 户 代 理和 W A P网关 之 间 的 链 路 ， 该链路以WAP的协议栈结构为基础，它在各种不同的 无线媒介上提供通用的服务。第二部分是WAP网关和 MMS中继器之间链路，二者之间的连接使用了IP技术， 上层通信采用了标准的HTTP协议。在整个过程中， WAP网关对经过它转发的数据不做任何解释和修改。从整个MMS业务的开展来看，首先需要在网络技 术支撑体系中布置业务中心MMSC。MMS消息的存储、 进出MMSC的消息处理，以及一些由多种媒体格式组成 的多媒体信息在网上的发送，都要由MMSC来负责。对 于MMSC而言，体系架构中一般包含对个接口信息的处 理，包括来自终端用户的MM1接口信息，来自VASP下发 的MM7接口信息，来自外部邮件服务器SMTP的MM3接口 信息以及来自其他MMSC的MM4接口信息。在WAP方式 中，移动网络通过WAP网关和MMSC相连，在应用中， 首先从MMS终端发送多媒体信息，当MMS中继器/服务 器接收到发送请求后，通知MMS接收端有多媒体短信到 来，然后MMS接收端接收多媒体短信，接着MMS接收端 向MMS中继器发送接收确认消息，最后MMS中继器向 MMS发送终端返回多媒体短信传递的结果。2、移动电视的应用 移动电视是指在3G技术为基础，让传统的电视节目可以再手机上显示或在高速移动中接收并播放。随 着3G的普及，尤其是WCDMA技术下数据通信更加高 速，人们以后可以再列车上或者汽车上利用手机享受 实时的电视节目。尤其是北京奥运会期间，人们已经 开始赞叹在手机上看比赛直播所带来的方便。通信 世界周刊与搜狐IT、通讯世界网曾经一起做过一项关 于3G业务调查，有70%左右的人对手机直播十分感兴 趣，此外可视电话、手机在线看电影等相关业务也得 到一致的好评。正是随着移动通信技术的快速发展以 及广泛使用，使得基于WCDMA的广播多播服务MBMS 以及HSPA技术成为3G领域的研究热点。为了有效的开展移动多媒体业务，全球标准化组织3GPP提出两种广播服务的方法：一种是利用小区广 播服务，由于这中方法是在GSM系统上发展而来的， 因此只能提供文字模式的广播业务。另外一种是多 媒体广播/组播业务(Multimedia Broadcast/Multicast Service,MBMS),该业务本质上时由一个数据源向多 个终端发送数据，以实现网络数据的共享。由于3G网 络比 2G 提供更 宽的无线 链路带宽 和更高的 服务质量 (QOS)。所以在3G网络环境下MBMS不仅能实现纯文 本低速率的文本类的组播以及广播，而且能实现高速 率的多媒体业务组播和广播，同时也将为移动运营商 带来丰厚的经济效益。从技术特点上来看，MBMS对原有的WCDMA网 络进行了一些拓展和改动：增加广播组播业务中心网 元(BM-SC),为了支持MBMS特有的接口功能、特有信 道、特有物理层以及特有业务流程，必须对现有PS域 相关网元进行相关MBMS功能升级。从带宽方面上来 看，MBMS可以较高的速率进行下载和流媒体传送。 MBMS利用已有上行控制信道进行业务订阅、业务加 入等业务控制流程，同时利用上行业务信道实现与下 行广播、组播配合的一些交互类业务的实现。还有一 个很重要的特点就是MBMS提供点到多点的发送机制提供“send once, charge manytimes”的业务模式， 从而避免随着用户数的增加而增加资源消耗的负担。从网络结构上来看， MBMS 是基于 WCDMA/ G S M 分 组 网 ， 并 增 加 B M - S C ( 广 播 组 播 业 务 中 心 ) 来提供与管理 MBMS 业务，它是业务提供者的入 口 ， 用 来 授 权 并 在 移 动 网 中 发 起 MBMS 承 载 业 务 ， 并保存一些相关业务参数信息。每一项 MBMS 业 务都必须包括 BM-SC 实体；同时，有必要再已 有 的 分 组 域 功 能 实 体 上 如 S G S N( S er v ingG S N) 、 GG SN(GatewayGSN) 、 RNC(RadioNet work Controller)和UE(User Equipment)等增加MBMS功 能 和 信 令 交 互 过 程 ， 以 实 现 广 播 组 播 业 务 。从功能实现上来看：UTRAN中包含RNC和Node节点，根据可用的无限资源以及当前小区中订阅MBMS业务的 UE 数目来选择合适的无线承载方式，主要包 括两种方式：PTP以及PTM(point-to-multipoint)。综 合考虑下行发送功率的限制和覆盖因素，协议中选定 FACH作为MBMS业务PTM承载的传输信道，但PTP方 式仍然采用专用信道。同PTP方式相比，PTM方式传 输可以让所有定制同一MBMS业务的用户在一个传输 信道(FACH)上接受相同数据，这样就使得无线信道的 效率得到很大的提高7。从工作流程上来看，MBMS的工作流程可分为如下 几个阶段：1.注册阶段，建立UE和MBMS业务提供者之 间的联系。注册完成后，UE可以接收多播数据，MBMS 业务提供者对提供的MBMS业务收费。2.业务声明阶段：把即将发送的MBMS业务的基本信息发送给UE。3.UE加入阶段：在此阶段中UE将成为MBMS业务的多 播组成员，并且在此阶段中UE和MBMS业务提供者进行 身份认证。4.会话开始阶段：UTRAN为MBMS业务分配 资源，建立业务承载，BM-SC准备发送MBMS业务。5.MBMS通知阶段：通知UE做好接受MBMS业务的准备 工作。6.数据传送阶段：UE接收MBMS业务。如果在多 播模式下，此MBMS业务的数据是加密的。7.会话结束 阶段：MBMS业务传送结束，释放传送MBMS业务所分 配的资源。8.UE离开阶段：UE取消多播业务的注册， 不再接收该多播业务。如果是在广播模式下就不需要 注册阶段、UE加入阶段、UE离开阶段。随着现在多功能3G手机的流行，人们对移动多媒体 业务的要求越来越高。而MBMS业务就是在功率受限的 情况下，通过争取其他业务的功率资源来提高自身的 业务质量8。在WCDMA系统中一般可以采用软合并或 者选择性合并技术来提高分级增益。选择性合并主要 是指用户终端能接