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.doc
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1、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:组员: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
2、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
3、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UM
4、TS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RN
5、S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
6、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
7、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
8、 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3050m的接入范围,在
9、一般的室外环境提供可达150200m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-SG
10、SN)。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。2Iu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
11、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
12、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
13、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
14、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
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