【導(dǎo)讀】學(xué)院名稱電氣信息系。專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化10-4班。指導(dǎo)教師姚福強(qiáng)翟緒梅

　　

【正文】 總數(shù)隨之增加。 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信。在整個(gè)歐洲和世界上的其他地區(qū)， GSM系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用。它已經(jīng)在 100多個(gè)國(guó)家被實(shí)施使用。在 GSM系統(tǒng)中，最重要的服務(wù)莫過(guò)于語(yǔ)音電話。語(yǔ)音信息在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中作為數(shù)字流以一種電路交換模式進(jìn)行數(shù)字編碼。 由于數(shù)據(jù)服務(wù)首先通過(guò)電路交換鏈接介紹了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，它們已經(jīng)越來(lái)越受到了大眾的認(rèn)可。隨著運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始部署像 GPRS這樣的分組數(shù)據(jù)服務(wù)，他們可以以更高效帶寬的方式提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而提高無(wú)線資源的利用率。 2 GPRS 的相 關(guān)技術(shù) 雖然 GSM 已經(jīng)提供了數(shù)據(jù)服務(wù)，不過(guò)由于使用電路交換數(shù)據(jù)通道接口，它們?nèi)允艿娇罩性试S最大比特率 /秒 的限制。出于這樣的原因， GSM繼續(xù)其自然發(fā)展演變以滿足更高的比特率要求。為了使每個(gè)用戶更好的分配時(shí)隙從而提高利用率，高速電路交換數(shù)據(jù)成為了一個(gè)解決途徑。但是它仍然不足以應(yīng)對(duì)像 Web瀏覽這樣的突發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用。除此之外， HSCSD依靠電路交換技術(shù)吸引了一部分的用戶，他們希望收取的費(fèi)用以數(shù)據(jù)流量為準(zhǔn)而非實(shí)際持續(xù)連接的時(shí)間。而另一方面，服務(wù)提供商則需要更有效的手段在越來(lái)越多的用戶之間分享越來(lái)越少的無(wú)線 資源。在一個(gè)電路交換模式下，一個(gè)通道只被分配用于記錄一個(gè)用戶的連接時(shí)間。這種對(duì)無(wú)線電資源的一對(duì)一訪問(wèn)在數(shù)據(jù)包交換技術(shù)中并非是必需的。 GPRS以一個(gè)非常重大的發(fā)展而在 GSM標(biāo)準(zhǔn)中凸顯出其地位來(lái)，這就體現(xiàn)在分組交換技術(shù)上，為更多的移動(dòng)用戶提供突發(fā)數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)母弑忍芈?。理論上?lái)說(shuō)， GPRS 用戶可以同時(shí)使用幾個(gè)時(shí)段，并且可以達(dá)到約 170 千比特每秒的比特率。由于發(fā)送或接受數(shù)據(jù)包時(shí)渠道被分配給相應(yīng)用戶，所以基于卷的收費(fèi)是很有可能的。因?yàn)楣?yīng)商可以使用其他用戶活動(dòng)傳輸?shù)牟罹啵酝话l(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用使人們有可能更有效地平衡 用戶與用戶之間的網(wǎng)絡(luò)資源。 基本原則 在一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，整個(gè)地理區(qū)域被分為很多部分，每個(gè)部分由一個(gè)基站提供服務(wù)。由于基站的發(fā)射功率較低，所以在重復(fù)使用同樣的渠道時(shí)，另一個(gè)單元并不會(huì)受到太多的干擾。對(duì)小單元的配置和選擇可以盡量減少對(duì)另一個(gè)單元的干擾，從而可以達(dá)到最大的容量。一個(gè)單元通常被描繪成一個(gè)六邊形，但在現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際形狀則根據(jù)不同的地理環(huán)境和無(wú)線電傳播而稍有不同。我們通常基于用戶的密度來(lái)進(jìn)行信道的分配。如果一個(gè)單元要服務(wù)很多的用戶，通常就會(huì)有更多的頻道分配。這些渠道就重復(fù)使用相鄰的單元或者單元群。 在具有相同廣播頻道但被空間分離的單元中，較低的發(fā)射功率和天線的方向使同頻道干擾保持在一個(gè)可接受的水平內(nèi)。 