现代通信技术（第3版） 教学ppt课件移动.ppt

第13章 典型的移动通信系统简介,13.1 第二代移动通信系统（2G）GSM系统 CDMA系统（IS-95）13.2 第三代移动通信系统（3G）WCDMA系统 CDMA2000系统 TD-SCDMA系统,本章的主要内容,13.1.1 概述,从第一代（1G）第二代（2G）第三代（3G）第四代（4G）,1G典型系统ETACS、AMPS,1G主要问题：全球运营的1G系统技术标准不统一，甚至使用的频段也各不相同，各种系统之间没有公共的接口，无法实现漫游业务；业务种类单一，仅限于话音业务，数字业务很难开展；频谱利用率较低，不能满足扩容的要求，容量有限与需求日益增长的矛盾突出。网络安全保密性差，用户的话音易被窃听，移动终端易被并机、盗号。,2G 典型系统GSM、IS-95,主要特点是：系统灵活。各种功能模块的出现，增强了系统的编程控制能力、增加新功能的能力；高效的数字调制技术和低功耗系统。利用高效的数字调制技术，提高频谱利用率和分配的灵活性；且采用数字技术，降低了系统功耗，并延长了电池使用时间；系统的有效容量提高。数字系统除了可以使用FDMA技术外，还可以使用TDMA、CDMA技术等，这些多址技术可大大提高信道资源的利用率。因为频率再用距离受所需载干比的限制，模拟蜂窝系统只能做到l/7的小区共用相同的信道，而数字蜂窝系统采用了有效的数字信号处理技术(如话音编码和信道编码等)，因此在话音质量相同的条件下，可以降低所需载噪比，把每个区群的小区数减少到4，即1/4的小区共用相同的信道，从而使数字蜂窝系统的容量大于模拟蜂窝系统；,2G的特点,高效的信源及信道编码技术。用信源及信道编码技术实现了数字语音和数据通信的综合，降低了单用户的带宽要求，使多个用户的语音信号复用到一个载波上，采用信道的差错控制技术、编码技术、扩频技术、均衡技术、交织技术、加密技术等，降低了误码率，通信的可靠性和有效性大大提高，并进一步加强了网络的安全性；灵活的带宽配置。对模拟系统要改变用户的带宽以满足对通信的特殊需要非常困难，而数字系统用计算机管理，很容易实现信道的灵活配置；新的服务项目 包括：鉴权、短消息、WWW浏览、数据服务、语音和数据的保密编码、综合业务等；更强的接入、切换能力和更高的效率。蜂窝越小，产生的接入申请、漫游注册、过区切换动作就越多，所产生的信令活动更加频繁。,13.1.2 GSM系统,1978年确定了公共频段：在900MHz附近开通了两个带宽为25MHz的频段。1982年CEPT成立了欧洲移动通信特别小组，简称GSM（Group Special Mobile），其任务是起草一个工作在900MHz频段，在全欧洲使用的公众移动通信系统。后来，GSM标准改由ETSI负责管理。1990年，900MHz的GSM规范基本制订完毕。同年，更高频率的GSMl800版本的GSM系统被定为标准，到1991年完成了规范的制订工作。正式的GSM商用系统于1992年首先在芬兰投入运营。由于在投入使用之前，GSM的标准化工作并没有在每个方面都非常完善，所以把GSM的标准化工作又分为两个阶段：phase1和phase2。1992年又提出了phase2+的标准，它实际上就是2.5G标准。1992年开始制订满足美国市场的标准，PCSl900(即GSMl900)，1996年GSMl900投入使用。,1.GSM的主要业务与特点,GSM的主要业务(1)电信业务最基本的是话音业务，也包括紧急呼叫、传真、可视图文和电传。(2)数据业务相当于开放系统互联（OSI）参考模型的第一、二和三层。支持数据率为300-9600bps的分组交换，数据的传输既可以采用透明模式（GSM为用户数据提供标准的信道编码），也可以采用非透明模式（GSM采用特定的数据接口提高编码效率）。(3)补充业务是对前两类基本业务的补充和改进，必须与基本业务一起提供给用户。补充业务与基本业务的区别在于用户的参与程度。GSM是全数字的系统，可提供的补充业务包括：登记、询问、删除、请求、呼叫转移、主叫识别等业务。补充业务还包括短消息业务（SMS），SMS业务允许用户在进行话音通信的同时，利用信令信道传送有限长度的字符消息（160个ASCII码字符）。SMS业务还提供小区广播功能，允许GSM基站重复传送多达15组长度为93个ASCII码字符的消息。,GSM中国国际移动资费标准,(1)GSM主要特点,一、GSM系统最显著的特点是它的用户识别模块（SIM智能卡），SIM卡存贮了用户的各种信息，包括：用户识别码、用户的归属网络、个人接入密码和其它的用户特定信息。