數字移動通信系統數據業務及發展

2019-11-03 09:49:52

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數字移動通信系統數據業務及發展（張靜）[摘要] 本文介紹了第三代數字移動通信支持的數據業務，包括蜂窩數字分組數據業務和數字移動通信系統無線數據業務及它們的發展情況。[關鍵詞]GSM；數據業務；蜂窩數字分組數據1引言數據通信技術是當今信息技術領域十分活躍的一個方向，Internet技術的發展直接導致了電信網、計算機網、電視網三網的融合和信息產業結構的調整，促進了ATM／ip交換機技術的發展，使得移動通信與數據業務、多媒體業務相結合的第三代移動通信成為近年來人們研究的熱點。 1994年出現在北美的CDPD（蜂窩數字分組數據）系統，最初是基于AMPS蜂窩移動電話系統之上的分組數據交換系統，它采用TCP／IP協議，利用話音信道的間隙傳送數據。隨著數據業務的發展，國外開始采用專用信道甚至專門的CDPD系統來傳送數據。1994年4月由多家運營商、設備制造商、系統集成商。軟件及應用開發商等發起成立了CDPD論壇，制定了CDPD的技術規范，共同推動CDPD技術和市場發展。 1995年以來，我國移動通信在數字化和市場競爭的推動下，進入了第二代數字系統為主的快速發展軌道。當前，全球GSM用戶超過1億，其中中國電信的用戶數占七分之一，中國電信的GSM電話網已成為世界上服務范圍最廣、業務種類最多的移動電話網之一。據有關專家預測，中國電信移動電話用戶到1999年底有望突破4000萬大關。中國聯通計劃到2003年移動通信用戶總數力爭達到3500萬戶左右。 GSM無線數據業務使得人們不受空間、地域的限制，隨時隨地獲取所需的信息，可以在移動中收發E-mail、收發傳真、訪問Internet等通信，它是數據通信技術和移動通信技術的結合。正在演進的GSM系統和IMT－2000將提供更為強大的數據業務功能。與此同時，無線數據業務的范疇也在不斷地拓展，由于GSM甚至IMT－2000提供的只是應用層以下的功能，運營商甚至用戶可以自己生成更為豐富的增值業務，諸如遠程控制、電子購物、車輛調度、新聞瀏覽、移動多媒體等等諸如此類的業務都將是未來無線數據業務的范疇。對數據通信業務，GSM技術在多個方面進行了調整，提供了消息系統、電路交換型和分組交換型移動數據通信的功能，從最初的電路型數據業務到GPRS分組型數據業務，進而到增強型GPRS數據業務（EDGE）。下面對不同類型的數據業務進行介紹。2蜂窩數字分組數據（CDPD） CDPD移動數據通信系統主要由移動交換機（DIS）、基站（MDBS）、連接設備（IS）和網管中心等部分組成。基站通過無線電波實現與用戶移動終端之間的數據傳輸，并負責無線信道的管理、數據信號的調制和解調等；移動交換機主要負責對移動終端位置的跟蹤、數據包的交換和路由及漫游實現等；網管中心負責網路設備的配置及維護、用戶數據的管理、用戶的鑒權和計費等；連接設備負責交換機之間的連接和路由，與其它網絡的互連等。為了提高無線信道的利用率，系統對TCP／IP報頭進行壓縮，并對數據進行V.42bis壓縮。為了提高無線信道的安全性，系統允許采用到達127位的加密算法，目前通常為RC4算法。 CDPD系統的主要技術參數如下：頻段：824－849MHz，869－894MHz 調制方式：GMSK RF速率：19.2kbps 基站發射功率：45W（連續可調）基站接收靈敏度：－116dBm 頻道間隔： 30kHz 信道占用方式：DSMA/CD 載干比：17dB 終端發射功率：0.6－4W 終端接收靈敏度：－113 dBm 我國已在幾個城市對CDPD系統做過一段時間的實驗和試用，技術上是可行的，但與美國相比，為擴大覆蓋范圍，該技術在中國推廣使用需要新建基站，投資較大。