移动通信读书报告

1、移动通信课程读书报告学 院：年 级：专 业：姓 名：学 号： 2013 年 5 月 7 日目录第一章 蜂窝移动通信31.1 蜂窝移动通信的发展史31.1.1蜂窝移动通信系统31.1.3第三代蜂窝移动通信系统31.2 CDMA2000 技术标准演进31.3 1x EV-DO 提出背景41.4 1x EV-DO 设计思想41.5 1x EV-DO 发展情况41.5.1标准化进展51.5.2市场前景51.5.3商用进展5第二章 1x EV-DO 网络架62.1基本网络模型62.1.1接入终端62.1.2无线接入网72.1.3分组核心网72.2终端控制72.2.1混合终端72.2.2无线接入网82.2

2、.3核心网82.3网络发展82.3.1 IP 多媒体子系统92.3.2全 IP 化9第三章 1x EV-DO 空中接口103.1空中接口概述103.1.1前向信道103.1.2反向信道103.2 MAC 层103.2.1 MAC 层协议功能113.2.2 MAC 层地址匹配113.2.3控制信道 MAC11结论13第一章 蜂窝移动通信1.1 蜂窝移动通信发展历史 蜂窝移动通信是当今通信领域发展最为迅速的领域之一，它对人类生活及社会发展产生了重大影响。本节将简要回顾蜂窝移动通信的发展历史，由此引出蜂窝移动通信的提出背景、技术特点、标准发展及其面临的问题等。 1.1. 1 蜂窝移动通信系统 20

3、世纪70 年代末，美国开始大规模部署 AMPS 系统。AMPS 以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的一致好评。AMPS 在美国的迅速发展促进了在全球范围内对蜂窝移动通信技术的研究。到 20 世纪 80 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的 ETACS系统、北欧的 NMT-450 系统、日本的 NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统都是模拟制式的频分双工（Frequency Division Duplex，FDD ）系统，亦被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。1.1. 3 第三代蜂窝移动通信系统 在20 世纪 80 年代模拟蜂窝系统开始大规模

4、商用时，多种制式的模拟蜂窝系统之间无法实现漫游。为了实行全球统一标准并能全球漫游，1985 年国际电信联盟（ITU ）提出了未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS ）的概念。FPLMTS 是第三代移动通信系统的前身，其目的是实现任何人在任何时间、任何地点，能向任何人传送任何信息。1992 年世界无线电大会（WA R C ）为 FPLMTS 确定了 2GHz 附近共 230MHz 的频谱。1994 年，ITU-R 和ITU-T 开始合作研究 FPLMTS ，其中 ITU-R 负责无线接入技术的标准化；ITU-T 负责网络的标准化。为了解决 2G系统所面临的主要问题，同时满足对分组数据传输及频谱利

5、用率更高的要求，1995年ITU 将FPLMTS 更名为国际移动电信 2000 （IMT-2000），即第三代移动通信系统或 3G系统。 1.2 CDMA2000 技术标准演进 CDMA2000 1x完全后向兼容 IS-95。核心网部分增加了分组域以支持较高速率的分组数据业务；空中接口使用了前向快速功率控制、反向信道相干解调、快速寻呼、Turbo 码等关键技术，目的是改善无线传送的质量，提高频谱效率及系统容量。CDMA2000 1x具有 3G系统的部分功能，可以从 IS-95 进行平滑升级，两者的商用时间之间的间隔不太长，业界有时也将 CDMA2000 1x 作为 2.5G 系统看待。1x E

6、V-DO 是一种专为高速分组数据传送而优化设计的 CDMA2000 空中接口技术，已经发展出 Release 0 和Release A等两个版本。其中，Release 0 版本可以支持非实时、非对称的高速分组数据业务；Release A版本可以同时支持实时、对称的高速分组数据业务传送。 1.3 1x EV-DO 提出背景 在20 世纪90 年代后期，随着无线接入到因特网（Internet）需求的增长，对无线分组数据业务的需求也随之增长。以无线局域网为代表的无线接入技术虽然能提供较高的带宽，但是在安全性、计费和覆盖等方面的局限性，限制了它们的广泛应用。蜂窝移动通信网络可以提供广域的覆盖，具有良好