SIM卡代表了用户使用GSM服务的权限许可，用户可以在任何一部GSM终端上通过4位数字的密码激活SIM卡获得服务，所发生的通信费用与所使用的终端没有关系，只与SIM卡上的用户帐户有关。SIM（Subscriber Identify Module）卡，智能IC卡，SIM卡由五部分组成，CPU 程序存储器（ROM）工作存储器(RAM)数据存储器(EPROM)串行通信单元,SIM卡功能,SIM卡的主要4种功能：第一 使用者的身份号(PIN)PIN码是一个4位到8位的个人输入密码，用户只有输入此码，手机才能对SIM卡进行数据存取。假如用户连续3次错误输入PIN码，那SIM卡将会被阻塞。第二 使用者的身份号码可移动(IMSI)或者临时移动(TMSI)移动用户身份码可唯-确认移动用户，它只在用户第-次接人进网时通过无线信道传送一次。另外，情况异常时也传送IMSI。用户经常使用的是临时移动用户身份码TMSI。TMSI是不断变化的，并且经过加密后由基站传给用户。第三 加密方式 由于密钥不在无线信道上传输，而是存于SIM卡和AUC中。加密的密钥产生过程是：通过网络发送-随机数，移动台与网络同时将该随机数用移动台的鉴权密钥进行计算，得到的为数据加密的密钥，同时储存起来。第四 鉴权过程数据。鉴权是在网络与SIM卡之间进行的。这个过程是在移动用户登记人网和呼叫时进行的。在用户身份识别后，网络产生一随机的鉴权参数(128bit)，移动台将SIM卡中的密钥作为鉴权算法，对收到参数进行计算，得出鉴权响应参数传回网络，在那里与鉴权中心(AUC)计算出的参数相比较，只有两者相同才是合法用户。由于密钥不能从卡中读出。SIM卡接口传出的是鉴权响应参数，保证了合法用户的权益。,GSM主要特点（二）,GSM第二个显著的特点是其个人信息安全性。模拟调频制的移动电话很容易被监听，但在GSM系统中这是不可能的。用户的密码在传送前通过密钥进行了有效加密，这个密钥由GSM网络运营商掌握，对每个用户来说，其加密的密码序列随时间变化。每个运营商和设备供应商必须在签署了谅解备忘录后才能运营GSM网络或生产GSM设备。该谅解备忘录允许各国的运营商之间共用加密算法和其它特定信息。,2.GSM的系统结构,三部分构成：基站子系统（BSS）网络与交换子系统（NSS）运行支持子系统（OSS）。移动终端（MS）可看成是BSS的一部分。,(1)基站子系统BSS,即无线子系统，是移动终端（MS）与移动交换中心(MSC)之间的桥梁，也是MS与其它所有GSM子系统之间的接口。BSS中含有多个基站控制器BSC组成，BSC通过MSC将MS连到NSS上。MS通过空中无线接口与BSS通信。BSS中的每个BSC都连接到MSC上，通常一个BSC控制数百个基站收发信机（BTS）。BTS可能与BSC安装在同一位置，也可能与BSC有一定的距离，BSC通过微波或地面光缆等线路与BTS相连。,(2)网络与交换子系统（NSS）,处理外部网络与GSM内部网络用户之间的呼叫，同时完成管理和向其它网络提供访问用户信息数据库的功能。核心部分：MSC管理三种数据库：归属位置寄存器（HLR）记录了用户的信息和其所属运营商的信息（归属位置），对每个特定的GSM运营地区的每个用户，GSM均提供一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），该号码可以区分每个用户所属的运营商 访问位置寄存器（VLR）数据库用于暂时存贮用户的IMSI和用户漫游到其它BSC通信覆盖区的位置信息。漫游用户的每一次呼叫都要通过VLR完成归属BSC和漫游BSC间的连接，传输必要的用户信息，实现漫游用户的正常通信。鉴权中心（AUC）AUC是被严格保护的数据库，用于存贮在HLR和VLR中的每个用户的密钥和鉴权信息。AUC中包含一个设备识别寄存器（EIR）,存贮用户的IMEI，运营商可以通过它判断移动设备是合法的还是因失窃而不准使用的。,(3)运行支持子系统（OSS）,OSS包含一个或多个操作维护中心(OMC)，OMC用于监控和维护GSM系统中各MS、BTS、BSC和MSC的状况。OSS有三个主要功能：完成运营商全部电信网络的硬件设施和系统的运行；记录和管理所有发生的各种费用；管理网络中的所有移动设备。,(4)GSM系统中的接口,大致共有10种接口,3.GSM的无线子系统,(1)频率分配,GSM900系统：890-915MHz用于移动终端到基站的上行链路，935-960MHz用于基站到移动终端的下行链路。GSM1800系统的频段：上行频段1710-1785MHz，下行频段为1805-1880MHz，各75MHz的带宽。