无线数据网络技术

无线数据网络技术6.2.1蜂窝概念•蜂窝通信是一种使用频率复用的智能方法，以使有限的带宽可以容纳巨大数量的用户。–其基本原理是把覆盖区域分为大量相连的小区域，每个小区域都使用自己的、低功率的无线基站。由于同样的频谱在分散的区域内可以被多次复用，这样，每次建立一个新的基站（一个小区域）时，容量就会增加。•小区域被称为小区或单元（cell），一组小区组成区群（cluster）。•一个区群中小区的数量称为区群大小或频率复用因子。–需要对这些小区域以智能的方式分配信道，以避免两种干扰：•同频道干扰（cochannelinterference）•邻道干扰（adjacentchannelinterference）6.2.2蜂窝拓扑结构•蜂窝拓扑结构图–使用蜂窝拓扑可以有效实现频率复用。ABCDEGFABCDEGFABCDEGF工作频段的分配我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段。905～915（移动台发、基站收）950～960（基站发、移动台收）随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：1710～1785（移动台发、基站收）1805～1880（基站发、移动台收）6.2.1蜂窝概念我国陆地蜂窝移动体系系统频段分配图频道配置采用等间隔频道配置方法，频道序号为76～124，共49个频点（见图3-2）。频道序号和频点标称中心频率的关系为：Fi(n)=890.200MHz＋（n-1）0.200MHz移动台发，基站收Fh(n)=Fi(n)＋45MHz基站发，移动台收n=76～124频道频道间隔：相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200kHz／8=25kHz将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。双工收发间隔：45MHz干扰保护比：载波干扰保护比（C／I）就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，此比值与MS的瞬时位置有关。这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。GSM规范中规定：同频道干扰保护比：C/I9dB邻频道干扰保护比：C/I-9dB载波偏离400kHz时的干扰保护比：C/I-41dB频率复用方式频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。频率复用方式就是指将可用频道分成若干组，若所有可用的频道N（如49）分成F组（如9组），则每组的频道数为N／F（49/95.4即有些组的频道数为5个，有些为6个）。900MHz3／9方式频道分配图频率组A1B1C1A2B2C2A3B3C3信道1234567891011121314151617181920212223242526273基站/9小区模式中信道分配示意A1A2A3B1B2B3C1C2C313小区频率复用方式6，194，1710，2312，358，2114，279，227，2011，245，1813，2616，2915，28采用全向天线，每个小区两个频道，同一个小区内相邻两个频道的间隔为390KHz。2511182612192281521714271320239162410177基站/21小区频率复用模式天线采用120或60的定向天线，形成三叶草小区，即把基站分成3个扇形小区，每个小区一个频道。时分多址技术（TDMA）多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。在传统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA）方式，每个广播信道都有一个频点，如果你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。每一频点（频道或叫载频TRX）上可分成8个时隙，每一时隙为一个信道，因此，一个TRX最多可有8个移动客户同时使用，如下图所示。频分多址和时分多址方式图中所示（a为FDMA，b为TDMA）是一个方向的情况，在相反方向上必定有一组对应的频率（FDMA）／时隙（TDMA）。6.2.2蜂窝拓扑结构•典型蜂窝网络GSM的组成SIMME用户移动台（MS）BTSBSC基站子系统（BSS）MSCPDNVLRHLRAUCEIR网络和交换子系统（NSS）其它MSCPSTN本地交换机中继线Um无线接口Abis接口A接口交换网路子系统交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。交换网路子系统VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。交换网路子系统AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。无线基站子系统BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。移动台移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。操作维护子系统GSM系统还有个操作维护子系统（OMC），它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。•越区切换（handoff）过程–当某移动终端离开一个小区时，就会询问所有邻近的基站收到该电话的信号的强弱。该基站随后将控制权转交给获得最强信号的小区。该电话随即被告之它有新的管理者，并且如果正在进行通话，它会被要求切换到新的信道。6.2.2蜂窝拓扑结构6.3.3GPRS•GPRS架构在现有的GSM系统上，是GSM网络提供的无线点对点分组交换服务。•GSRS使用的物理无线信道与GSM完全相同，但是定义了新的逻辑GPRS无线信道。•GPRS可提供以下两类服务：点-点（PTP）服务和点-多点（PTM）服务。•GPRS的标准化工作分3个阶段。目前的标准是1999年底完成的GPRSPhase2。6.3.3GPRS•系统结构ADGbGn/GpUmGPRS/GSM访问网GSM核心网GPRS网络IP主干网数据网络（IP）语音网络（ISDN）PDNGi6.3.3GPRS•GPRS支持节点GSN（GPRSSupport）–GPRS服务支持节点SGSN（ServingGSN），SGSN的主要作用就是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和SGSN之间完成移动分组数据的发送和接收–GPRS网关支持节点GGSN（GatewayGSN），GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN和LAN等。另外，GGSN也又被称作GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。•GPRS寄存器•8个接口：Um、Gb、Gs、Gr、Gc、Gn、Gp、Gi6.3.3GPRS•工作过程–附着MS在获得GPRS服务之前，需要完成网络登记，并获得一个临时逻辑链路标示，创建PDP环境，分配IP地址等。-数据传输和位置管理6.3.3GPRS–越区切换IP主干网旧SGSNBSCBTSMSBSCBTSMS新SGSN访问GGSNPDNIP主干网本地GGSN本地SGSNBSCBTSBGBGHLR③①②6.3.3GPRS•GPRS特点–资源利用率高–传输速率高–接入时间短–支持IP协议和X.25协议–会发生包丢失现象–实际速率比理论值低–终端不支持无线终止功能–调制方式不是最优