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移动通信课程设计报告.doc

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移动通信课程设计报告(第三代移动通信系统的网络组件和协议分析)学院:通信与信息工程学院专业:通信技术 0902指导老师:李新民组员:张静静 0907040205崔扬 0907040206李琼 0907040207刘丹 0907040208张平 0907040209第三代移动通信系统的网络组件和协议分析◆第三代移动通信系统的概述第三代移动通信系统的出现是与人们对更高比特速率的数据业务和更好的频谱利用率的迫切需求分不开的。国际电信联盟(ITU)1996 年开始对全球个人通信进行研究并为未来第三代移动通信系统确定了长期的频率需求。第三代移动通信系统将提供能全球接入和全球漫游的广泛业务。IMT2000 是全球的卫星和陆地通信系统,它能提供包括像语音、数据和多媒体的各种业务,而在不同的射频环境下质量和固定电信网一样好甚至更好的目标是提供一个全球的覆盖使得移动终端能在多个网络间无缝漫游。第三代移动通信系统将适应各种无线环境,从城区到郊区,从丘陵地区到山区,微蜂窝,微微蜂窝和室内环境向任何人,在任何时间,任何地方提供业务。这就要求它能够全球漫游,各种通信网络能够互连互通,是第三代移动通信系统的网络结构要解决的主要问题。◆第三代移动通信系统的网络组件及其组件功能3GPP 所采用的网络结构是 UMTS,如图 1 所示。它主要由三部分组成,接入网,Iu 接口和核心网。UMTS 网络的目标是提供一个单一综合的系统,用户在各种环境下以标准的方式接入此系统,并可方便地使用业务。允许各种服务网络和原籍环境提供不同的业务。可提供各种通信业务,包括固定网提供的业务和移动网特定的速率可达 2Mb/s 的业务。可通过手持,便携式,车载,可移动及固定终端在各种环境下提供业务。对漫游用户,提供和它原籍环境一样的业务。可灵活地引入新的业务。UMTS 除了提供话音、数据业务外,还必须提供移动多媒体业务,UMTS 系统所提供的移动多媒体业务如图 2 所示。无线接入网(RAN)在 UMTS 结构中包括一通用无线接入网, UMTS 无线接入网( URAN) 。URAN 可以有多种不同的实现方式。根据不同的条件和环境,即可以利用已有的接入网通过进化来实现,也可利用先进的技术实现全新的接入网。下面介绍几种主要的接入网。1 UMTS 陆地无线接入网(UTRAN)的结构和功能UTRAN 是一种全新的接入网,是 UMTS 最重要的一种接入方式,适用范围最广。定义UTRAN 结构的基本原则:信令网和数据传输网在逻辑上分开; UTRAN 和 CN 的功能将和传输功能完全分开;UTRAN 和 CN 使用的寻址方式将和传输功能的寻址方式无关;宏分集(FDD 模式)的处理完全在 UTRAN 内;RRC 连接的移动性完全由 UTRAN 控制;定义UTRAN 接口时,通过接口的功能划分应有尽量少的可选项;应基于此接口控制的实体的逻辑模型。传输网的控制平面是用于传输承载管理的接口协议结构的功能平面。传输网的控制平面实际使用的信令协议和下面传输层技术有关。1)UTRAN 的结构UTRAN 由一组通过 IU 接口连接到核心网的无线网络子系统( RNS)组成。一个 RNS 由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个节点 B 组成。节点 B 通过 IUB 接口连接到RNC。节点 B 可以支持 FDD 模式,TDD 模式或双模式。RNC 包含支持不同节点 B 之间宏分集的合并/拆分功能,对需要和 UE 有信令连接的切换做出决定。支持 FDD 模式的 B 节点可以包含任选的支持节点 B 内宏分集的合并 /拆分功能。在 UTRAN 内,无线网络子系统内的 RNCS 可通过 Iur 进行连接。