GSM系统采用频分双工（FDD），多址方式以TDMA为主并结合了跳频技术实现多用户接入。上行链路和下行链路中每个信道的载波间隔为200kHz，为了便于使用和管理，每个信道均有明确的物理号码，称为绝对射频信道号码（ARFCN），每个ARFCN号标识一对上下行信道，间隔为45MHz，每8个GSM用户通过时分复用共用一对信道，每个用户占用8个时隙中的1个，称之为物理信道。,其中在25MHz上下行频带的低端和高端各留出100kHz作为保护频带，所以实际共有124个带宽为200kHz的信道。,RFCN号码对应上下行信道的载波频率值fu(n)和fd(n)，可由下式确定：,GSM无线接口主要参数见表13-1,GSM系统中，基站的发射功率为最大每载波640W，每时隙平均为640/8=80W。移动终端的发射功率分为0.8W、2W、5W、8W和20W五种规格。小区半径最大为35km，最小为500m。功率值TABLE,中国移动GSM900：上行885909MHz；下行930954MHzGSM1800:上行17101725MHz;下行18051820MHz中国联通GSM900：上行909915MHz；下行954960MHzGSM1800:上行17451755MHz;下行18401850MHz,885915MHz,930915MHz,中国的频段,13.1.4 GSM系统的信道类型,复帧，结构有两种：业务复帧:由26帧组成的复帧，如图13-3所示，这种复帧长120ms，主要用于业务信息的传输.控制复帧:是由51帧组成的复帧，这种复帧长235.385ms，专用于传输控制信息。,13.1.4 GSM系统的信道类型,由51个业务复帧或26个控制复帧均可组成一个超帧，超帧长为51264.6151036.12s，如图13-4所示。,GSM系统上行传输所用的帧号和下行传输所用的帧号相同，但上行帧相对于下行帧在时间上延迟3个时隙，以允许移动终端在这三个时隙的时间内进行帧调整以及对收发信机的频率调谐和转换。,GSM时隙的格式,GSM 每帧含8个时隙或突发,主要类型：常规突发、频率校正突发、同步突发、接入突发、虚设突发,(3)GSM系统的各种信道,5.GSM系统的信号处理,图13-6为GSM系统中的话音信号从发射到接收的全部处理过程,(1)语音编码,采用的语音编码技术为RPE-LTP 20ms音节周期的模拟信号变成260比特的数字信号，所以净语音编码速率为13kbps 编码器中设置了一个话音激活检测器（VAD），可以使发射机在用户停止讲话时停止发射信号，在讲话时再发射信号，即不连续发射（DTX）。DTX有两个优点：一是可以降低用户移动电话的功耗；二是减小了系统中的干扰噪声。,语音编码输出的数字化语音信号要进行差错控制编码。,具体的编码方法是：在每20ms输出的原始260比特的数据中，前50比特（被称为Ia比特）加上3比特的校验（CRC校验）位，用于接收端检错。紧接着的132比特（称为Ib比特）与前面的53比特（50比特信息位+3比特校验位）合在一起，再加上后面4比特“0”，组成189比特的数字码组。将该码组用1/2卷积码编码，卷积码的约束长度为5，编码后的码组长度加倍为378比特。原始比特最后的78比特不做任何处理，直接加到编码后的378比特码组后面。则原始比特数由260变成456比特，时间长度为20ms，可计算此时的码速率为22.8kbps。,(2)TCH/FS、SACCH、FACCH的信道编码,(3)GSM信道编码,GSM全速率数字信道的编码方法是参考修改的CCITT V.110调制解调标准制定的，每5ms处理60比特。具体做法是：将20ms的240比特加上4比特的尾码，为244比特，采用缩短的1/2卷积码（约束长度为5）编码，长度为488，实际为456比特（有32比特没有被传输），再将其分成4组各114比特码组进行交织。,GSM系统中的交织深度为8，将40ms经过编码后，长度为4562=912比特的数字序列分为8组，每组114比特，组成8114矩阵，按水平写入垂直读出的方式实现交织。要在接收端接收完整的一帧20ms的语音，必须经过两帧的时间间隔，其延时为40ms。,(4)交织,加密过程是通过特定算法修改上述8个交织码组的内容，加密算法只有被特定授权的基站和移动终端才能获得。在GSM系统中有两种加密算法：A3和A5，分别用于阻止非法的网络接入和移动终端的发射。,(5)加密,(6)突发调整,突发调整是将某些特殊的二进制数据填加到已加密的码组中，用于接收端的同步均衡等环节。,GSM系统中使用的调制方式为BT=0.3的GMSK二进制数“1”和“0”在GMSK中分别表示为相对于载波中心频率偏移67.708KHz的信号，信道的码速为270.833333kbps，恰好等于频偏的4倍。