3G移动通信概述和GPRS.ppt

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1、,1,2,3G移动通信概述l 3G的主要目标IMT-2000的目标有以下4个方面：全球漫游，以低成本的多模手机来实现。全球具有公用频段,用户不再限制于一个地区和一个网络，而能在整个系统和全球漫游。在设计上具有高度的通用性，拥有足够的系统容量和强大的多种用户管理能力，能提供全球漫游。是一个覆盖全球的、具有高度智能和个人服务特色的移动通信系统。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3G移动通信概述l 3G的主要目标(续)适应多种环境，采用多层小区结构，即微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起，与不同网络互通，提供无缝漫游和业务一致性，网络终端具有多样性，并与第

2、二代系统的共存和互通，开放结构，易于引入新技术。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3,4,3G移动通信概述l 3G的主要目标（续）能提供高质量的多媒体业务：包括高质量的话音、可变速率的数据、高分辨率的图像等多种业务，实现多种信息一体化；足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。用户可用唯一个人电信号码（PTN）在任何终端上获取所需要的电信业务，这就超越了传统的终端移动性，真正实现个人移动性。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3G移动通信概述l 3G的主要目标（续）为实现上述目标，对无线传输技术提出了以下要求：高速传输以支持多媒体业务室内环境至少2Mb/s;室

3、外步行环境至少384Kb/s;室外车辆环境至少144Kb/s;传输速率按需分配；上下行链路能适应不对称业务的需求；简单的小区结构和易于管理的信道结构；灵活的频率和无线资源的管理、系统配置和服务设施；,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,5,6,3G移动通信概述l 3G的主要目标（续）第三代系统有着更好的抗干扰能力。这是由于其宽带特性（5MHz射频载波），可分辨更多多径信号，因此信号较窄带系统更稳定，起伏衰落小，使系统对信号功率的动态范围和最大功率信号值的要求降低。上行链路采用相干检测，相对于没有采用相干检测的第二代CDMA来说，上行链路有3db的性能改善。3G系统还使用了多用户检测，可消除

4、来自其他用户的干扰。第三代系统还提供多速率的业务，这意味着在高灵活性和高频谱效率的情况下可提供了不同服务质量的连接。第三代系统还支持频间无缝切换，从而支持层次小区结构。同时，3G系统还采用快速功率控制。3G系统保持对新技术的开放性，支持智能天线阵技术，使系统得到许多改进。在满足给定信号接收质量的前提下增加了有效通信用户数：用户数给定时，可以改善接收质量；可降低移动用户的发射功率；减少其他用户信号的干扰和影响。在3G系统中还会采用其它许多新技术，使系统不断得到改进。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3G移动通信概述l 3G的主要目标（续）,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,7,8,

5、3G移动通信概述l 3G的发展进程3G中的先进技术高效信道编译码技术信道编码和交织依赖于信道特性和业务需求。不仅对于业务信道和控制信道采用不同的编码和交织技术，而且对于同一信道的不同业务也采用不同的编码和交织技术。Turbo码是1993年由C.Berrou等人提出的一种新型编码，它具有接近仙农极限的纠错性能。成为通信领域倍受瞩目的一项新技术。在第三代移动通信系统中都采用了卷积码和Turbo码两种纠错编码。在高速率、对译码时延要求不高的数据链路中使用Turbo码以利于其优异的纠错性能；考虑到 Turbo码译码的复杂度、时延的原因，在语音和低速率、对译码时延要求比较苛刻的数据链路中使用卷积码，在其

6、它逻辑信道中也使用卷积码。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3G移动通信概述l 3G的发展进程软件无线电技术基本思想是高数据和数模转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。软件无线电系统的关键部分为：宽带多频段天线、高速A/D和D/A转换器以及高速信号处理部分。宽带多频段天线采用多频段天线阵列，覆盖不同频程的几个窗口；高速A/D转换器的关键是采样速率和量化位数，高速信号处理部分完成基带处理、调制解调、比特流处理和编解码等工作。软件无线电技术最大的优点是基于同样的硬件环境，针对不同的功能采用不同的软件来实施，其系统升级、多种模式的运行可以自适应地完成。软件无线电能

