第8章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用

1移动通信技术(第2版)第8章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用2第8章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用内容–GSM主要技术及无线接口–GPRS无线接口和关键技术–WCDMA的无线接口和关键技术3第8章GSM、GPRS到WCDMA的发展及技术应用重点–GSM数字信号的处理过程及无线接口的信道配置，时隙帧结构–GPRS的概念、网络结构、空中接口、用户数据的传输–WCDMA的无线接口技术难点–GSM中数字信号的处理过程–GSM的无线接口–GPRS的无线接口–WCDMA的无线接口、信道结构4目的和要求–掌握GSM各类关键技术及无线接口中信道配置、时隙帧结构–理解GSM系统对信号的基本处理过程–掌握GPRS网络结构、无线接口及关键技术–理解WCDMA的演进及关键技术5GPRSGPRS概述GPRS的结构无线接口GPRS功能及实现6GPRS概念：在GSMPhase2+阶段引入的通用分组无线数据业务，核心网采用基于分组交换的IP传输技术，传送不同速率的数据及信令。GPRS是对GSM的升级，应用于GSM，不会替代GSM；是2.5G的过渡技术。78.1GPRS概述8.1.1GPRS产生的背景–IP技术已成为发展方向–移动数据市场的形成–GSM向第三代移动通信系统的演进88.1.2GPRS的特点GPRS主要特点–分组交换、IP传输–新的无线信道，分配方式灵活多用户共享一个信道一个用户享有多个信道GPRS局限性–中高速数据速率CS-1：9.05kbit/sCS-2：13.4kbit/sCS-3：15.6kbit/sCS-4：21.4kbit/s实际速率根据预留的信道数确定最高理论速率：21.4×8=171.2kbit/s不对GSM网络作较大的改动时：14.4×8=115.2kbit/s9–接入快，与IP、X.25网互通–多业务种类–与GSM相同的安全措施–基于数据流量、服务等级的QoS计费功能–可浏览普通网页–“永远在线”----逻辑连接–终端需要有GPRS功能，但不需换SIM卡A类：可同时使用B类：同时接入，但不能同时使用C类：需切换，或支持GPRS10局限性–可靠性较差–小区总容量有限–实际传输速率与理论值间存在较大差值需一个载频的8个时隙同时提供给同一用户，且不能采用任何形式的纠错措施，并需对现有的GSM网络作较大的改动–终端得不到保证–调制方式有待改进–传输时延大11GPRS的发展(EGPRS)–GPRS的发展的第二个阶段是EGPRS（增强型GPRS），采用EDGE技术–EDGE（改进数据率GSM服务）数据传输速率384kbit/s–EGPRS支持GMSK、8PSK两种调制技术，支持每时隙最高速率可达473kbit/s128.1.3GPRS的编号与GSM相同的编号：MSISDN、IMSI、IMEI、TMSI、LAI、CGI、…新编号–路由寻址区标识RAI–分组临时移动用户标识符P-TMSI–PDP地址–网络层服务接入点标识NSAPI–临时逻辑链路标识TLLI–隧道标识符TID–GSN地址和GSN号码13路由寻址区标识RAI–路由寻址区RA：一些小区的集合，比LA小LARAcell–用于选路、接续–结构：RAI=LAI+RAC分组临时移动用户标识符P-TMSI–类似于TMSI–区分：TMSI：00、01、10P-TMSI：1114PDP地址–用户网络层地址，用于在网络层识别用户–可以有一个或多个–PDP地址的分配临时或永久分配可以是IPV4、IPV6或X.121地址传输时用PDP分组数据协议PDP地址的激活、失效对应PDP报文激活、修改和清除15网络层服务接入点标识NSAPI–用于在一个路由区内标识MS和SGSN间的逻辑链路----端点–形式：标识PDP报文（和MS