,(7)调制,为了抑制多径问题，GSM系统中采用慢跳频技术减小多径效应和同频干扰。每帧跳频一次，所以每秒跳频次数为217.6。跳频的过程由基站控制完成。,(8)跳频,(9)功率控制,GSM900系统规范中规定移动终端峰值发射功率一共有五级：20W、8W、5W、2W、0.8W。GSM900手持终端第4级（CLASS4），最大发射功率2W（33dBm）。为了减小同信道干扰和节省功率（延长电池的使用时间），要求在保证一定信号质量的前提下，移动终端和基站的发射功率尽量小。功率控制可实现功率电平以2dB为步长变化，调整范围为从峰值功率至13dBm（20mW）。GSM系统可分别实现对上行链路和下行链路的功率控制，上行链路移动终端的功率控制范围为2030dB，而下行链路的功率控制范围由设备制造商决定。功率控制由BSS管理和控制，具体实现过程是：对上行链路的功率控制是通过基站BTS测量上行链路的信号电平和信号质量，并考虑移动终端的最大发射功率计算出所需的发射功率，将改变发射功率命令在SACCH信道中传输下去。下行链路的功率控制是由移动终端测量下行链路的信号电平和信号质量（通过计算误码率实现），并将该信息传输给BSC，由BSC决定是否改变发射功率。,(10)均衡,接收机通过时隙中的训练序列获得信道特性，并调整滤波器参数，对接收信号进行时域均衡。,6 GSM的呼叫接续及过区切换,移动用户（MS）开机注册待机监听附近基站BS的BCH信道实现同步，接收FCCH、SCH和BCCH信道的信号，锁定在基站及某一BCH信道上。MS拨被叫号码按发射（SEND）键MS在随机接入信道(RACH)上向BS发出信道申请信息BS接收成功给MS分配一个专用控制信道接入允许信道(AGCH)向MS发立即分配指令。MS在发起呼叫的同时，启动定时器，在规定的时间内可重复申请，如果按预定的次数重复申请后，仍收不到BS的应答，则放弃这次申请当MS收到立即分配信令后，利用分配的专用控制信道(DCCH)与BS建立信令链路，经BS向MSC发送业务请求信息 MSC向VLR发送开始接入请求信令 VLR收到信令经MSC和BS向MS发出鉴权请求，其中包含一随机数(RAND)MS按鉴权算法A3进行处理MSC发回鉴权响应信息若鉴权通过，承认此MS的合法性VLR就给MSC发送加密模式信息由MSC经BS向MS发送加密模式指令MS收到并完成加密向MSC发送加密模式完成响应信息VLR向MSC作出开始接入请求应答VLR给MS分配一个新IMSI。MS向MSC发出建立呼叫请求MSC向VLR发出指令，要求它传送建立呼叫所需的信息如果成功，MSC即向MS发送“呼叫开始”指令，并向BS发出分配无线业务信道的分配信令。如果BS有空闲的业务信道(TCH)即向MS发出信道分配指令当MS得到业务信道时向BS和MSC发送信道分配完成的信息。MSC在无线链路和地面有线链路建立把呼叫接续到其它网络和被呼叫用户建立连接给MS发送回铃音被呼叫的用户摘机 MSC向BS和MS发送连接指令待MS发回连接确认即转入通话状态，从而完成了MS主叫过程。,(1)移动用户主叫,(2)移动用户被叫,其它用户呼叫MS其所在网络把呼叫接续到就近的移动交换中心（MSC），此时MSC在网络中起到网关(GateWay)的作用，记作GMSCGMSC向HLR查询路由信息，HLR在其保存的用户位置数据库中查出被叫MS所在的地区向该区的VLR查询该MS的漫游号码(MSRN)VLR把该MS的MSRN送到HLR转发给查询路由信息的GMSCGMSC即把呼叫接续到被叫MS所在地区的MSC，记作VMSC由VMSC向该VLR查询有关的呼叫参数，获得成功向相关的BSC发出寻呼请求BSC根据MS所在的小区，确定所在的收发台(BTS)在寻呼信道(PCH)上发送寻呼请求信息。MS收到寻呼请求信息在随机接入信道(RACH)向BS发送信道请求由BS分配专用控制信道(DCCH)在公用控制信道(CCCH)上给MS发送“立即分配”信令MS利用分配到的DCCH与BS建立信令链路向VMSC发回“寻呼”响应。VMSC收到MS的寻呼响应向VLR发送“开始接入请求”启动常规的“鉴权”和“加密模式”过程VLR向VMSC发回开始接入应答和完成呼叫请求VMSC向BS及MS发送呼叫建立信令被叫MS收到此信令向BS和VMSC发回“呼叫证实”信息，表明MS已进入可通信状态。VMSC收到MS的呼叫证实信息向BS发出信道分配请求要求BS给MS分配业务信道（TCH）MS向BS及VMSC发回分配完成响应和回铃音VMSC向主叫用户发送连接完成信息被叫MS摘机向VMSC发送连接信息VMSC向主叫用户发送拨号应答信息向MS发送连接确认信息。