7、实现多模式通信系统的无缝连接。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,9,3G移动通信概述l 3G的发展进程(续)第三代移动通信系统具有多模、多频段、多用户的特点，面对多种移动通信标准，采用软件无线电技术对于在未来移动通信网络上实现多模、多频率、不间断业务能力方面将发挥重大作用，如基站可以承载不同的软件来适应不同的标准，而不用对硬件平台改动；基站间可以由软件算法协调，动态地分配信道与容量，网络负荷可自适应；移动台可以自动检测接入的信号，以接入不同的网络且能适应不同的接续时间要求。由于硬件器件技术的限制，目前要实现软件无线电必须进行适度的折中，尚未充分利用软件无线电的优势。因此，应针对软件无线

8、电的特点，研究具有普遍意义的、不局限于特定硬件水平的长远技术，为第三代移动通信系统服务。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,3G移动通信概述l 3G的发展进程(续)3)智能天线技术无线覆盖范围、系统容量、业务质量、阻塞和掉话等问题一直困扰着蜂窝移动通信系统。采用智能天线阵技术可以提高第三代移动通信系统的容量及服务质量。智能天线阵（IntelligentAntenna Arrays，又称Adaptive Antenna Arrays）技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高

9、接收信号的载干比（C/I），以增加系统的容量和频谱效率。其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。智能天线阵在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应以及其它参数，使接收机输出端有最大的信噪比。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,10,3G移动通信概述l 3G的发展进程(续)智能天线阵由N单元天线阵、A/D转换器、波束形成器（Beam-former）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。N单元天线阵是收发射频信号的辐射单元；A/D转换器完成模数转换以便进行数字域处理；波束形成器由自适应控制处理器和波束形成网

10、络组成，把一定规律的激励信号转换成与各波束相对应的幅度相位分别提供给各辐射单元，以确定波束形成网络的各部分方向图（波束）的增益、计算各支路之间的耦合以及耦合与各部分方向图的交叉电平的关系，以消除各支路之间的耦合；波束方向估计及跟踪器是估计并跟踪接收信号的到达方向（DOA），以控制波束形成器改变波束方向来跟踪发送信号源。采用智能天线后，可用多只低功率的放大器（如信威公司的产品：8只线性输出0.5W的放大器）代替高功率放大器（等效于20W的放大器），大大降低了成本，提高了设备可靠性。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,11,3G移动通信概述l 3G的发展进程(续)4)多用户检测和干扰消除技术

11、对于CDMA系统，从理论上讲，如果能消去用户受到的多址干扰，就可以提高容量。多用户检测的基本思想是把所有用户的信号都当作有用信号，而不是当作干扰信号。在小区通信中，每个移动用户与一个基站通信，移动用户只须接收所需信号，而基站必须检测所有的用户信号，因此移动用户只有自己的扩频码，而基站需要知道所有用户的扩频码。由于移动用户受到复杂度的限制（如尺寸、重量等），多用户检测目前主要用于基站。但是基站只有本小区用户的扩频码，相邻小区的干扰仍会降低多用户检测的性能。无线信道是多径信道，可以在多用户检测前端用RAKE类型的结构解决多径问题。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,12,3G移动通信概述l

12、3G的发展进程(续)经过近二十年的发展，CDMA系统多址干扰抑制或多用户检测技术，已慢慢走向成熟及实用。考虑到复杂度及成本等的原因，我们目前的多用户检测实用化研究，主要围绕基站进行。基站设备中使用多用户检测技术，具有以下优点：减小射频辐射对用户的生理及心理影响。提高基站的覆盖区容量。容量的增加，意味着频谱效率的提高。同时增加最大可能的用户数。或表现为降低用户设备（如手机等）的发射功率。手机发射功率的降低，意味着更长的通话时间或待机时间、减少对人体的微波辐射，减小对环境的影响，从而使设备更绿色化。干扰抑制或多用户检测技术经过近二十年的发展，已面临实用方面的突破。增加通信距离，增大基站的覆盖面积，

13、降低基站综合成本。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,13,3G移动通信概述l 3G标准,标准化组织：,目前世界各国的标准化组织有：中国：（CWTS）；欧洲（ETSI）；日本（ARIB）；美国(TIA、T1P1)；韩国（TTA）。CWTS：China Wireless Telecommunications StandardsETSI:European Telecommunication Standards InstituteARIB:Association of Radio Industries and BusinessesTIA:Telecommunications Industry

14、AssociationT1P1:a subcommittee of the ANSI-accredited ATIS CommitteeT1 that deals with Personal CommunicationsTTA:Telecommunications Technology Association,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,14,3G移动通信概述l 3G标准国际标准化组织：3GPP:3G Partnership Project(for GSM evolution to W-CDMA)主要在W-CDMA领域作以下技术标准（4 TSGS TechnicalSpecific