相关）临时逻辑链路标识TLLI–用于标识MS和SGSN间的逻辑链路----链路–形式：定义一个RA内，MS和SGSN间的对应关系即：只对MS和SGSN有效16隧道标识符TID–隧道技术：将不同的地点的两个同类型网络相连，节点对信息内容不作任何处理–用于在SGSN与GGSN间标识PDP报文–结构：IMSI和NSAPI的组合----唯一标识–匿名接入时为AA-TID由TLLI和NSAPI组成，结构与TID相同17GSN地址–每个GSN(包括SGSN、GGSN)一个–IP地址，用于骨干网间通信–IPV4或IPV6型–内部地址：GGSN分配形成专用内网，公众互联网不能接入GSN号码–与GSM设备通信的需要–No.7信令系统中的号码188.2GPRS的结构基于GSM的GPRS网络结构19组成（在GSM网络结构上的改造）–新增节点业务支持节点SGSN：鉴权、移动性管理、防火墙、位置登记、传输、计费网关支持节点GGSN：转发、协议转换、防火墙、地址分配、计费分组控制单元PCU：信道管理、（对分组数据）接入控制------设在BSC中8.2.1基于GSM的GPRS网络结构20–改造BTS：对目前使用的CS-1、CS-2只需软件升级支持新的逻辑信道和编码方式BSC：需增加PCU模块（分组数据处理）HLR：软件升级，支持GPRS用户数据和路由信息及与SGSN的Gr接口OMC：增加对新网络单元管理功能计费系统：软件升级，采用按数据流量等计费的方式终端：采用支持GPRS的终端类型MSC/VLR：需实现MSC与SGSN的Gs接口时（可选）对MSC做软件升级218.2.2GPRS骨干网络基于IP网络，提供GPRS内部和GPRS间的通信内网：专用IP网，确保网络安全和GPRS的性能组成–边界网关BG：确保不同运营商间GPRS网络的通信能力–域名系统DNS：提供逻辑域名和IP地址间的映射在GPRS中用于提供：逻辑接入点GGSN的IP地址–计费网关：收集来自SGSN和GGSN的计费信息，并将计费信息送往运营商的计费系统22238.3GPRS接口8.3.1GPRS中的接口–GPRS中采用G接口–分为：信令接口、信令和数据接口24接口：–Gb：SGSN与BSS(PCU)间–Gn：GSN间（同一PLMN）–Gp：不同PLMN的GSN间–Gr：SGSN与HLR间–Gd：SGSN与SMS间–Gs：SGSN与MSC/VLR间–Gf：SGSN与EIR间–Gc：GGSN与HLR间–Gi：GGSN与外部分组网间–Ga：GGSN与CGF间252.GPRS的空中接口GPRS的空中接口主要特征–动态分配物理资源–上下行不对称业务–多用户共用一个信道一个用户享有多个信道–多种编码方案GPRS需完成的传统信令功能–功率控制及测量–时间提前量确定–小区选择/重选–信道编码–…26GPRS空中接口与GSM相关部分空中接口的组成–物理层–媒体接入控制层MAC–无线链路控制层RLC27物理层–结构和功能物理射频子层–载波频率特性、GSM无线信道结构、调制/解调、收发信机特性性能与要求物理链路子层–处理功能：FEC、成帧、无线块数据格式、阻塞控制ARQ–控制功能：同步、信号质量判别、小区选择/重选、功率控制、监测评估链路质量–另外：电池功率保持功能（DRX、功控）28MAC/RLC层–MAC用于定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道----共享–MAC功能：数据和信令的复用、MS发起的接入(冲突、碰撞时)、MS终止信道接入、优先级处理–RLC功能：LLC与MAC的接口、LLC-PDU的分割重组、后向纠错BEC29LLC–数据链路层的高层–功能：在SNDCP的数据单元上形成LLC地址、帧字段------形成LLC帧30分组数据逻辑信道PDCH完成类似GSM中的逻辑信道功能–部分功能可使用GSM信道，如鉴权、同步…–分组及相关功能使用GPRS分组信道信道结构31分组业务信道PTCH–包括全速率PDTCH-F和半速率