7、的计费体系和安全架构，如果结合新的高速无线接入技术，在提供无线因特网业务方面将具有美好的应用前景。同时考虑到与以 ADSL 为代表的有线数据网络竞争的需要，要求这种新的蜂窝网络至少能提供与 ADSL 相比拟的数据带宽。、1.4 1x EV-DO 设计思想 1x EV-DO系统最初是针对非实时、非对称的高速分组数据业务而设计的。高速传送是对1x EV-DO系统设计的核心功能要求，高速意味着需要基于有限的带宽资源，利用蜂窝网络向移动用户提供类似于有线网络（如 ADSL）那样的高速数据业务。最初设计 1x EV-DO系统时，主要是为了提供网页浏览、文件下载等无线因特网业务，它们要么具有非实时的特点，

8、对业务的 QoS 保证没有严格的要求；要么具有非对称的特点，要求前向链路的传送速率和吞吐量明显高于反向链路。 在CDMA2000 1x 系统中，中低速数据业务和语音业务是码分复用的，共享基站发射功率、扩频码和频率资源。基站通过快速闭环功率控制技术补偿因信道衰落带来的影响，从而获得较高的频谱利用效率，对于中低速数据及语音业务而言，这是最佳的选择。1.5 1x EV-DO 发展情况 从1996 年高通公司开始研发 HDR技术，2000 年形成 1x EV-DO标准，2002 年1x EV-DO产品进入商用阶段，截止 2005 年初，全球已经建立起十多个 1x EV-DO商用网络，其市场化步伐逐渐加

9、快。下面分别从标准化进展、商用进展和市场前景等 3 个方面来说明 1x EV-DO的发展情况。 1.5. 1 标准化进展 1x EV-DO 作为因特网的无线延伸，最初是为了提供非对称的高速分组数据业务而设计的，迄今为止，1x EV-DO空中接口标准已经发展出 Release 0 和Release A两个版本，对应的TIA/EIA 标准分别是IS-856-0 和IS-856-A 。 IS-856-0 于2000 年10 月发布，它支持的前向单用户峰值速率为 2.4576Mbit/s，反向单用户峰值速率为153.6kbit/s，适合提供基于文件下载、网页浏览和电子邮件等非对称的分组数据业务。随着1

10、x EV-DO 空中接口标准的发展，其 A 接口、终端技术规范及其新业务规范等也陆续制定出来，并不断发展。 1.5. 2 市场前景 3G服务能否成功的关键，主要在于无线数据业务是否能够深入人心，所提供的内容服务能否对用户产生巨大的吸引力。日本、韩国和美国的运营商正是通过高质量的音乐片断和高清晰度的电影剪辑下载等丰富多彩的内容服务，使得数据业务的流量大幅度增长，极大提高了ARPU 值。 一方面，3G服务要求网络具有较高的数据吞吐量，能够提供高速的数据服务，1x EV-DO的技术特性保证了这一点。1x EV-DO 可以支持 CDMA2000 1x提供的所有分组数据业务，对于速率和 QoS 要求严格

11、的业务，1x EV-DO 能够提供更好的服务和用户体验。比如，对于无线数据接入业务，1x EV-DO 接入服务的水平已经接近时下流行的有线 ADSL 上网；对于无线数据增值业务，1x EV-DO 能够提供更高质量的流媒体服务和更快的音视频大文件下载服务。1.5. 3商用进展3G服务需要运营商、系统厂家、终端厂家和内容服务商之间的紧密合作，并在较短的时间内解决其产业链上的问题。首先，运营商与系统厂家共同合作，在很短的时间内解决网络覆盖和系统稳定性的问题，运营商为移动流媒体等业务提供了一个覆盖良好的网络，从而可以支撑业务的开展；其次，运营商与终端厂家共同努力，提供多款可以支持移动流媒体等业务的手机