至此，完成了移动用户被叫过程。,(3)GSM过区切换,GSM主要指导思想是:把过区切换的检测和处理等功能一部分分散到移动终端（MS）(移动终端辅助切换法)，由MS测量本基站及周围基站的信号强度，并把测得结果送给MSC进行分析和处理，由MSC作出过区切换的决策。,MS不断对周围基站的“广播控制信道(BCCH)”进行信号电平的测量MS发现它的接收信号变弱，达不到或已接近于信干比的最低门限值同时发现周围某个基站的信号很强时，就可以发出过区切换请求，启动过区切换过程。切换能否实现还应由MSC根据网中很多测量结果作出决定。如果不能进行切换，BS会向MS发出拒绝切换的信令。,GSM过区切换主要有以下三种情况：,(1)同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，即同一个BSC区、不同BTS之间切换。这种切换是最简单的情况。首先由MS向BSC报告现基站和周围基站的信号强度，由BSC发出切换命令，MS切换到新TCH信道后告知BSC，由BSC通知MSCVLR，某移动终端已完成此次切换。若MS所在的位置区也改变了，那么在呼叫完成后还需要进行位置更新。(2)同一个MSC/VLR业务区，不同BSC间的切换。在同一个MSCVLR区，不同BSC间切换时，由MSC负责切换过程。首先由MS向现BSC报告测试数据，现BSC向MSC发送切换请求，再由MSC向新BSC发送切换指令，新BSC向MSC发送切换证实消息。然后MSC向现BSC、MS发送切换命令，待切换完成后，MSC向原BSC发清除命令，释放原来占用的信道。(3)不同MSC/VLR之间的切换。这种切换最复杂。当MS在通话中发现正在使用小区的信号强度过弱，而其它小区信号增强时，可通过正在服务的BS向MSC发出过区切换请求。由MSC向新MSC转发此切换请求，请求信息中包含该MS的标志和所要切换到的新基站BS的标志，新MSC收到上述信息后，通知新VLR给该MS分配切换号码，并通知新BS分配物理信道，然后向原MSC传送切换号码。如果新MSC发现无空闲信道可用，即通知原MSC结束此次切换过程，这时MS正在使用的通信链路将不被拆除。原MSC收到切换号码后，要在新旧两个MSC之间建立链路。然后新MSC向旧MSC发送链路建立证实信息，并向新BS发出切换指令。而原MSC向MS发送切换指令，MS收到后，将其业务信道切换到新分配的业务信道上。新BS向新MSC发送切换证实信息，新MSC收到后向原MSC发出结束信息，原MSC即可释放原来占用的信道，于是整个切换过程结束。,7.短消息业务SMS,(1)简介 短消息业务SMS是GSM为移动终端提供的一种能够发送和接收短消息的手段，短消息内可以包含文字、数字或者字母。当采用拉丁字符时，每条短消息的长度最大为160个字符，而当采用非拉丁字符，例如阿拉伯文或汉字时，其长度可以达70个字符。短消息业务是通过短消息业务中心(SMSC)以存储转发的方式实现的 短消息的接收和发送只需信令信道，不占用业务信道。因此用户即使在呼叫状态，仍然可以接收和发送短消息。,资料 短消息：中国2009年春节三十初五，总数量：160亿条,该业务曾经很辉煌。,(2)SMS系统结构,(1)SMSC 其主要功能是存储转发短消息，用户数据管理及计费，还可以作为与其它业务网络(如Internet)连接的网关。(2)SMS-GMSC 移动交换中心短消息网关是具有SMS网关功能(从SMSC接收短消息)的MSC，用于向目的用户发送短消息。它向HLR查询短消息的路由信息，据此将短消息传递给接收端的VLR-MSC。(3)SMS-IWMSC 具有网络交互功能的MSC，能接收来自发送端VLR-MSC的短消息，传递给接收端的SMSC。,(3)SMS的收发过程,短消息的接收与发送相互独立，有各自不同的实现过程。,SMS发送过程 移动用户A向用户B发送短消息向MSC发送一个短消息业务请求被分配一个控制信道（或称为信令信道）进行鉴权、IMSI分配等操作短消息和用户B的地址以及SMSC的地址一起被送到MSC短消息和用户B的地址以及SMSC的地址都是移动终端发出的MSC访问VLR读取用户A信息VLR检查用户A是否登记了短消息业务以及是否有其它情况(如漫游)限制发送短消息。如满足条件则继续操作，否则终止操作。