15、ation Groups）TSG Services and System AspeectsTSG Radio Access NetworkTSG Core NetworkTSG Terminals网址：www.3gpp.org,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,15,3G移动通信概述l 3G标准3GPP2:3G Partnership Project(for cdmaOne evolution tocdma2000)主要在cdma2000领域作以下技术标准(6 TSGS)TSG-A on Access Network InterfaceTSG-C on cdma2000 RadioTSG

16、-N on ANSI-41/WIN(WIN:Wireless Intelligent Network)TSG-P on Wireless Packet Data NetworkingTSG-R on Interface of W-CDMA Radio Access to EvolutedANSI-41 Core NetworkTSG-S on Systems and Services Aspects网址：www.3gpp2.org,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,16,3G移动通信概述l 3G标准3G地面无线传输技术的提案1998年6月各国标准化组织向国际电联提交了各自的无线传输技术侯

17、选方案。共有16种侯选技术，包括10种地面技术和6种卫星技术。10个地面技术中有8种FDD和5种TDD技术。如下表所示。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,17,3G移动通信概述l 3G标准,序号 提交技术,双工方式,应用环境,多址技术 提交者,J:W-CDMA ETSI-UTRA-UMTS WIMS W-CDMA WCDMA/NA Global CDMA II TD-SCDMA cdma2000 Global CDMA I UWC-136,FDD、TDDFDD、TDDFDDFDDFDDTDDFDD、TDDFDDFDD,所有环境所有环境所有环境所有环境所有环境所有环境所有环境所有环境所有

18、环境,CDMACDMACDMACDMACDMACDMACDMACDMATDMA,日本：欧洲：ETSI美国：TIA美国：韩国：TTA中国：CATT美国：韩国：TTA美国：,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,18,3G移动通信概述l 3G标准当前获得人们普遍认同的标准主要有：cdma2000、W-CDMA和TD-SCDMA。到目前为止基于这三大标准的实际系统已经或正在走向商用。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,19,3G移动通信概述l 3G标准,2G向3G的演进,增 强,和,（,（）,（）,（,（；,（）（；,（）,）,（）,（，,（）,（）,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,

19、20,3G移动通信概述l 3G标准从2G向3G的过渡产品人们称其为2.5G。2.5G是市场驱动的产物随着人们对数据通信业务的需求日益增高，人们已不再满足传统的以语音业务为主的移动通信网为人们所提供的服务。特别是Internet的发展大大推动了人们对数据业务的需求。统计表明目前固定数据通信网的用户需求和业务使用量已接近了话音业务。在这种情况下，移动通信网所提供的以语音为主的业务已不能满足人们的需要了。为此移动通信业内的领军者们努力开发研究了适用于数据通信的移动系统。首先人们着手开发的是基于2G系统数据系统。在不大量改变2G系统的条件下，适当增加一些网络和一些适合数据业务的协议，使系统可以较高效率

20、的传送数据业务。如目前的GPRS就是这样的系统，现在已在我国组网投入商用。另外，目前我国联通即将开通的CDMA20001X系统也属于这样的系统。通常人们将这样的系统称为2.5G。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,21,3G移动通信概述l 3G标准,从2.5G走向3G尽管2.5G系统可以方便地传输数据业务，然而由于它的先天不足，既没有从根本上解决无线信道传输速率低的问题，因此应该说2.5G还是个过渡产品。而当今人们定义的第三代移动通信系统才能基本达到人们对快速传输数据业务的需求。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,22,3G移动通信概述l GPRS介绍 GPRS的业务,基本概念GP

21、RS网络可以提供两类业务：点对点（PTP Point ToPoint）的业务；点对多点（PTM Point To Multipoint）的业务。这两类业务也被称为GPRS网所提供的承载业务。在GPRS承载业务支持的标准化网络协议基础上，GPRS可支持或为用户提供一系列的交互式电信业务，包括承载业务、用户终端业务、补充业务以及短消息业务、匿名接入等其它业务。以下只对承载业务和用户终端业务作一介绍。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,23,3G移动通信概述l GPRS介绍,GPRS网络业务 点对点业务点对点业务是GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务。点对点业务又分为两种

