第三代移动通信第7章 0609 讲义.docx
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第三代移动通信第7章0609讲义
第7章CDMA2000移动通信系统
本章主要内容。
●CDMA2000系统的主要特点;
●CDMA20001X网络结构,主要网元和接口功能;
●CDMA20001X空中接口协议结构、物理信道及功能;
●CDMA20001X系统状态及状态转移;
●CDMA20001X网络中基本语音和分组业务的呼叫流程;
●CDMA20001XEV-DO的特点及网络结构;
●CDMA20001XEV-DO空中接口的分层结构;
●CDMA20001XEV-DO组网特点;
●CDMA20001XEV-DV的基本要求及新增物理信道。
7.1概述
7.1.1CDMA2000简介
CDMA2000是美国电信工业协会(TIA)标准组织提出的第三代CDMA移动通信系统的技术建议,是IMT2000系统的三大主流技术标准之一,也是IS-95标准向第三代移动通信系统演进的技术体制方案。
实现CDMA2000技术体制的正式标准名称为IS-2000,由TIA制定,并经3GPP2批准成为第三代移动通信系统的空中接口标准。
CDMA2000技术体制向下兼容IS-95系统。
CDMA2000代表一个体系结构,可以表示一系列的子标准或不同版本的CDMA2000标准。
CDMA2000也可以代表空中接口所采用的技术。
7.1.2CDMA20001X特点
CDMA20001X是CDMA2000移动通信系统发展的第一阶段。
其对应的协议版本为CDMA2000Release0、CDMA2000ReleaseA以及CDMA2000ReleaseB。
相比IS-95系统,CDMA20001X系统在空中接口部分引入的新技术如下。
(1)前向链路采用快速功率控制
(2)增加了反向导频信道
(3)前向链路采用发射分集技术
(4)前向链路引入快速寻呼信道
(5)编码采用Turbo码
(6)灵活的帧长
(7)定义了新的接入方式
7.1.3CDMA2000网络的演进
1.无线侧的演进
CDMA20001X系统的下一个发展阶段称为CDMA20001XEV,其中EV是Evolution(演进)的缩写,也是目前国际上研究的重点,意指在CDMA20001X基础上的演进系统。
不仅要和原有系统保持后向兼容,而且要能够提供更大的容量,更佳的性能,满足数据业务和语音业务的需求。
CDMA20001XEV又分为两个阶段:
CDMA20001XEV-DO和CDMA20001XEV-DV。
DO指DataOnly或DataOptimized。
DV是DataandVoice的缩写。
2.网络侧的演进
(1)Phase0和Phasel阶段基于传统电路模式的无线网络,支持电路交换技术和初始分组交换技术。
提供对分组数据会话的切换功能,支持电路域语音业务和分组域数据呼叫同时进行的并发业务,无线接入网侧业务信令采用IP方式传输。
(2)Phase2阶段也称为传统MS域(LMSD,LegacyMSDomain)阶段,核心网络引入软交换思想、基于呼叫控制和承载分离原则,用分组网技术替换时分多路复用(TDM,TimeDivisionMultiplexing)技术,将传统的电路域移动交换机(MSC,MobileSwitchingCenter)分离为移动交换中心仿真(MSCE,MobileSwitchingCenterEmulation)和媒体网关(MediaGateways,MGW)两个功能实体,MSCE提供呼叫控制和移动性管理功能,MGW提供媒体承载和编解码转换功能。
(3)Phase3阶段也称为多媒体域(MultimediaDomain)阶段,包含两个子系统:
分组数据子系统(PDS,PacketDataSubsystem)和IP多媒体子系统(IMS,IPMultimediaSubsystem),PDS为IP多媒体子系统提供可靠的IP承载通道,IMS为CDMA2000网络提供移动多媒体相关业务。
7.2CDMA20001X网络
7.2.1CDMA20001X网络结构
1.CDMA20001X网络结构
(1)CDMA20001X系统网络组成
图7-1CDMA20001X系统的网络结构
1移动台(MS)
移动台(MS,MobileStation),通过空中接口为用户提供服务的设备,按照不同的射频能力,移动台可以分为车载台,手提式及手机3种类型。
2无线网络(RN)
无线网络(RN,RadioNetwork),为移动用户提供服务的无线接入点,实现无线信息传输到有线信息传输的互换,完成无线资源的管理和控制,并与网络交换系统交换信息,包括有基站收发信机(BTS,BaseStationTransceiver)、基站控制器(BSC,BaseStationController)和分组控制功能(PCF,PacketControlFunction)。
3网络交换系统(NSS)
网络交换系统(NSS,NetworkSwitchingSystem),分为电路域和分组域两部分,为移动用户提供基于电路交换和分组交换的业务,所有的业务都在无线网络中分流。
核心网电路域与IS-95一样,包括BTS、BSC、MSC/VLR和HLR/AUC等网元。
网络结构中核心网分组域新增的网元为分组数据服务器(PDSN,PacketDataServingNode)、归属代理(HA,HomeAgent)、鉴权授权与计帐服务器(AAA,AuthenticationAuthorizationandAccounting),新增的接口为A8、A9、A10、A11。
4操作维护系统(OMS)
