无线广域接入技术.ppt
接入网技术,第10章 无线广域接入技术,教学重点与要求,教学重点介绍无线广域接入的基本概念、特点、分类介绍典型的无线广域接入技术：GPRS、CDMA2000-1X简要介绍3G的基本特点要求掌握无线广域接入的基本概念、特点掌握GPRS和CDMA2000-1X系统结构与特点了解GPRS和CDMA2000-1X的数据传输了解3G的基本特点,主要内容,10.1 引言10.2 无线广域接入体系10.3 陆地无线广域接入数据通信系统10.4 陆地无线广域接入技术简介10.4.1 GPRS10.4.2 CDMA2000-1X10.4.3 3G,10.1 引言,无线广域接入技术的产生需求不断增长人们可能随时处于大范围的移动中人们希望随时随地的接入移动数据业务增长迅速技术的发展移动终端体积越来越小、功能越来越强各种移动接入技术推陈出新,10.2 无线广域接入体系,无线广域接入的概念无线广域接入的基本结构无线广域接入的分类无线广域接入数据业务,无线广域接入的概念,无线广域网WWAN(Wireless Wide Area Neteork）广域的概念小至一个城市，大至大至一个国家，乃至整个地球范围无线广域接入用户终端用一个身份或帐号在广域范围和快速移动下的无线接入包含两方面的含义：快速移动下随时随地的接入快速移动下通信的连续性（动中通）基本特点终端在大范围内快速移动支持切换和漫游实现时需要借助于基础网络接入速率目前还不高,无线广域接入的概念（续）,WWAN与WLAN的对比理解WWAN:广域范围实现需要借助于基础网络，因此也受限于基础网络速率不高，目前为100kbps左右，近期目标2Mbps接入自由、灵活WLAN局域范围（100m左右）实现不需借助于基础网络速率较高，目前达54Mbps，下一步目标500Mbps接入的方便程度不如WWAN,无线广域接入的基本结构,有中心的结构，一般包括：移动终端和中心站，还有网络交换和管理设施每个中心站覆盖一定的区域，负责所辖用户接入中心站之间通过网络互连，可相互通信移动终端可以在任何中心站的覆盖区接入实现自动切换和漫游,无线广域接入的类型,根据接入中心转发站的类型不同，分为：“陆基”和“空基”无线广域接入“陆基”无线广域接入基于陆地移动通信系统的接入采用交叠蜂窝结构每个蜂窝一个基站，位置固定，每基站负责所辖用户的接入基站之间通过网络互连，实现互连互通用户可自由在有基站覆盖的地方接入和移动建设有的放矢，适合密集用户区典型的接入系统如：基于GSM的接入系统基于CDMA的接入系统“空基”无线广域接入基于移动卫星系统的接入通常单独归入卫星接入系统（本章不涉及）,无线广域接入数据业务,早期，无线广域业务主要是话音业务如今，无线广域数据业务需求增长迅猛无线广域数据业务可分为：从技术体制分：电路交换业务、分组交换业务从转发方式分：陆地移动数据业务、卫星移动数据业务,无线广域接入数据业务,电路交换移动数据业务依托移动电话网通过无线modem接入移动电话网需要拨号，占用话音信道和网络资源采用电路交换技术，面向连接且信道独占速率很低，最高9.6kbps不适合突发的数据业务典型的电路交换移动数据业务 AMPS系统和GSM系统的传真、短消息及低速数据 图见p205 图10-2,无线广域接入数据业务,分组交换移动数据业务技术上的实现可有两种方式在原有移动话音网络上增加分组网络设备，与原有系统共享无线链路部分，实现数话业务共存（p205 图10-3）建设完全的无线分组网络（p206 图10-4）采用分组交换技术资源可统计复用，用户不独占资源只有在收发数据时才占用信道，有效利用资源特别适合突发的、流量不均衡的数据业务典型的分组交换移动数据业务CDPD、GPRS、CDMA1x、3G分组数据业务,10.3 陆地无线广域数据通信系统移动通信网络的发展,模拟、窄带系统频分双工话音电路交换AMPS系统（美国）1G目前已被淘汰,数字、窄带系统频分双工话音、低速数据电路交换GSMIS-95(基于CDMA)2G目前正在使用,数字、宽带系统频分双工、时分双工话音、数据、多媒体分组交换第一阶段已运行真正的3G即将投入使用,10.4 