MSC根据SMSC地址确定出GMSC/IWMSC的地址，并与之建立信令连接传送短消息GMSC/IWMSC收到短消息及相关信息短消息及用户B的地址递交给相关SMSCSMSC存储相关信息，无论短消息发送成功与否，用户A都会收到一个证实信息,SMS接收过程,用户A给用户B发送一条短消息这条短消息和用户B的标识存在SMSC中SMSC把短消息与用户B的标识递交给GMSC/IWMSC后者根据用户B的标识得到用户B的HLR信令点码GMSC/IWMSC根据用户B的标识以及SMSC的地址向HLR查询短消息的路由信息如果用户B登记了短消息业务并且没有呼叫、漫游等限制，HLR将返回MSC的地址及用户B的IMSI、GMSC/IWMSC，利用MSC的地址与MSCVLR建立信令连接GMSC/IWMSC将短消息、用户B的IMSI以及SMSC的地址递交给MSC/VLR请求将短消息转发给用户BMSC/VLR检查用户B是否已接入网络，如果用户不在网络中，VLR设置一个终端不在服务区标志，指示有短消息在SMSC中等待传递给用户B当MSC/VLR检测到用户B接入到网络服务区时，MSC/VLR清除MNRF标志并通报HLRHLR通知SMSC，再次按照前面所描述的过程进行短消息递交尝试如果用户B可达，VLR根据其IMSI得出用户B当前所在服务区代码(LACOD)MSC通过服务区代码确定其所有的基站控制系统(BSC)及基站系统(BTS)确定用户B的位置将SMS内容由控制信道发送至用户B。,收发完全独立,(3)无线应用协议（WAP）,WAP简介无线应用协议（WAP）是在移动网络上开发的类似互联网应用的一系列规范的组合，使移动终端（MS）方便快速地获取和交换信息。WAP所适用的终端包括从低端到高端的各种手持数字无线设备，诸如：移动电话、无线寻呼机、双向收音机、智能电话和数字通信仪等。WAP可应用于绝大多数的无线网络，如：CDPD、CDMA、GSM、PDC、PHS、TDMA、FLEX、DECT和GPRS等。WAP与互联网协议相近，但考虑到MS的特点，其更适合带宽窄、延时长、屏幕小、存贮器容量有限、运算处理能力低的终端和系统。简单地说，无线+互联网=无线应用协议（Wireless+Internet=WAP）。有了WAP标准协议，用户可以方便地通过MS接入Internet。,WAP的发展,WAP论坛（WAP Forum）成立于1997年，成员包括：电信设备制造商、运营商、业务提供商、软件开发商、内容提供商等。1998年5月，WAP论坛推出了WAP1.0版，1999年推出了1.1版，后来相继又推出了1.2、1.2.1版，2002年1月推出了WAP2.0版。,WAP规范的主要内容,WAP编程模型 主要参考了现有的WWW编程模型，可以使应用开发人员最大限度地利用原有的经验和各种开发工具。另外，WAP编程模型还针对无线通信特点对原有的WWW编程模型进行了许多优化和扩展。无线标记语言（WML）遵守XML标准的WML特别适合于在性能方面严重受限的手持设备。WML和WML Script并不要求用户使用传统的PC机键盘或鼠标进行输入，而且设计时考虑了手机的屏幕尺寸限制。WML将页面文件分割成一系列用户交互操作单元，用户在进行Internet访问时需要在一个或多个WML文件产生的各单元之间切换。使用WAP网关，所有的WML内容都可以通过Internet使用HTTP1.1协议进行访问，因此传统的Web服务器、工具和技术可以继续使用。微浏览器规范 这个规范与标准的Web浏览器规范类似，它定义了一个适合于手持设备的功能强大的用户接口模型，包括手持设备如何解释WML和WMLScript并且显示给用户。用户通过上移键和下移键在各页面之间来回切换。为了保持与标准浏览器一致，微浏览器还提供了各种切换功能，如Back、Home等。微浏览器允许具有较大屏幕和更高特性的设备显示更多的内容。,3.WAP规范的主要内容(C1),轻量级协议栈 这个协议栈将移动终端访问Internet的带宽需求降到最低，以节省无线带宽。保证了各种无线网络都可以使用WAP规范。无线电话应用（WTA）框架 它允许无线终端具备各种电话功能。允许商家开发各种电话应用，并且将其集成到WML/WML Script服务中。如呼叫转移这样的服务，商家可以提供一个用户接口，提醒用户是准备接受呼叫、转移到别处还是将其转发成一个语音邮件。WAP网关 WAP规范使用标准的Web代理技术来将无线网络与Web连接起来。通过将处理功能集中在WAP网关中，减少了手机上的操作负荷。,4.WAP的应用,用户可以通过WAP规范在移动终端上实现：更快更有效地接入Internet；WAP的用户接口非常易于使用，而且能够满足用户在资源受限的无线网络和设备中使用的要求；广泛的设备选择，除了具有不同特性和外形的手机外，用户还能够使用支持WAP的各种掌上电脑（PDA）和寻呼机等应用选择。