因此，目前CDPD在我國主要應用于小范圍內的移動通信，如公共安全、交通管理等。為適應我國國民經濟信息化的發展，滿足社會對移動數據通信業務的需求，中國電信已在北京、上海、廣州、深圳、廈門、長沙等6個城市利用CDPD技術組建了我國第一個公用移動數據通信網。該網現已初步建成，并在車輛GPS定位和調度、無線Internet接入、公安部門移動辦公、銀行POS聯網、水電系統遠程監控等方面取得了初步的應用。3數字移動通信系統無線數據業務對于正在蓬勃發展的Internet和數據通信業務，GSM技術提供了消息系統、電路交換型和分組交換型移動數據通信的功能，從最初的電路型數據業務到GPRS分組型數據業務。3.1消息系統在GSM系統中引入短消息業務中心，作為短消息的存儲轉發的單元，可實現移動終端間的點對點短消息通信。現在GSM的移動通信系統已經提供了短消息服務功能，兩個GSM手機之間可以發送。接收中英文短消息。移動通信網與Internet聯結后，移動通信公司可向用戶提供“推、拉”技術（push andpull），手機用戶可從Internet上獲取大量文本信息，如果移動公司與第三方信息內容提供商合作，更可以推出個人化、定制的信息給廣大移動用戶，用戶可以得到豐富的信息服務，如股市行情、經濟日報、旅游信息等。這樣，利用短消息系統也可形成一個個人的移動信息中心。3.2電路型數據業務電路型數據業務是基于目前的GSM網絡、采用電路交換的業務類型。電路型數據業務包括GSM承載數據業務和高速電路交換數據業務HSCSD（High Speed Circuit Switch Data）。目前移動網所能提供的數據業務基本上都屬于GSM承載數據業務，只能收發文本E－mail（不能包含圖片）和傳真，一般傳輸速率為9.6kbps（可支持V.42協議），理論上可將傳輸速率提高到38.4kbps。電路型數據業務可以應用在PLMN內部以及PLMN和PSTN／ISDN／PSPDN之間，其中和PSPDN的互通是通過PSTN／ISDN進行的。不同的承載業務類型所對應的傳輸路徑是不同的，相應地所對應的組網形式也不同。 HSCSD采用一種新的信編碼技術，把一個時隙9.6kbps的傳輸速率提高到14.4kbps，從而意味著只使用一個時隙，用戶傳輸速率即可提高50％。HSCSD還允許以“時隙捆綁”方式進行數據傳輸，最高的“四時隙捆綁”達到57.6kbps，而且上下行數據傳輸可以采用不同的速率。同時，因為數據業務中大部分數據都是從基站流向移動電話，因此上下行時隙可以動態調整，上行時隙一般需求較少，可以為下行鏈路提供更多的空閑時隙。 HSCSD實際上是一種增強型承載數據業務，本質上與承載數據業務無多大區別。HSCSD硬件上比較易于實施，無需改變目前的GSM網絡的硬件結構。目前支持HSCSD的GSM設備（包括手機）已面市。另一方面，由于歷史的原因，在GSM Phase1、Phase2的標準里并沒有提供PLMN和IP網的直接互通，因此為向用戶更好地提供移動接入Internet的服務，有些廠家推出了由PLMN直接接入Internet的設備。采用直接接入Internet設備就使得GSM運營商同時也擔當ISP的角色，給GSM的組網帶來一定的靈活性。3.3分組型數據業務分組型數據業務包括通用分組無線業務GPRS（Genetal Packet Radio Service）、增強型分組業務EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution）和IMT2000分組型數據業務。