Iu 和 Iur 接口是逻辑接口。可通过 RNCs 间的物理的直接连接或通过任一适合的传输网络来传送 Iur。RNS 负责它范围内的蜂窝所需资源。对于用户设备和 UTRAN 间的每个连接,有一个RNS 为服务 RNS。若需要,漂移(Drift )RNSs 可提供无线资源来支持服务 RNS。2)UTRAN 的功能系统接入是 UMTS 用户连接到 UMTS 以便使用 UMTS 业务的方法。用户系统接入的发起者即可以是移动端,也可以是网络端。(1) 和整个系统接入控制有关的功能有允许控制、拥塞控制和系统信息广播。允许控制的目的是允许或拒绝新的用户,新的无线接入承载或新的无线链路;拥塞控制的任务是监视,检测和处理系统接近超载的情况或已连接的用户处于超载的情况;系统信息广播的功能为移动台提供 UE 在网络内运行所需的接入层和非接入层的信息。(2)无线信道的加密和解密:此功能是纯粹的计算功能,用来保护无线传输的数据。加密和解密可以使用与会话有关的密钥,密钥是从信令及和会话相关的信息中导出的。(3)和移动性有关的功能包括切换和 SRNS 重新定位。切换的功能管理无线接口的移动性,它基于无线测量并用于保持核心网所要求的 QoS,切换功能既可以由网络控制,也可以由 UE 控制;SRNS 重新定位的功能是另一个 RNS 接管 SRNS 的功能。(4)与无线资源管理和控制有关的功能有无线资源的配置和运行、无线环境的测量、FDD模式的宏分集控制、无线承载连接的建立和释放、无线承载的分配和释放、TDD 模式的动态信道分配(DCA) 、无线协议功能、RF 功率控制与设置、无线信道编 /译码以及信道编码控制、初始(随机)接入检测和处理以及对非接入层信息的 CN 分配功能。2.宽带无线接入网(BRAN- Broadband Radio Access Networks)进化的 GPRS 网络应允许各种无线接入网络相连。在 UMTS 进化中,建议使用模块式的接入方式,这也与 GMM 的建议一致。因此由核心网和接入网组成的基础网允许使用不同的接入技术和网络。EP BRAN HIPERLAN 2 作为 GSM BSS 和 UTRAN 的补充,用于在热点环境提供宽带数据业务。ETSI 的 BRAN 是制订宽带无线接入系统的规范,它支持的数据速率大约为25Mbit/s。HIPERLAN 2 最初的目标是在建筑物和校园内提供可控制业务质量的短程无线宽带接入,它使用未许可的 5GHz 无线频谱。HIPERLAN 2 在一般的室内环境将提供30~50m 的接入范围,在一般的室外环境提供可达 150~200m 的接入范围。HIPERLAN 2的规范预计在 2000 年完成,因此在 UMTS phase 1 中可能引入 BRAN 接入。二、Iu 接口Iu 接口是一个开放的、标准化的、多厂商支持的接口。通过此接口,任意的接入网可以和任意的核心网相连。1. Iu 接口的结构Iu 接口是分层的结构,每个高层实体控制多个低层实体。每个 CN 接入点可以连接到一个或多个 UTRAN 接入点。一个 UTRAN 接入点只能连接到每个 CN 域的一个 CN 接入点。从 UTRAN 的观点来看,Iu 接口上的各种协议需要有最大公共性,既 UTRAN 将提供给核心网一组通用的无线接入承载业务而不管核心网的类型(3G-MSC 或 3G-SGSN) 。UTRAN和核心网节点间有通用的功能分割而不管核心网的类型。无线网络控制平面的信令不依赖于传输层的选择。Iu 接口可分为接入层和非接入层。接入层(AS)通过 UE 和 CN 的业务接入点(SAPs )向非接入层提供业务。接入层包括一组 UE-RAN 协议和一组 RAN-CN 协议参考。2.Iu 接口的功能Iu 接口支持所有 UMTS 业务,如电话,基于 internet 的业务(www, e-maile 等)和多媒体业务。