12、；最后，运营商与内容提供商共同努力，在内容方面，针对移动流媒体等业务的特点，结合用户的使用习惯和爱好，共同开发并快速更新移动流媒体等业务的内容。第二章 1x EV-DO 网络架构2.1 基本网络模型 1x EV-DO网络可以看作多个逻辑实体及其相关接口的组合。逻辑实体表示某种功能或功能集合，与实现方式无关。不同逻辑实体之间通过接口相连并通过接口协议进行通信；接口协议定义了与之相连的逻辑实体之间进行通信的规则和信令集合。1x EV-DO网络参考模型如图 2-1 所示，它由分组核心网（Packet Core Network ，PCN ）、无线接入网（Radio Access Network，RAN

13、）和接入终端（Access Terminal，AT）等三部分组成。PCN 通过 Pi 接口与外部 IP 网络（如因特网）相连，Pi 接口在 IS-835 标准中定义；RAN通过 A 接口与 PCN 相连，A 接口在 IS-878 标准中定义；AT通过空中接口或 Um 接口与 RAN相连，Um 接口在IS-856 标准中定义。 从网络结构上看，1x EV-DO与CDMA2000 1x基本一致，两者的主要差异在于 1x EV-DO作为数据业务专用网络，不支持电路型语音业务，因而不存在电路核心网。从接口协议上看，1x EV-DO 定义了新的 Um 接口协议，其 A 接口功能及其通信协议与CDMA20

14、00 1x 大致相似；其核心网内部接口协议及其与外部 IP 网络之间的接口协议与CDMA2000 1x基本一致，均遵从CDMA2000无线IP 网络标准中的有关规定。下面结合 1x EV-DO 网络结构，分别介绍各个逻辑实体的功能、接口及其相关协议；针对1x EV-DO与CDMA2000 1x混合组网，重点介绍了混合终端的接入鉴权方式；此外还简单介绍了1x EV-DO 网络所涉及到的重要IETF 协议。 2.1. 1 接入终端 接入终端是为用户提供数据连接的设备。它可以与计算设备（如个人电脑）连接，或自身为一个独立的数据设备（如手机）。1、逻辑实体 ：UIM 、MT2 、TE2 。2、协议接口

15、 ：Um 接口 、Rm 接口 。2.1. 2 无线接入网 RAN提供 PCN 与AT之间的无线承载，传送用户数据和非接入层面的信令消息，AT通过这些信令消息与PCN 进行业务信息的交互。RAN主要负责无线信道的建立、维护及释放，进行无线资源管理和移动性管理。 （1）逻辑实体：AN、AN-AAA、PCF 。（2）协议接口：A8/A9 接口、 A10/A11 接口、A12 接口 、A13 接口。 2.13 分组核心网 PCN 构成与 CDMA2000 1x类似，同 1x EV-DO 终端接入因特网的方式有关。当使用简单IP 时，PCN 主要包含 PDSN 及AAA等功能实体；当使用移动 IP 时，

16、PCN 还应增加外地代理（Foreign Agent ，FA）和归属代理（Home Agent，HA）等功能实体。 （1）逻辑实体：PDSN、FA、HA 、AAA 。（2）协议接口：R-P 接口、 P-P 接口、 Pi 接口。 2.2 终端控制2.2. 1 混合终端 从逻辑功能上划分，混合终端由 UIM 和ME两部分组成。UIM 可用于存储混合终端用户在两网的接入鉴权参数及其算法，执行接入鉴权操作；ME由MT2 和TE2 组成。从具体实现来看，混合终端在两网的操作可以共天线、天馈等射频部分。由于两网的Um接口不同而分组域协议栈基本一致，故MT2 应该包含两套独立的基带模块，分别与两网进行无线通

17、信；在网络协议栈中Um 以上的各协议层基于 IETF 协议，这部分协议层对应的网络通信与数据处理功能由混合终端中的同一套功能模块完成。当混合终端基于中继层协议模型实现时，Um 以上各协议层功能由 TE2 完成；当混合终端基于网络层协议模型实现时，Um 以上各协议层功能由MT2和/ 或TE2 完成。 2.2. 2 无线接入网 CDMA2000 1x与1x EV-DO的无线接入网在逻辑功能上是独立的。两者的系统结构基本一致，都由基站与 PCF 组成。1x EV-DO基站对应于逻辑实体 AN，通常采用类似于 CDMA2000 1x基站的实现方式，由 BSC 实现基站控制器的功能，由 BTS 实现基站