22、：点对点面向无连接的网络业务（PTP-CLNS）和点对点面向连接的网络业务（PTP-CONS）。点对点面向无连接的网络业务（PTP-CLNS）属于数据报业务类型，即数据用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程，分组的传送没有逻辑连接，且没有交付确认保证。点对点面向无连接的网络业务主要支持突发非交互式应用业务，如基于IP的网络应用。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,24,3G移动通信概述l GPRS介绍点对点面向连接的网络业务（PTP-CONS）属于虚电路型业务，它要为两个用户之间传送多路数据分组建立逻辑电路（PVC或SVC）。它要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。点对点面向连接

23、的网络业务是面向连接的网络协议CONP支持的业务，即X.25协议支持的业务。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,25,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS提供的点对多点业务可以根据某个业务请求者请求，把信息传送给多个用户或一组用户，由PTM业务请求者定义用户组成员。GPRS使用国际移动组识别（IMGI）识别组成员，其组成员主要由移动用户组成。业务请求者可定义所传送信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,26,3G移动通信概述l GPRS介绍,用户终端业务用户终端业务可按基于PTP 或基于PTM的分为两类

24、：基于PTP的用户终端业务 信息点播业务。例如，Internet浏览业务（WWW）；各种类型的信息查询业务，如娱乐类（影视、餐馆等）、商业类（股票等）、交通类（路况、时刻表等）、新闻类、天气预报等。E-mail业务。会话业务。在两个用户的实时终端到实时终端之间提供双向信息交换 远程操作业务。如：电子银行、电子商务、远程监控定位业务等。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,27,3G移动通信概述l GPRS介绍基于PTM的用户终端业务点对多点应用业务包括点对多点单向广播业务和集团内部点对多点双向数据量事务处理业务。例如：新闻广播、天气预报、本地广告、旅游信息等。,2003-9-2,北京邮电大

25、学无线中心,28,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的业务质量GPRS为用户提供了五种可协商的业务质量（QoS）的基本属性，如下图所示：可 靠 性 等 级,平 均 吞 吐 量 等 级,延迟等级,2003-9-2,峰 值 吞 吐 量 等 级,业务等级分类北京邮电大学无线中心,优 先 级,29,3G移动通信概述l GPRS介绍上述的每一种属性都有多个级别的值可供选用，不同级别属性值的组合构成了对要求不同的QoS的各种应用的支持。GPRS标准中定义的这种QoS组合有许多种，但目前GPRS只支持其中的一部分QoS配置。GPRS业务质量（QoS）定义文件（Profile），是与每一个PDP（Pac

26、ket Data Protocol 包数据协议）关联相联系的。QoS定义文件被当作一个单一的参数，该参数具有多个数据传递属性。在QoS定义文件协商过程中，移动台可以为每一个QoS属性申请一个值，包括存储在HLR中用户开户的缺省值。网络也要为每一个属性协商一个等级，能够与有效的GPRS 资源相一致，以便提供适当的资源支持已经协商的QoS定义文件。具体协商过程和属性的定义此处不做介绍了。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,30,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的网络结构及其功能描述 基本概念GPRS网络是在GSM网的基础上发展的移动数据分组网。GPRS网络分为两个部分：无线接入以及核

27、心网。无线接入在移动台和基站子系统（BSS）之间传递数据；核心网在基站子系统和标准数据网边缘路由器之间中继传递数据。GPRS 的基本功能就是在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,31,3G移动通信概述l GPRS介绍 GPRS的网络结构下图给出GPRS 网络结构及其接口。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,32,3G移动通信概述l GPRS介绍,其它网,防,（）,防火墙,数据网（）,火墙,防火墙,数据网,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,33,3G移动通信概述l GPRS介绍由上图可以看出GPRS 网是原有GSM网的基础上增加

28、了SGSN GPRS业务支持节点、GGSN GPRS网关支持节点和PTM SC 点对多点业务中心等功能实体。尽管GPRS网与GSM使用同样的基站但需要对基站的软件进行更新，使之可以支持GPRS系统。并且要采用新的GPRS移动台。另外，GPRS还要增加新的移动性管理（MM）程序。而且原有的GSM网络子系统也要进行软件更新并增加新的MAP信令及GPRS信令等。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,34,3G移动通信概述l GPRS介绍SGSN及其对外的接口在一个归属PLMN内，可以有多个SGSN,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,35,3G移动通信概述l GPRS介绍SGSN的功能类似G