陆地无线广域接入技术,10.4.1 GPRS10.4.2 CDMA20001x10.4.3 3G,10.4.1 GPRS技术,GPRS技术概述GPRS技术特点GPRS网络结构GPRS信道分配GPRS数据传输,GPRS系统概述,GPRS:General Packet Radio Service 通用分组无线业务一种叠加在GSM系统上的无线分组技术是GSM走向3G前的过渡技术GSM是电路交换网络，分组业务效率低GPRS是分组交换网络，分组业务效率高在GSM网络上增加必要分组设备提供分组业务GSM网络提供的移动话音业务保留GPRS与GSM共享无线资源移动话音业务与移动分组数据业务共存,GPRS技术特点,分组交换方式带宽分配灵活、频谱效率高实际传输时才占用信道多个用户可共享一个信道速率高：理论值为171.2kbps 随时在线：一直与网络保持连接，无须拨号多种应用上网浏览收发Email网上游戏网上交易,基于GSM的GPRS网络结构,在GSM基础上引入3个新组件：PCU:Packet Control UnitSGSN:Serving GPRS Support Node GGSN:Gateway GPRS Support Node,GPRS网络结构（更详细）,IP、X.25网等,GPRS,BSC,MSC/VLR,PCU,SGSN,分组数据网（PDP网）,HLR,AUC,EIR,PSTN,SGSN,GGSN,GGSN,其他GPRS网络,更详细的连接示意图,SGSN描述,在GPRS网络中，SGSN类似于GSM的MSC对GPRS用户接入控制与管理用户认证和鉴权 将MS接入GPRS网络用户进行移动性管理.GGSN描述GGSN是GPRS的网关，类似路由器连接外部分组数据网络将GPRS网络的MS接入到外部网络（网关）为GPRS用户分配IP地址,MS描述（自学）,GPRS移动台（MS）分为A、B、C三类A类：支持GSM和GPRS业务且GSM和GPRS业务可同时进行B类：支持GSM和GPRS业务但GSM和GPRS业务不能同时进行GSM和GPRS业务可自动或人工切换C类：只有GPRS功能或支持GSM和GPRS业务对于后一种情况，两种业务必须经过人工切换运行GSM时，不能运行GPRS,反之亦然两种方式是完全独立的,GPRS资源分配与数话同传,GPRS业务占用信道的特点可为个GPRS的MS分配多个时隙或多个GPRS的MS可同时共享个时隙MS只有在传输时才占用信道为GPRS指定物理信道在原有GSM信道中专门拿出部分时隙用于GPRS占用了GSM的信道，会影响GSM用户的容量与GSM共享物理信道不专门设置GPRS信道，而是与GSM共享通常情况话音优先无话音业务时占用信道，尽力做到不影响GSM业务，但GPRS的实际速率不高,GPRS的数据传输,数据传输主要讨论传输前的准备MS外部网络的数据传输（MS发起呼叫）MS在归属地接入外部网络MS在漫游地接入外部网络,GPRS数据传输前的准备,）接入到GPRS网络，此过程主要完成SGSN对GPRS用户的身份认证建立MS与SGSN的唯一连接）接入到PDP网络，称PDP Context激活，完成：GGSN对GPRS用户的身份认证通过GGSN为MS分配一个PDP地址（如IP地址）注：MS地址可动态分配也可静态分配建立MS与GGSN的逻辑连接,GPRS技术数据传输,从应用的角度看GPRS网络GPRS网络为一个IP子网与外部网络（如Internet）通信每个MS都有一个IP地址（一般为内部的）GGSN为一个网关负责提供MS到Internet的接入负责完成内部地址到公共IP地址的映射负责MS到Internet数据的路由与转发,GPRS数据通信示意图,BTS,BSC,BSS,GPRS主干网,GPRS主干网,BTS,BSC,BSS,Internet,移动台A,移动台A,主机B,归属地（家乡）,漫游地,GGSN,SGSN,GPRS主干网,GGSN,SGSN,移动台在归属地时，与外网通信的路由,移动台在漫游地时，与外网通信的路由,