PDTCH-H分组业务信道–用于传输分组数据，当提供点到多点业务时可分配给小区内一个MS或一组MS–系统支持一个用户使用多个PDTCH分组控制信道PCCH–包括PBCCH、PCCCH、PDCCH分组广播控制信道PBCCH–用于下行链路广播分组数据传输–是可选的，用BCCH来指示存在与否，如果不存在，用BCCH为分组数据传输发送广播信息32公共控制信道PCCCH–没有分配PCCCH，分组交换信息通过CCCH传输；分配的PCCCH也可为电路交换业务传递信息–分组寻呼信道PPCH：仅用于下行链路被叫用户寻呼，可指示分组数据业务，也用于电路交换业务–分组随机接入信道PRACH：仅用于上行链路，用来请求分配一条或多条PDTCH，与RACH信道以相同方式工作–分组允许接入信道PAGCH：仅用于下行链路，用于在用户分组数据传输前给MS分配PDTCH。如已有分组在传输，需改变下行链路的资源分配，也可以通过PAGCH完成–分组通知信道PNCH：仅用于下行链路，在GPRS阶段Ⅱ，用于在点到多点分组业务呼叫PTM-M初始化前通知相关的一组MS33专用控制信道PDCCH–分组随路控制信道PACCH为单向信道，PACCH/U用于上行链路，PACCH/D用于下行链路。PACCH用于在MS和基站间交换专用信令信息。包括功率控制和定时提前信息、资源分配和再分配消息等。即使一个MS分配了多个PDCCH，仅需一个PACCH–上行链路分组定时提前控制信道PTCCH/U：用于发送随机接入突发序列，使MS可估计定时提前量–下行链路分组定时提前控制信道PTCCH/D：用于向多个MS发送定时提前量更新。一个PTCCH/D与多个PTCCH/U成对使用34GPRS物理信道突发脉冲序列–与GSM相同的类型和格式（包括保护间隔）NB、FB、SB、AB、DB无线块结构复帧结构35无线块结构GPRS中考虑分组业务的突发性–单终端多信道能力–多用户共享信道逻辑信道映射到物理信道才能实现信息传输–物理信道的共享通过无线块实现–无线块是GPRS在空中接口传输用户数据和信令的物理信道基本单位–一个无线块由4个突发构成36–MAC头上行链路状态标识USF(↓)：指出下个上行链路无线块的所有者、内容及类型临时块标识TFI：临时标识无线块所有者–信息单元：用户数据或信令RLC数据块–RLC头：表示收端MS–RLC数据：几个逻辑链路控制层的数据单元(LLC、PDU)RLC/MAC信令信息–块校验序列BCS用于差错检测（对MAC头和内容）在物理层与高层间切换时37复帧结构：12个无线块和4个空闲帧构成消息类型利用无线块头判断–除PRACH外均用NB传输–区别不同的逻辑信道38信道编码4种编码方案–类型：CS-1、CS-2、CS-3、CS-4–差别：附加冗余码元数目不同不同的净数据传输能力不同的检、纠错能力CS-1：9.05kbit/sCS-2：13.4kbit/sCS-3：15.6kbit/sCS-4：21.4kbit/s39CS-1–适用信道：PACCH、PBCCH、PPCH、PAGCH、PNCH…CS-2–在CS-1基础上通过比特打孔移去一部分比特–降低检纠错能力，提高传输速率以降低可靠性为代价CS-3–在CS-1基础上比CS-2打孔去掉更多比特CS-4–没有前向纠错，仅对MAC头编码（其余部分保持不变）40过程31:2卷积(6+312+16+4)×2→676bit打孔588-220=456bit净数据速率：312/20ms=15.6kbit/s41456bit的无线块交织8×57bit的4个突发不同的信道可采用不同的信道编码方案（根据信息可靠性要求）–无线块中的开销比特可指示编码类型简化解码–PDTCH：CS1、CS-2、CS-3、CS-4PRACH、PBCCH、PAGCH、PPCH、PTCH：CS-142用户数据在空中接口的传输临时资源的分配过程–两个阶段阶段1：分组信道请求----PRACH/RACH分组直接分配----PAGCH/AGCH少量资源分配，给用户一个或多个PDCH