29、SM系统中的MSC/VLR，主要是对移动台进行鉴权、移动性管理和路由选择，建立移动台GGSN的传输通道，接收基站子系统透明传来的数据，进行协议转换后经过GPRS 的IP骨干网（IP Backbone）传给GGSN（或SGSN）或反向进行，另外还进行计费和业务统计。SGSN与BBS间的接口为Gb接口，该接口协议即可用来传输信令和话务信息。通过基于帧中继的网络业务提供流量控制，支持移动性管理功能和会话功能，如GPRS 附着/分离、安全、路由选择、数据连接信息的激活/去活等，同时支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,36,3G移动通信概述l GPRS介

30、绍同一PLMN中SGSN与SGSN间以及SGSN与GGSN间的接口为Gn接口，该接口协议支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理（MM），该接口采用的为TCP/IP协议。不同PLMN间SGSN与SGSN间以及SGSN与GGSN间的接口为Gp接口，该接口与Gn接口的功能相似，另外它还提供边缘网关（BG）、防火墙以及不同PLMN间的互联功能。另外，SGSN与MSC/VLR的接口为Gs接口，其接口协议用来支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作，使SGSN可以向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。该接口采用7号信令MAP方式，使用BSSAP+协议，是一个可选接口

31、，但对于GPRS 的A类终端必须使用此接口。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,37,3G移动通信概述l GPRS介绍SGSN与HLR的接口为Gr接口，其接口协议用来支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息。该接口采用7号信令MAP方式。SGSN与EIR的接口为Gf接口，其接口协议用来支持SGSN与EIR 交换有关数据，认证MS的IMEI信息。SGSN与SMS-GMSC的接口为Gd接口，通过此接口可以提高SMS的使用效率。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,38,3G移动通信概述l GPRS介绍GGSN及其对外的接口GGSN实际上是GPRS网对外部数据网络的网关或路由器，

32、它提供GPRS和外部分组数据网的互联。GGSN接收移动台发送的数据，选择到相应的外部网络，或接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传输给相应的SGSN。此外，GGSN还有地址分配和计费等功能。GGSN与其它功能实体的接口除了上面所介绍的Gn、Gp接口外还有与外部分组数据网的接口Gi。GPRS通过该接口与外部分组数据网互联（IP、X.25等）。由于GPRS可以支持各种各样的数据网络，所以Gi不是标准接口，只是一个接口参考点。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,39,3G移动通信概述l GPRS介绍GGSN与HLR之间的接口为Gc接口。通过此可选接口可以完成网络发起的进程

33、激活，此时支持GGSN到HLR获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务。以上重点介绍了GPRS 网的SGSN、GGSN及其接口，图9.52中的其它功能实体和网络接口与GSM系统基本相同，但为了支持分组数据的新协议必须升级软件，增加新的协议功能。比如Um 接口，其射频部分与GSM相同，但逻辑信道增加了分组数据信道（PDCH），采用了4种新的信道编码方式：CS-1（9.05kbit/s）、CS-2（13.4kbit/s）、CS-3（15.6kbit/s）、CS-4（21.4kbit/s），并能支持多时隙的传输方式，最多可到8个时隙。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,40,3G移动通信

34、概述l GPRS介绍GPRS骨干网（IP Backbone）是用于将（S/G）GSNs等互联起来的IP专用网或分组数据网，也可以为一条专用线路。PLMN内部骨干网是专用IP网，只用于GPRS数据和GPRS信令。PLMN内部骨干网通过Gp接口，采用边缘网关（BG）和多个PLMN互连骨干网连接起来。多个PLMN骨干网通过漫游协议进行选择，该协议包括BG安全功能。多个PLMN骨干网互连可以通过分组数据网，也可以用一条专用线路。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,41,3G移动通信概述l GPRS介绍,GPRS协议栈,应 用,应 用,互连网,其它,网 络 业 务,网 络 业 务,2003-9-2

35、,北京邮电大学无线中心,主 机,42,3G移动通信概述l GPRS介绍RLC/MAC为无线链路控制/媒体接入层。这一层包括两个功能：无线链路控制功能，提供与无线解决方案有关的可靠的链路 媒体接入控制功能，控制无线信道的接入信令过程（请求和允许）以及将LLC（链路控制）帧映射为GSM的物理信道LLC为逻辑链路控制层。这一层可以在MS与SGSN之间提供安全可靠的逻辑链路，并且独立于低层无线接口协议，以便允许引入其它GPRS无线解决方案，而对NSS只作最少的改动。下图给出了从LLC PDU到RLC数据单元的分解示例。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,43,3G移动通信概述l GPRS介绍,2