隧道,隧道,假设MS动态获得IP地址(IP地址也可静态设置）首先MS接入归属地SGSN（认证、分配连接ID，建立MS的管理等）归属地SGSN通过隧道传送MS连接请求到归属地GGSN归属地GGSN对MS用户身份和设备认证，认证通过则分配一个IP地址给MS（一般分配的是内部IP地址)MS可以通过GPRS网络归属地GGSN与外部IP网实现通信（GGSN进行IP地址映射）,MS在归属地向外部IP网发起呼叫,假设MS动态获得IP地址(IP地址也可静态设置）首先MS接入漫游地SGSN认证(需要到归属地查询）、分配连接ID，建立MS的管理等漫游地SGSN通过GPRS主干网隧道传送MS连接请求到归属地GGSNGGSN对MS用户身份和设备认证，认证通过则分配一个IP地址给MS（一般分配的是内部IP地址)MS可以通过漫游地SGSN及GPRS主干网连接归属地GGSN，通过GGSN接入到外部IP网（GGSN进行IP地址映射）,MS在漫游地向外部IP网发起呼叫,GPRS用户与外部IP网通信小结,MS与外部网通信前先与SGSN建立逻辑连接，接入到GPRS网络再由SGSN与GGSN之间通过隧道协议互连，使MS接入到GGSN，再经过GGSN接入外部网络MS需要一个IP地址可以是内部IP（静态或GGSN动态分配），此时只能由MS主动发起呼叫，且由GGSN作地址映射也可以是公共IP（静态或动态）（地址缺，一般不用）无论MS在归属地还是在漫游地与外部网的数据通信，网关一定是归属地GGSN,10.4.2 CDMA2000-1x,CDMA2000CDMA2000-1X概述CDMA2000-1X网络结构CDMA2000-1X简单IP业务CDMA2000-1X移动IP业务,CDMA2000,CDMA2000是3G标准之一CDMA2000包括三个标准系列CDMA2000-1X前向信道采用单载波速率最高384kbpsCDMA2000-1XEV 采用与CDMA2000-1x相同的频段速率最高2MbpsCDMA2000-3X前向信道采用3载波，比CDMA2000-1x占频更宽速率最高2Mbps,CDMA2000-1x概述,是CDMA2000的第一阶段采用分组交换技术速率384kbps密切联系IP网络，实现分组业务支持简单IP和移动IP业务,CDMA2000-1x的网络结构,CDMA2000-1x的分组部分PCF：分组控制功能PDSN：分组数据服务节点AAA服务器：用户认证、授权、记账服务器HA：归属代理（移动IP业务时需要）,BSC,PCF,IP网络,PSTN,PDSN,MSC/VLR,数据通路,话音通路,HLR,AAA服务器,HA,CDMA2000-1x的分组实体简介,移动台MS（Mobile Station）CDMA2000-1x手机或终端建立、维护和终止与PDSN的数据链路协议无线资源的请求BS与BSC建立、维护与终止为分组用户提供的无线资源管理无线资源，记录无线资源状态分组控制单元PCF（packet Control Function）建立、维护和终止与PDSN的第二层连接缓存分组数据无线资源的请求、管理与资源使用记录,CDMA2000-1x的分组实体简介,分组数据服务节点PDSN（Packet Data Service Node）将MS接入到外部IP网络（网关）为SIP用户提供IP地址为MIP用户提供外地代理FA(Foreign Agent）AAA为MS的接入提供认证、授权和记帐归属（家乡）代理HA（Home Agent）理解为归属网络上的一台路由器只有移动IP业务才需要HA为MIP用户发起的移动IP注册请求进行认证为移动IP用户指定归属IP地址与FA一起，将目的IP地址为移动用户的IP分组传送到MIP用户,简单IP数据业务,SIP：Simple IP基本特点类似于通过Modem拨号上网PDSN是MS上网的网关 每次上网都需要PDSN动态分配IP地址不支持跨PDSN的漫游IP地址仅在一个PDSN范围内有效正在通信的MS从一个PDSN移动到另一个PDSN时，通信会中断每到一个新的PDSN，都必须重新拨号并获取新的IP地址才能上网由于IP地址不固定，因此只能由MS发起呼叫，而不能实现网络侧发起的呼叫,简单IP网络结构,RCC：Radio