操作维护系统(OMS,OperationandMaintennceSystem),提供在远端操作、管理和维护CDMA网络的能力,包括有网络管理中心(NMC,NetworkManagementCentre)和操作维护中心(OMC,OperationandMaintaenanceCentre)两部分。
(2)新增模块及功能
①分组控制功能(PCF)
②分组数据服务器(PDSN)
③归属代理(HA)
④鉴权授权与计帐服务器(AAA)
AAA主要负责管理分组交换网的移动用户的权限,开通的业务,提供身份认证、授权以及计费服务。
因为AAA主要采用的协议为RADIUS,AAA有时也被称为RADIUS服务器。
2.CDMA20001X接口简介
IS-2000是CDMA2000技术的接口标准或规范,定义了MS和BSC之间的接口。
IS-2000物理层规范定义了无线传输部分的内容,包括频率参数、扩频参数、系统定时、射频调制、差错控制及物理信道的配置参数等。
IS-2001是第三代移动通信系统采用的互操作性规范,定义了无线网络与网络交换系统的接口,如BSC与MSC的接口、PCF与PDSN及BSC与PCF等等。
MSC/VLR与HLR/AUC之间的接口基于ANSI-41协议。
BTS在小区建立无线覆盖区域用于移动台通信,移动台可以是基于IS-95或CDMA20001X制式的手机。
BSC可对多个BTS进行控制,Abis接口用于连接BTS和BSC,A1接口用于MSC与BSC之间的信令信息,A2接口用于传输MSC与BSC之间的语音信息,A3接口用于传输BSC与业务数据单元(SDU,ServiceDataUnit)之间的用户业务(包括语音和数据)和信令,A7接口用于传输BSC之间的信令,支持BSC之间的软切换。
电路域完成用户基于电路交换技术的传统服务,如语音业务、低速的电路数据业务等,同时提供这些服务所需的呼叫控制、移动性管理和用户管理等功能。
PCF用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的信息,PDSN节点为CDMA20001X接入Internet的接口模块。
A8接口用于传输BSC和PCF之间的用户业务,A9接口用于传输BSC和PCF之间的信令信息,A10和A11接口都是无线接入网和分组核心网之间的开放接口,A10接口用于传输PCF和PDSN之间的用户业务,A11接口用于传输PCF和PDSN之间的信令信息。
PCF和PDSN通过支持移动IP的A10、A11接口互连,可以支持分组数据业务传输。
3.分组业务协议栈
(1)常用协议
①PPP协议
点对点协议(PPP,PointtoPointProtocol)是为在对等网络单元之间传送数据包而设计的TCP/IP协议集中链路层协议,封装来自更上层(如IP层)的数据分组。
PPP的优点是协议简单,具备用户验证能力,可实现灵活计费、满足动态分配IP地址需求及支持上层的多种协议等。
②IPSec协议
③隧道协议
④传输协议(TCP/UDP)
⑤RADIUS协议
(2)CDMA20001X分组业务的协议栈模型
CDMA2000分组数据网大量采用已有的IP技术,通过在原有网络组成结构中引入分组控制功能(PCF)和分组数据服务节点(PDSN)实现数据传输服务。
分组核心网协议接口包括R-P接口(RAN与PDSN的接口),P-P接口(相邻的PDSN间接口)和Pi接口(PDSN与因特网间的接口),所采用协议均为IETF协议。
R-P接口连接RAN与PDSN,完成无线到有线的转换,由IS-2000的互操作接口规范定义,即A10和A11,二者分别用于传输PCF与PDSN之间的业务数据和信令消息。
PPP通常用于低速的点对点连接,在MS和PDSN间实现IP协议。
PDSN为每一个用户终端建立和终止PPP连接,向用户提供分组数据业务。
从PPP和IP的角度来讲,RAN仅提供一个信息传送通道。
7.2.2IP技术在CDMA20001X中的应用
(1)简单IP
基于简单IP的CDMA2000分组数据网的网络结构如图7-5所示。
授权与计帐服务器(AAA),即鉴权、授权与计费服务器,选用RADIUS协议来实现,用于在呼叫建立时,对分组数据用户进行鉴权和授权,判决用户的合法性以及哪类业务对用户是开放的,负责呼叫过程中采集分组数据计费信息。
图7-5简单IP接入网络结构
简单IP的呼叫流程简述如下:
①移动台首先与无线接入网络(RAN)建立空中接口连接。
②RAN向PDSN请求建立链路层连接,PDSN收到请求后,发出响应消息,并与移动台建立链路层连接。
③PDSN向拜访地AAA发送接入请求,启动认证过程。
AAA完成认证后,向PDSN返回接入允许消息。
④PDSN与MS建立PPP连接,移动用户连接至业务提供网络,开始分组数据的传输。
(2)移动IP
实现移动IP接入网络结构如图7-6所示,移动IP业务主要涉及的功能实体有:
移动台(MS)、分组数据节点(PDSN)、归属代理(HA)、鉴权、授权与计帐服务器(AAA)。
就网络结构而言,简单IP仅比移动IP少一个HA。
图7-6移动IP接入网络结构
归属代理(HA)实际上是MS在归属网中的一个路由器,至少有一个接口在归属网络,用于维护移动台的当前位置信息,负责建立MS的IP地址和转发地址关系。
当移动台离开注册网络后,需要向HA进行登记,HA在收到发往移动台的数据包时,通过HA与MS的转发地址之间的隧道将数据包送往MS,完成移动IP功能。
外地代理(FA)可以是移动台拜访网络的一个路由器,对已在HA登记的MS提供IP地址转发和IP选路服务。
CDMA20001X网络中由PDSN承担着FA的功能,它为CDMA20001X移动台提供拜访Internet或Intranet的服务。
7.2.3CDMA20001X空中接口
1.CDMA20001X空中
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