36、003-9-2,北京邮电大学无线中心,44,3G移动通信概述l GPRS介绍其中：FH：帧头 FCS：帧校验序列 BH：数据块头 BCS：数据块校验序列,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,45,3G移动通信概述l GPRS介绍SNDCP为子网汇聚协议，它的主要功能是将若干分组数据协议合路；压缩和解压缩用户数据或协议控制信息，这样可以提高信道的利用率；将网络协议单元（N-PDU）分解成逻辑链路控制协议数据单元（LL-PDU），或反之，将LL-PDU组装成N-PDU。SNDCP用于不同分组数据协议合路如下图所示：,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,46,3G移动通信概述l GPRS介绍

37、,分组数据协议,分组数据协议,分组数据协议,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,47,3G移动通信概述l GPRS介绍在Gb接口：网络业务（NS）层是基于帧中继连接基础上的传输BSSGP协议数据单元。BSSGP为基站系统GPRS协议层，它的主要功能是在BSS和SGSN之间传输与路由及QoS相关的信息。在Gn接口：L1、L2是基于OSI第一、二层协议为GPRS骨干网传输IP数据的协议层。IP：GPRS骨干网协议，用于用户数据和控制信令的路由选择。TCP或UDP用于传送GPRS骨干网内部的GTP分组数据单元。TCP适用需要可靠数据链路的协议，如X.25。UDP适用传输不需要可靠数据的链路，如I

38、P。GTP为隧道协议，该协议用于在GPRS 骨干网内部的支持点间传输用户数据和信令。所有的点对点的、采用PDP 的分组数据单元都通过GPRS隧道协议进行封装打包。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,48,3G移动通信概述l GPRS介绍用 户 数 据（）,（）（）,（）,（）（）,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,49,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的移动性管理和会话管理 基本概念象GSM手机一样，第一次使用的GPRS 手机必须注册到PLMN网上，所不同的是GPRS手机要将位置更新信息存储到SGSN中。分布在GPRS不同网络单元的用户信息分为四类：认证信息、位置信息、业务

39、信息和鉴权数据。下表给出了用户信息类型、信息元素及所存储的位置。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,50,3G移动通信概述l GPRS介绍,信息类型,信息元素,存储位置,认证,l,IMSI,l,SIM，HLR，,VLR，SGSN，GGSN,ll,TMSIIP address,ll,VLR，SGSNMS，SGSN，,GGSN,存储位置业务,lllll,VLR-addressLocation AreaServing SGSNRouting AreaBasic services,lllll,HLRSGSNHLR,VLRSGSNHLR,Supplementary servicesCircuit

40、switched bearerServices,GPRS serviceinformation,l,VLR,l,Basic services,Supplementary services,CS bearer services,l,SGSN,l,GPRSinformation,service,2003-9-2,鉴权数据,ll,Ki，algorithmsTriplets北京邮电大学无线中心,ll,SIM，ACVLR，SGSN,51,3G移动通信概述l GPRS介绍一个新的GPRS 手机用户首先要注册到网络，网络则要为这一用户分配一个IP地址。其注册过程类似GSM的位置更新，这一过程称为GPRS附着

41、过程。网络为移动台分配IP地址，使其成为外部IP 网络的一部分，这一过程称为PDP移动关联激活。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,52,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS手机连接到网络需要两个阶段：连接到GPRS网络（GPRS附着）GPRS手机开机后，要向网络发送附着消息。SGSN从HLR收集用户数据，对用户进行鉴权，然后与GPRS手机附着。连接到IP网络（PDP关联）GPRS手机与网络附着后，向网络请求一个IP地址，（比如：155.133.33.55）。一个用户可能有的IP地址为：静态IP地址：分配用户固定的IP地址。或者 动态IP地址：每次会话都分配用户一个新的IP地址。从业

42、务管理角度来说，GPRS 网络有两个管理过程。一个是GPRS的移动性管理过程（GMM），另一个是GPRS的会话管理过程（SM）。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,53,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的移动性管理过程的主要功能是支持 GPRS用户的移动性，如将用户的当前位置通知网络等。GPRS的会话的管理功能是指支持移动用户对PDP关联的处理，也就是说GPRS移动台连接到外部数据网络的处理过程。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,54,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的移动性管理 路由区路由区由一个或多个小区组成，最大的路由区为一个GSM网定义的位置区LA，一个路