Resource Control,MS,IPNetwork,PDSN,Visited AAA,Home AccessProvider Network,Home IP Network,Home AAA,AAA Broker Network,Broker AAA,Visited AccessProvider Network,Radio Network(RRC,PCF),简单IP数据通信过程,MS在归属地接入IP网络此时被访网络为归属网络MS与归属PDSN建立PPP的LCP连接启动认证（PDSN向Home AAA请求对MS的认证）认证通过，AAA授权接入PDSN与MS建立PPP的IPCP，完成PPP连接。同时PDSN 为MS分配一个IP地址,简单IP数据通信过程,MS在外地接入IP网络此时被访网络为外地网络MS与外地被访PDSN建立PPP的LCP连接启动认证，认证信息的传递与认证过程为外地被访PDSN被访AAA 代理AAA归宿AAA由归属AAA对MS认证，并将认证结果逐一逆向返回，最后到被访PDSNPDSN对认证通过的合法MS分配IP地址,移动IP数据业务,MIP:Mobile IP基本特点与简单IP相比，需要增加HAMIP用户的IP地址由HA分配，且MS离开归宿网时其IP地址保持不变支持跨PDSN的漫游，MS可在CDMA20001x分组网中任意移动当MS漫游到外地时，外地的PDSN为MS的外地代理FA既可实现MS发起的呼叫，也支持由网络侧发起的呼叫,移动IP基本原理（自学）,移动IP要解决的问题是一个主机无论在哪里上网，保持其IP地址不变实现原理移动主机保持一个主地址不变（归属网地址）移动主机同时需要另一个转交地址（漫游到不同地方时不同）移动主机能检测到自己已移出归属网通过代理发现获得外地代理FA及转交地址移动主机漫游时将转交地址通知归属代理HA建立FA与HA的IP in IP隧道通过代理通告通知移动主机主动呼叫时直接通过FA发出目的地址为移动主机的数据必须先到HA，然后通过隧道传到FA，最后才到移动 主机（三角路由）当移动主机回到归属地通知HA 注销转交地址,移动主机A,Router,Router,归属网,主机B,隧道,A发起的呼叫,B发起的呼叫,CDMA2000-1x移动IP结构（自学）,RCC：Radio Resource Control,MS,IPNetwork,PDSN,Visited AAA,SS7Network,Home IP Network,Home AAA,AAA Broker Network,Broker AAA,Visited AccessProvider Network,Radio Network(RRC,PCF),Home ISPPrivate NetworkHome Provider,HA,移动IP数据传输（自学）,当MS到达漫游地时MS首先与被访PDSN(FA)建立PPP连接然后发起移动IP请求其间被访PDSN将MS认证信息通过被访AAA中间代理AAA归属AAA，归属AAA对MS身份进行认证认证通过，PDSN才发出MIP请求请求回复，建立被访PDSN与归属HA的IP-in-IP隧道,移动IP数据传输（自学）,MS在漫游地主动发起的呼叫MS发出的IP分组直接由FA转发 MS在漫游地接收数据IP分组首先被传输到HAHA查MS所在的FA，将分组通过隧道传到FAFA最后将分组传送到MS,10.4.3 G技术,引入高速移动数据通信需求综合业务接入的需求真正意义上随时随地接入的需求典型标准：W-CDMACDMA-2000TD-SCDMA,10.4.3 G技术,技术特征频谱采用3GHz范围的多个频段采用分组交换技术提供数据、话音、图像等综合业务速率：固定或慢速移动时2Mb/s双工方式：FDD、TDD与各种网络互连互通全球漫游采用多种新技术，提供高质量的通信服务智能天线技术快速无线IP技术反向功率控制技术软件无线电技术,