,13.1.3 向3G过渡GPRS与EDGE,1.GPRS（1）概念,GPRS是通用分组无线业务的简称，是GSM Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有的9.6kbps更高的数据率。GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，所以GPRS也被称为2.5G标准。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，原GSM系统中的绝大部分组件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。,（1）GPRS的基本概念（C1）,构成GPRS系统的方法是：在GSM系统中引入3个主要组件：GPRS服务支持结点(SGSN)、GPRS网关支持结点(GGSN)、分组控制单元(PCU)。对GSM的相关部件进行软件升级。GPRS系统网络结构如图13-9所示。,现有的GSM移动终端(MS)不能直接在GPRS中使用，必须按GPRS标准进行硬件和软件的改造。GPRS定义了三类MS：A类可同时工作于GPRS和GSM；B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。,(2)GPRS的主要特点,GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，提高了对网络资源和无线资源的利用率；定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活，每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为移动用户所共享，且上行链路和向下链路的分配是独立的；支持中、高速率数据传输，可提供最大为171.2kbps的数据传输速率；GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接，实际上GPRS系统不需要拨号，收发数据可以立即进行；GPRS支持基于标准数据通信协议应用，可以和TCP/IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点（PTP）和点到多点（PTM）服务，以实现一些特殊应用，如：远程信息处理。GPRS也能提供短消息业务；GPRS既能支持间歇的突发式数据传输，又能支持大流量的数据传输。,(3)GPRS的业务,GPRS所提供的业务可分为三类：承载业务，支持在用户与网络接入点之间的数据传输，包括点对点业务、点对多点业务两种。用户终端业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业务可以分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。基于PTP的用户终端业务包括：会话、报文传送、检索等；基于PTM的用户终端业务包括：分配、调度、会议、预定发送等。附加业务，包括：主叫线路识别、主叫线路识别限制、连接线路识别、连接线路识别限制、无条件呼叫转移、移动用户遇忙呼叫转移、无应答呼叫转移、无法到达的移动用户呼叫转移、呼叫等待、呼叫保持、多用户业务、封闭式的用户群、资费信息通知、禁止所有呼叫、禁止国际呼出、禁止所有呼入等。,(4)GPRS业务的具体应用,GPRS业务主要有以下应用：信息业务，信息的内容非常广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等。交谈，与Internet上的聊天组功能相同。网页浏览、E-mail及文件传送。文件共享及协同性工作，移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。可使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件。静止图像传输。远程局域网接入。,2.EDGE,增强数据速率的GSM方案(EDGE)是1997年由ETSI提出的GSM的过渡产品。尽管EDGE同样使用了GSM的载波带宽和时隙结构，但它不局限于在GSM蜂窝系统内使用，它被看作一个可高效提供高速率业务的通用空中接口，可以推进现今的蜂窝系统向第三代升级。EDGE支持的室外业务速率可达384kbps，是为了增强两个新的数据业务GPRS和HSCSD而提出的新物理层。