43、由区不能跨越多个位置前。定义路由区RA 的目的是为了更有效的寻呼GPRS用户。一个路由区只能由一个SGSN提供服务。路由区是由RAI路由区识别来标识的，RAI的结构如下：RAI=MCC+LAC+RAC其中，MCC为移动国家号码；LAC为位置区代码；RAC为路由区代码。RAI是由运营商确定的。RAI作为系统信息进行广播，移动台监视RAI，以确定是否穿越了路由区边界。如果确实穿越了边界，移动台将启动路由区域更新过程。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,55,3G移动通信概述l GPRS介绍,移动性管理状态与GSM一样GPRS 移动性管理的主要作用就是确定GPRS移动台的位置，为此GPRS定义

44、了三种移动性管理状态：空闲状态 守候状态 就绪状态上述三种移动性管理状态在一定条件是要进行状态转化的，下图给出了状态转换关系。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,56,就,定时绪状,态,（器到,秒时,）,数,发送据包,接,收,态,状时,侯到,守器分）,时,定,（,3G移动通信概述l GPRS介绍附着 去附着就绪状态空闲状态守候状态,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,57,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS附着和去附着GPRS附着：附着就是GPRS手机建立与GPRS网络的连接，MS请求接入，并发起与SGSN的连接，在移动台和SGSN间建立MM移动关联。GPRS去附着：去附着就是

45、GPRS手机结束与GPRS 网络的连接，MS将从就绪状态变为空闲状态，结束与SGSN建立的MM移动关联的连接。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,58,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的位置区域管理所谓GPRS的位置区域管理就是移动台位置移动的管理，比如，当移动台从一个位置小区或一个路由区移动到另外的位置小区或路由区时网络是如何进行管理的。大概有这样几种位置更新过程：当MS处于就绪状态在路由区内从一个小区移动到另一个小区时，MS要进行小区的位置更新（cell update）当MS从一个路由区移动到另一个路由区时，MS要执行路由区的位置更新（Routing Area Update）

46、。这种更新还分两种：一是在SGSN内的路由区的位置更新（Intra-SGSN Routing AreaUpdate）；另一个是SGSN之间的路由区的位置更新（Inter-SGSN Routing Area Update）当SGSN与MSC/VLR建立关联后，还有一种叫做SGSN间的RA/LA联合更新过程（Combined Inter SGSN RA/LA Update）以上这些位置更新过程比较复杂，这里不做进一步的论述了。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,59,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的会话管理GPRS的会话管理（session management）是指GPRS移动台

47、连接到外部数据网络的处理过程，其主要功能是支持用户终端对PDP 移动关联的处理。所谓PDP 移动关联是指GPRS系统提供一组将移动台与一个PDP 地址（通常是IP地址）相关联和释放相关联的功能。通常移动台附着到网络后，应激活所有需要与外部网络进行数据传输的地址，当数据传输结束后，再解除这些地址。移动台只有在守候或就绪状态下，才能使用PDP移动关联的功能。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,60,3G移动通信概述l GPRS介绍PDP地址一般是指IP地址，移动台通常被分配三种PDP地址：静态PDP 地址：归属PLMN（HPLMN）运营商永久地给移动台分配的PDP 地址 动态HPLMN PD

48、P地址：激活PDP移动关联时，HPLMN给移动台分配的PDP地址 动态VPLMN PDP地址：激活PDP移动关联时，VPLMN给移动台分配的PDP 地址,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,61,3G移动通信概述l GPRS介绍VPLMN是指访问PLMN。使用动态HPLMN PDP还是使用动态VPLMN PDP 地址，由HPLMN运营商在与用户签约中规定。使用动态地址时，由GGSN分配和释放动态PDP地址。若PDP移动关联的激活是网络请求的，则只能使用静态PDP地址。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,62,3G移动通信概述l GPRS介绍GPRS的空中接口与GSM一样GPRS 的空中接口是整个GPRS系统的关键技术之一，内容十分丰富。这里只能简单用图的形式介绍一下GPRS 的信道，其它概念，比如信道编码、吞吐量、信道分配以及物理层、媒体接入/无线链路层等相关概念不做介绍了，读者可参阅有关GPRS更详细的文献和参考书。,2003-9-2,北京邮电大学无线中心,63,