18、收发的功能，BSC 与BTS 之间可以是一对一或一对多的关系。 CDMA2000 1x与1x EV-DO的无线接入网包括 A3、A7、A8/A9、A10/A11、A12 及A13等互操作协议接口。其中，两网的 A8/A9 和A10/A11 接口定义基本相同，其协议结构及功能相邻AN（或 BSC ）之间的接口，用于传递不同 AN 之间切换的信令消息，该消息携带的参数用于恢复原空口会话和识别原 R-P 会话。在1x EV-DO网络中，由于不存在类似于 CDMA2000 1x的电路核心网，其接入鉴权功能无法由 MSC/VLR、HLR/AC 等逻辑实体来完成。鉴权成功后，AN-AAA 通过 A12 接

19、口消息返回鉴权结果及用户标识 MNID（或IMSI），用作建立R-P 会话时的用户标识。针对机卡分离的 CDMA2000 1x/1x EV-DO 混合终端，3GPP2 规范 A.S0006 中提出了基于CAVE 算法的 CHAP 鉴权方案。该方案要求 AN-AAA 支持 CAVE 鉴权算法，同时要求修改空中接口 CHAP 鉴权消息的字段内容，以传递 CAVE 鉴权的参数和结果；为了实现两网共享CAVE 鉴权的共享加密随机数（Shared Secret Data ，SSD ），要求在 AN-AAA 与HLR/AC 之间增加 IS-41 协议接口。 2.2. 3 核心网 CDMA2000 1x 核

20、心网电路域基于 IS-41 协议，1x EV-DO 核心网基于 IP 协议，传统的MSC/VLR及HLR/AC 等不再参与 1x EV-DO数据呼叫过程，但在机卡分离的混合终端操作时，若采用基于 CAVE 算法的 CHAP 鉴权，并且 AN-AAA 接入鉴权失败，则 HLR/AC 可以参与1x EV-DO 接入鉴权。 CDMA2000 1x与1x EV-DO 共用PCN 。2.3 网络发展 1x EV-DO 作为因特网的无线延伸，采用简单 IP 或移动 IP 接入到因特网，提供诸如网页浏览、文件传送及视频流等业务应用。 2.3. 1 IP 多媒体子系统 IMS 是用于提供多媒体业务呼叫控制功能

21、的子系统，该子系统与用户的接入方式无关，并能为多种上层业务应用平台提供统一的呼叫控制。IMS 通常还具有多用户属性管理功能和媒体管理功能。 IMS 与用户的接入方式无关。对于移动用户而言，可以通过蜂窝网络（如 1x EV-DO 网络）接入到多媒体子系统，由多媒体子系统提供对该用户所授权的业务；对于固定网络用户而言，可以通过 PSTN、因特网等接入到多媒体子系统，由 IMS 提供对该用户所授权的业务。而对于一般的接入业务或承载业务而言，则由承载网络提供。IMS 具有多用户属性管理功能。基于承载网络的现状，结合多媒体业务在QoS 及其用户管理方面的要求与限制，对承载网络的相关逻辑实体及其协议接口标

22、准进行完善。 2.3. 2 全 IP 化 1x EV-DO将无线接入技术与因特网技术融为一体，无线接入网采用高速无线接入技术，以提供分组数据的高速无线传送；核心网采用基于 IP 的协议架构，便于接入到因特网。当前，1x EV-DO无线接入网主要采用 AT M传输协议，提供可靠的传送和良好的 QoS 保证。不过，从系统可扩展性、节约网络建设成本等方面考虑，IP 传输逐渐从分组核心网向无线接入网渗透，并将最终成为无线接入网链路层协议的主流。在无线接入网的 IP 化方面，需要重点考虑 IP QoS 的保证、系统容量的改善、寻呼策略的设计等问题。现有研究结果表明，无线接入网的 IP 化将会给 1x E