可移動(dòng)性是無(wú)線通信系統(tǒng)最關(guān)鍵的特征之一。有時(shí)我們需要追蹤用戶的一些應(yīng)用，如在不同單元間轉(zhuǎn)換以及改變無(wú)線電通道。一個(gè)移動(dòng)在不同單元內(nèi)轉(zhuǎn)換通道被稱作切換。運(yùn)用信息和呼叫處理的程序來(lái)支持用戶移動(dòng)性和切換使得移動(dòng)電話能夠被順利完成。分頁(yè)是移動(dòng)系統(tǒng)中另外一個(gè)非常重要的特征。通常我們?cè)诜?wù)范圍內(nèi)使用一個(gè)共享信道查找用戶并且廣播一些信號(hào)消息。 多址接入技術(shù) 多址接入是一種允許用戶共享通信媒介的技術(shù)，這 樣一來(lái)系統(tǒng)整體的能力就可以被增強(qiáng)。一般有三種常用的多址接入方案： FDMA（頻多分址）， TDMA（時(shí)多分址）， CDMA（碼多分址）。在FDMA 中，每個(gè)呼叫都為它自己的通話時(shí)間分配了其相應(yīng)的頻率。整個(gè)頻帶被分成了很多小的個(gè)人渠道提供給用戶訪問(wèn)。在 TDMA中，用戶共享同一頻段的頻率。每個(gè)呼叫被分配一個(gè)不同的傳輸時(shí)隙。在 CDMA中，用戶共享同一頻段的頻率和時(shí)間。每個(gè)呼叫被分配一個(gè)唯一的代碼，它可以傳播到整個(gè)頻譜的頻段。這些擴(kuò)頻電話被同時(shí)發(fā)送出去，并且有一個(gè)獨(dú)特的逆運(yùn)算碼接收機(jī)分離開(kāi)。由三個(gè)多址接入方案合成的方法也可 以被運(yùn)用。 功率控制 功率控制是無(wú)限通信中最重要的設(shè)計(jì)功能之一，包括了 FDMA， TDMA，和 CDMA。它確保了用戶以適當(dāng)?shù)哪芰克絹?lái)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)從而成功傳達(dá)信息，同時(shí)減少對(duì)其他用戶的干擾。 由于同頻道干擾管理的存在，功率控制在 FDMA 和 TDMA 系統(tǒng)中是不可或缺的。造成這種類(lèi)型的干擾的原因是對(duì)有限的可用頻譜的頻率復(fù)用。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓β孰娖降恼{(diào)整，同頻干擾可以相應(yīng)減少。這就產(chǎn)生了一個(gè)更好的頻率復(fù)用因子，從而增加了系統(tǒng)的容量。功率控制是 CDMA系統(tǒng)中最重要的需求。如果沒(méi)有功率控制，所有具有相同功率的手機(jī)都 會(huì)不考慮路徑損耗和衰減效應(yīng)而被傳送到基站。越靠近基站的手機(jī)就會(huì)對(duì)基站產(chǎn)生更大的信息干擾。這種效果就是所謂的近 /遠(yuǎn)影響。因此，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的功率控制算法對(duì)于一個(gè) CDMA 系統(tǒng)的正常運(yùn)作起了至關(guān)重要的作用。在功率控制的情況下，系統(tǒng)的容量相比其他系統(tǒng)是非常低的。 功率控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以延長(zhǎng)使用最低功率傳輸?shù)碾姵貕勖７聪蜴溌饭β士刂圃诮?/遠(yuǎn)效果的影響下比前向鏈路更加嚴(yán)格。在一個(gè)前向鏈路中，為了減少小單元之間的干擾，功率控制仍是必要的。 功率控制可以以集中或者分布的形式工作。中央控制器接收所有渠道的連接信息， 并控制其傳輸功率水平。集中式的方法可以優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)的一部分，因此用電量是非常高效的。這需要在網(wǎng)絡(luò)中廣泛地控制信號(hào)，然而在實(shí)際中則難以應(yīng)用。 3 GPRS 的架構(gòu) GPRS被視為 GSM的傳送功能。它是由 ETSI設(shè)計(jì)的，在不干擾現(xiàn)有服務(wù)的情況下實(shí)施了現(xiàn)有的 GSM的基礎(chǔ)設(shè)施。這樣做的目的是在對(duì)現(xiàn)有的 GSM PLMN 影響最小的情況下加快 GPRS的部署。圖 1說(shuō)明了支持 GPRS的 GSM網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)。 圖 1 GPRS網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 移動(dòng)站 GPRS 和 GSM 系統(tǒng)在用戶之間提供了跨工作和動(dòng)態(tài)共享資源 的服務(wù)。出于這樣的原因，三個(gè)類(lèi)型的終端已經(jīng)被確定： A 類(lèi)的 MS 可以攜帶一種電路交換和一種分組交換連接，在不中斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)發(fā)起或接受語(yǔ)音呼叫。