以后，它们将演变为增强型GPRS(EGPRS)和增强的电路数据交换(ECSD)。,EDGE的主要技术要点,有8个时隙的200kHz的信道带宽；270.833k符号/秒(3比特/符号)；非恒定包络的8PSK调制；线性高斯发送滤波。,13.1.4 CDMA系统(IS-95),1 CDMA技术的发展CDMA技术的第二代数字移动通信系统称为N-CDMA，或称之为cdmaOne 由美国的高通(Qualcomm)公司提出 1980年11月在美国的圣地亚哥实验1990年9月高通发布了“CDMA公共空中接口”规范的第一个版本 1992年1月6日，TIA开始准备CDMA的标准化。1994年成立了CDMA发展组织(CDG)。1995年正式的N-CDMA标准出台，即IS-95A。1998年制定IS-95B的标准。1998年IS-95在美国、香港、新加坡、韩国投入商用。,1 CDMA技术的发展（C1）,CDMA在中国的发展情况：1993年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。1994年Qualcomm首先在天津建技术试验网。1998年具有14万容量的长城CDMA商用试验网在北京、广州、上海、西安建成。133号段中国联通UNICOM 投入商用cdmaOne技术的不足在于无法向用户提供更高比特率、更灵活且具有不同服务质量等级的业务，也无法为用户同时提供多种业务。为了支持cdmaOne无线系统向cdma2000标准演进，CDG认为有必要实现若干基本系统功能。这些技术要求包括：支持直接序列扩频和多载波调制前向链路；支持1.25、5、10、5N MHz等信道带宽；根据ITU IMT-2000目标，MAC、RLP和分组数据率高达2Mbps。为了cdmaOne向cdma2000的平滑过渡，人们提出了cdma20001x方案等。与IS-95有关的其它标准有：IS-96关于话音业务的选择标准、IS-97关于移动终端最低性能的建议标准、IS-98关于基站最低性能的建议标准和IS-99关于数据业务的选择标准等。,2 CDMA的基本原理与特点,CDMA是指基于直接序列扩频（DS-SS）技术，将DS-SS中的PN码作为地址码进行多址通信的系统，所以，CDMA系统一定是扩频通信系统。,(1)CDMA系统的多址干扰,在CDMA蜂窝系统中，同一小区的用户以及相邻小区的用户都可能共用同一频率，基站接收某一用户的信号时，其它用户的信号相当于背景噪声，并随着同时工作的用户数目不断增多而增大，当增加到一定程度时，会使信号电平与干扰电平之比达不到要求。CDMA蜂窝系统的多址干扰分两种情况：一是基站在接收某一移动终端的信号时，会受到本小区和邻近小区其它移动终端的干扰，是存在于反向信道的干扰；二是移动终端在接收所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站的干扰，是存在于前向信道的干扰。,(2)远近效应与CDMA系统的功率控制,远近效应问题 即大功率移动终端的信号会淹没小功率移动终端的信号。如果对各移动终端的发射功率不加控制，各用户使用的频率和时间可能是重叠的，基站接收到的每个用户的功率不相等，会产生远近效应。远近效应是指：基站接收机会被接收到的较强的信号所占据，较强的信号功率对其它用户来说相当于提高了背景噪声电平，其它到达基站的功率较弱的信号可能会被淹没。,功率控制解决远近效应的主要措施是采用功率控制技术。在通信过程中，所需接收信号的强度只要能保证信号电平与干扰电平的比值达到规定的门限值就可以了，不加限制地增大信号功率不但没有必要，反而会增大同信道和邻道干扰。对CDMA系统来说，多余的功率相当于增加了背景噪声，会降低系统的通信容量。,功率控制是CDMA蜂窝移动通信系统提高通信容量的关键技术。,反向功率控制,反向功率控制也称上行链路功率控制。其主要目的是使任一移动终端无论处于什么位置，其信号在到达基站的接收机时，都应具有相同的电平，而且刚刚达到信干比要求的门限。显然，能做到这一点，既可以有效地防止“远近效应”，又可以最大限度地减小多址干扰，并且节省移动终端的功率。,功率控制的原则是：当信道的传播条件突然改善时，功率控制应作出快速反应(例如在几微秒时间内)，以防止信号突然增强造成对其它用户附加干扰；相反，当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些，即牺牲单个用户信号质量在短时间内的恶化，防止其对许多用户都增大了的背景干扰。,反向功率控制具体方法,开环功率控制法 通过移动终端接收并测量基站发来的信号强度，估计出前向传输损耗后，