23、V-DO系统架构带来较大的变化。 第三章 1x EV-DO 空中接口3.1 空中接口概述 1x EV-DO是因特网的无线延伸，不是端到端的分组数据网络。为解决分组数据的无线传送问题所设计的1x EV-DO 空中接口，着重完成因特网的数据链路层和物理层功能。 3.1. 1 前向信道 前向信道物理层将 MAC层分组按指定速率构造物理信道数据分组，根据对应的参数配置表对物理信道数据分组进行编码调制、序列重复、加扰、扩频、正交扩展、滤波、加载波等处理，最后从空中接口发送出去。 （1）前向信道结构：1x EV-DO 前向信道结构如图 3-4 所示，它由导频信道、MAC信道、业务信道和控制信道组成；MAC

24、信道又分为反向活动（Reverse Activity，RA）子信道、反向功率控制（Reverse Power Control ，RPC ）子信道及DRCLock子信道。（2）前向信道时隙结构：1x EV-DO前向以时分为主，以码分为辅；导频信道、MAC信道及业务/控制信道之间时分复用；RPC 子信道与 DRCLock子信道之间时分复用；不同用户的RPC/DRCLock子信道与RA子信道码分复用。 （3）前向信道标识：1x EV-DO 系统支持多个同时处于会话激活状态的用户，为了区分不同用户，1x EV-DO系统采用 6bit 的MACIndex，作为与之通信的用户的标识或前向信道（MAC信道、

25、业务信道和控制信道）的标识。 （4）前向信道物理结构：导频信道 、MAC信道 、业务信道 、控制信道。（5）前向业务/控制信道的参数配置和时隙复用。3.1. 2 反向信道 （1）反向信道结构 ：1x EV-DO 反向信道结构如图 3-12 所示。它包括接入信道和反向业务信道。接入信道由导频信道和数据信道组成；反向业务信道由导频信道、MAC信道、应答（ACK）信道及数据信道组成。 （2）接入信道物理结构：接入信道物理结构它由导频信道和数据信道组成。 （3）反向业务信道物理结构：导频信道与RRI 信道 、ACK信道 、DRC信道 、 数据信道 、反向业务信道时隙关系 、反向业务信道性能分析。 3.

26、2 MAC 层 3.2. 1 MAC 层协议功能 MAC层由控制信道 MAC协议、接入信道 MAC协议、前向业务信道 MAC协议和反向业务信道 MAC协议组成，它们分别规定了控制信道、接入信道和前反向业务信道的操作规则。控制信道 MAC协议规定了系统发送控制信息和开销（Overhead ）信息所必须遵循的时序规则，以及终端的地址分配和接收控制信道MAC层数据分组所必须遵循的规则。接入信道MAC协议规定了终端在接入信道上发送信息的时序关系和功率参数。前向业务信道 MAC协议规定了终端在 DRC信道上发送数据和系统解读 DRC信道所遵循的规则，以及在固定速率和可变速率状态下前向业务信道的数据传送规

27、则。反向业务信道MAC协议规定了反向业务信道传送速率的选择规则。 3.2. 2 MAC 层地址匹配 对于安全层发送的消息类数据分组，采用控制信道 MAC协议或接入信道 MAC协议进行封装，构造控制信道 MAC层数据分组或接入信道 MAC层数据分组。前向业务/ 控制信道数据分组的地址匹配过程如下： （1）终端读取前向业务/控制信道数据分组的前缀，根据其中的信道标识 MACIndex判断该信道是控制信道还是业务信道。 （2）若为控制信道，则终端读取 MAC层数据分组包头中的 AT I Record，并计算出该数据分组所归属终端的地址标识UATI(r)。 （3）若为业务信道，则接收终端比较 MACIndex(r)与MACIndex(s)。若两者一致，则接收终端读取该 MAC层数据分组的净荷，并提交给 MAC层；否则，接收终端丢弃该 MAC层数据分组。 3.2. 3 控制信道 MAC （1）数据封装（Encapsulation ）是指将来自上层的一个或多个数据分组进行组合，并添加包头（Header ）或包尾（Tailer）及填充位（Pad）等，构成一个或多个本层数据分组的过程，一个或多个本层数据分组构成一个分组包囊。 控制信道 MAC协议封装一个或多个安全层数据分组，并以数据分组或分组包囊的形