這種類(lèi)型的終端由于其性能復(fù)雜成本高，可能無(wú)法使用 GPRS的最初部署。 B類(lèi)的 MS是能夠在同一時(shí)間連接到 GSM和 GPRS，但一接到語(yǔ)音電話時(shí)， GPRS數(shù)據(jù)交換可以為語(yǔ)音呼叫而暫停。 GPRS數(shù)據(jù)交換可在語(yǔ)音通話結(jié)束后恢復(fù)使用。最后，一個(gè) C類(lèi)的MS允許用戶在一個(gè)特定的時(shí)間以一種特定方式訪問(wèn)。 GPRS 的質(zhì)譜有兩個(gè)組成部分：一是 MT（移動(dòng)終端），它就是通常作為無(wú)線調(diào)制解調(diào)器用于訪問(wèn)無(wú)限接口的手機(jī)；二是 TE（終端設(shè)備），通常是一個(gè)筆記本電腦或一個(gè) PDA（個(gè)人數(shù)字助理）。GPRS的 MS也可作為將 MT和 TE 相結(jié)合的單元。 基站子系統(tǒng) GPRS 對(duì)于現(xiàn)有的 GSM BSS 只有很小的影響，這樣不用進(jìn)行大型的修改的時(shí)候就可以重用現(xiàn)有的組件和鏈接。這是由可行性的，因?yàn)?GPRS就和 GSM 一樣采用同樣的頻段，同樣的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)和突發(fā)結(jié)構(gòu)。 一個(gè)叫 PCU（分組控制單元）的新的功能組件被添加到 GPRS標(biāo)準(zhǔn)中的 BSS里去支持?jǐn)?shù)據(jù)包的處理。 PCU 被邏輯地放置在 BSS 和 GPRS NSS中。與語(yǔ)音電路連 接不同的是，只有當(dāng)數(shù)據(jù)需要通過(guò)空中接口傳輸?shù)臅r(shí)候， GPRS連接必須建立和釋放在 BSS和 MS之間。因此，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)定義了新的程序去適應(yīng)這種連接方式。 網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng) GPRS NSS可以被看做是確保移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間連接的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。 GPRS在 GSM基礎(chǔ)設(shè)施中加入了一個(gè)新的功能元素： GSN（ GPRS 支持節(jié)點(diǎn)），它可以是一個(gè) SGSN 或者是一個(gè) GGSN。這在 GSM網(wǎng)絡(luò)中用于支持分組數(shù)據(jù)服務(wù)是非常必要的。網(wǎng)絡(luò)一般被分為幾個(gè)由獨(dú)立 SGSN控制的服務(wù)地區(qū)。在某一特定時(shí)間內(nèi)，在其服務(wù)范圍內(nèi)只有一個(gè) SGSN 服務(wù)一個(gè) MS。 SGSN 的主要職責(zé)就是追蹤它所服務(wù)的 MS，并且負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制服務(wù)。在另一方面， GGSN 提供連接到外部 PDN的接口。 SGSN 通過(guò)幀與 BSS連接，并且通過(guò) GPRS骨干網(wǎng)與幾個(gè) GGSN 連接。 HLR 數(shù)據(jù)更新用于覆蓋 GPRS 的用戶信息。改變現(xiàn)有的 MSC/VLR 并不是必須的，但 GPRS 標(biāo)準(zhǔn)提出一些 SGSN和 MSC之間的協(xié)調(diào)改進(jìn)建議和兩個(gè)接口之間的選擇則是可以被支持的。 在 GPRS 中引入了幾個(gè)接口用于定義實(shí)體之間的相互作用。例如，在 BSC 和 SGSN 之間需要Gb接口。 4 總結(jié) GPRS 作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)服 務(wù)代理代表了如 UMTS 這樣下一代無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的重大發(fā)展。在GPRS 架構(gòu)中，基站控制器和基站構(gòu)成了多基站系統(tǒng)。在平衡記分卡中，輸出的語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)流量是被分開(kāi)的。具體來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音被送至 MSC 然而數(shù)據(jù)被發(fā)送到 SGSN。 GGSN 就作為 GPRS 和外部IP互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。