这就要求 Iu 接口: (1)支持专用电路(特别是对语音业务) 、最好性能的分组业务(如 internet/IP) 、需要高的 QoS 的实时多媒体业务。这些实时业务可以是实时分组数据或电路交换数据;(2)支持无线接入承载的建立,维持和释放过程;(3)执行系统内切换,系统间切换和 SRNS 重定位过程;(4)支持与特定 UE 无关的一组通用过程,如在过程级流量控制或初始化阶段出现故障情况;(5)支持一系列通用的 UTRAN 过程,如寻呼- 通告;(6)对每个 UE 在协议级分离和用户有关的信令管理;(7)在 UE 和 CN 间透明地传送 NAS 信令信息;(8)支持 UMTS 信令和后向兼容 GSM 信令方式;(9)支持 CN 请求 UTRAN 提供位置业务,UTRAN 将位置信息传送到 CN,位置信息包括地理区域识别和一组有不确定参数的全球坐标;(10)一个 UE 可同时接入多个 CN;(11)对分组数据流支持资源预定机制。(12)Iu 接口支持在一 PLMN 内 RNCs 和核心网接入点的互连;(13)支持 RNCs 和核心网接入点的互连,不管设备的生产厂商;(14)Iu 接口应在所有 PLMNs 中方便地使用相同的 RNC,MSC 或 SGSN;(15)保持 Iu 接口的协议层间及协议控制平面和用户平面间的独立;(16)Iu 接口允许核心网,无线接入网和传输网内独立的技术进化,O&M 设备的分别的进化;(17)Iu 接口的规范应方便一些 CS 域业务转移到 PS 域。特别是 RANAP 协议对两个域是相同的,Iu 接口用户平面协议应独立于核心网域;(18)对 Iu 接口的控制平面和用户平面,无线网络层和传输层应是独立的,允许一层变化而不影响另一层;(19)无线网络层协议和传输层协议的技术规范应存入不同的文档,允许一文档变化而不影响另一文档。Iu 接口的设计支持 UTRAN 通过 IWF 和 GSM 的 A 及 Gb 接口连接。Iu 接口支持不同厂商的 URAN 和不同厂商的 IWF/CN 进行连接。为了使电路交换域和分组交换域根据自己的特点来进化,Iu 接口允许不同的协议栈和 PSTN/ISDN 域及 IP 域进行转换。Iu 接口支持重新选择服务 RNS(SRNS )过程及改变 Iu 接口和特定 UE(数据流式)的连接点的过程,而 CN 支持相应的交换能力。在没有改变 Iu 接口连接点时,CN 可以请求UTRAN 防止数据的丢失(如无线接口的独立的切换) 。在 Iu 接口的连接点已改变的情况下(如 SRNS 重定位,数据流式) ,CN 并不存储分组数据。因此,对应高可靠性的无线接入承载,原来的 SRNC 必须将 UE 还未证实的下行分组数据发送到新的 SRNC。另外,在CN 和 UTRAN 间不需要流量控制功能来控制 IP 域用户平面的下行数据流。保证在 Iu-PS 接口上所需的负载:当 CN 请求建立无线接入承载或对 UE 的所有无线接入承载重新选择 SRNS 时,CN 指定 CN 所分配给这些 PDP 文本的分组处理功能的 IP 地址。在响应 CN 的请求时,RNC 指定 RNC 所分配给这些无线接入承载的分组处理功能的 IP 地址。UMTS 卫星无线接入网(USRAN)与核心网间 Iu 接口支持和 UMTS 卫星无线接入网(USRAN)的连接;支持低速率的信源编码的话音;支持在切换时容许改变时延的无线接入和链路控制协议。此功能需进一步研究;保证无论何时何地都可获得位置信息,支持全球坐标格式;支持工作于不同的功率和穿透级别的连接建立协议;支持低速率数据业务。宽带无线接入网(BRAN)与核心网间的 Iu 接口支持和 EP BRAN HIPERLAN2 无线接入网的连接;支持根据 HIPERLAN2 能力,用于高数据传输率业务的 UMTS QoS 机制;支持HIPERLAN2 无线接入网内和 HIPERLAN2 无线接入网之间的切换;支持 HIPERLAN2 和UTRAN 间的切换。和其它系统间的切换有待进一步研究。三.核心网(CN)对 UMTS 核心网的传输要求是:(1) 支持电路交换业务(面向连接的,有保证的 QoS) ;(2)支持分组交换业务(可保证 QoS 的面向连接业务和有最好效果 QoS 的无连接业务) ;(3)支持各种用户 QoS 需求和业务描述;(4)支持实时、非实时及自适应流量控制业务;(5)可以使用户获得各种通信业务,包括许多现在未定义的多媒体和高速率业务;(6)便于提供类似固定网所提供的高质量业务(特别是话音质量) ;(7)提供使用网络资源的有效方法;(8)UMTS 业务能力应考虑大多数终端业务和用户应用的非连续和非对称的特性,以便更有效的使用网络资源;(9)当一个应用所需的承载业务需要多个连接时,承载业务的属性可以映射为多个值;(10)所有承载业务的属性可以在呼叫建立时进行协商,且在呼叫(移动台或网络发起)期间重新协商。UMTS 支持四种业务类型:恒定比特速率,可变比特速率,可用比特速率和未指定比特速率。UMTS 系统允许在服务网络中对连接到此服务网络的不同移动台的业务进行有效的统计复用;时延变化属性对实时业务非常重要,如视频会议,一般要求它接近 0。另外还希望 UMTS 将基于统一的传输网。对统一的传输网的主要要求是:支持可变带宽的能力;支持各种 QoS 描述,包括:对时延敏感的业务 /应用,如语音和视频;对时延不敏感的业务/应用,如电子邮件和文件传输。支持同时使用多个具有不同 QoS 描述的业务;具有允许控制功能。核心网也有不同的实现方式,根据不同的条件和环境,即可以利用已有的核心网通过进化来实现,也可建设一全新的先进的核心网。无论以何种方式,何种技术实现核心网,都要满足第三代移动通信系统对核心网的要求。1.基于 ATM 传输技术的核心网核心网可以使用不同的传输技术,如 ATM 传输技术,IP 传输技术,SDH 传输技术及 WDM传输技术。核心网可以利用已有的各种传输网络,也可以建立新的传输网络。要根据不同条件及环境来决定所使用的传输网络。 。2.全 IP 核心网全 IP 网结构的目标是允许运营商利用 IP 技术来传送第三代业务,此结构基于分组技术和 IP 电话来支持实时和非实时业务。IP 网络应提供基于 ERAN 和 UTRAN 的无线移动接入到核心网。2)全 IP 网的参考结构全 IP 网络有两种参考结构。第一种参考结构允许运营者利用基于全 IP 的结构来传输第三代无线/移动业务。此结构基于分组技术和 IP 电话技术,支持实时和非实时业务。第二种参考结构的目标是支持 release 99 CS 终端,也支持第一种参考结构中的基于 IP 的业务。图 5 是第一种参考结构,此结构具有灵活性和可扩展性来支持与外部网络的全球漫游和互操作,如 PLMN,2G 网络,PDN 和其它多媒体 VOIP 网。此结构由下列关键部分组成:无线接入网、GPRS 网、呼叫控制、与外部网络相连的网关和业务结构。全 IP 核心网主要使用一通用技术(IP )来支持所有的业务,包括由 H.323/SIP 或 ISUP 控制的多媒体和话音业务;利用 IP 分组技术同时支持实时与非实时业务。网络结构基于进化的 GPRS,对话音和数据业务,支持个人移动性及移动和固定网间的互操作;提供业务控制与呼叫/连接控制的分离,将用 IP 取代 SS7。支持 R99 CS 域业务和基于 IP 的 release 00 终端,利用 IP 可获得综合业务。和现在的网络相比,保持或改善了业务质量和网络可靠性。所有的 IP 接口及相应的网络接口应支持实时多媒体业务。不管业务类型、基于 ISUP或 IP,可以用 IP 传送所有的信令和数据。图 6 是第二种参考结构,此结构允许从 R’99 UMTS 网络进化为 R’00 全 IP 网,一个目的是支持 release 99 CS 终端,允许 R’99 的两个域独立地进化。
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