分組型數據業務與電路型數據業務的本質區別就在于：電路性能數據業務必須先建立一個呼叫并始終占據該呼叫信道直至呼叫結束，它并不考慮所占用的信道是否正在傳輸信息或數據；分組型數據業務則無須先建立呼叫，只是在需要傳輸數據的時候利用空閑信道，數據傳遞完立即釋放，并不長久地占用信道。顯而易見，分組型數據業務具有很大的優勢，它以數據量和傳遞時間計費，同時運營者也不必為網絡擁塞而不斷升級和投資。由于電路交換數據業務有它固有的缺陷，因此在GSM的 Phase2+引入了通用分組無線業務GPRS。GPRS網絡結構中引入了分組交換和分組傳輸的概念，這樣使得GSM網絡對數據業務的支持從網絡體系上得到了加強。同時由于GPRS采用了動態分配無線資源的策略，提高了無線資源的使用效率，這更適合于數據業務突發性的特點。GPRS為運營商采用以傳輸業務流量為依據收費方式從技術上提供了可能性。 GPRS其實是疊加在現有的GSM網絡的另一網絡，GPRS網絡在原有的GSM網絡的基礎上增加了SGSN、GGSN、PYMSC等功能實體。GPRS共用現有的GSM網絡的基站，但要對軟硬件進行相應的更新；同時，雖然共用現有的BSC，但由于BSC和SGSN的接口采用幀中繼的方式，因此也要進行相應的軟硬件更新；GPRS和GSM網絡各實體的接口必須作相應的界定；另外，移動臺則要求提供對GPRS業務的支持。GPRS支持通過GGSN實現和PSPDN的互聯，接口協議可以是X.75或者是X.25，同時GPRS還支持和IP網絡的直接互聯。 GPRS網絡所支持的業務類型包括點對點數據業務、點對多點數據業務（包括點對多點多信道廣播業務、點對多點群呼業務和IP廣播業務）、GPRS補充業務、匿名接入業務和短消息業務，并可以衍生出更為豐富的增值業務。GPRS支持的接入速率可達171.2Mps。由此看來GPRS是GSM系統向第三代演進的重要一環。 EDGE屬于增強型GPRS數據業務，它能夠充分保證GPRS與第三代移動通信的并存和兩者之間漫游切換；作為GSM技術的下一個發展階段，它將采用新的調制技術，高效利用200kHz的載波，使數據傳輸速率最高達到 384kbps（8個實隙捆綁在一起），它的具體標準正在制定中。從現在的發展趨勢看，第三代移動通信系統將充分考慮第二代移動通信系統的發展現狀，并且在相當長的一段時間內和第二代移動通信系統共存。目前，國際上幾個主要的移動通信設備商正致力于GPRS的開發，預計很快有商用化設備上市。 IMT－2000的主要業務特征是支持IP和高速電路型數據業務。IMT－2000的室外384kbps、室內2Mbps的接入帶寬使得IMT－2000將可以向用戶提供真正的移動多媒體業務。同時由于IMT－2000支持業務的上行和下行的非對稱傳輸，支持以傳輸數據量作為收費依據，使得無線數據業務得到更為廣泛的應用。數據業務發展有一個過程，以保證2G向3G的平滑過渡。其中HSCSD到GPRS是一個質的飛躍，由電路性數據業務演變為分組型數據業務。EDGE分組型數據業務是GPRS的升級，兩者只是信號調制方式發生了改變，由高斯濾波最小移頻鍵控調制方式（GMSK）改變為四象幅度調制方式（QASK）。無線應用協議WAP（Wireless application Protocol）是基于Internet標準的全球無線協議規范，它主要包括通信協議和構造語言。WAP是一種端到瑞透明協議和應用環境，只需要智能電話和WAP代理服務器支持即可，無須移動網絡支持，WAP協議透明地通過移動網絡傳輸。WAP可用于任何一種操作系統和大部分移動網絡如GSM900／1800／1900、CDMA IS95、TDMA IS136、WCDMA及3G系統（IMT2000，W－CDMA，UMTS，寬帶IS95）等，具有很強的移植性和靈活性。 WAP利用了微瀏覽器技術，可以為移動用戶提供安全、快速、靈活、在線和交互式的服務，如查閱道路和火車時刻、客戶服務、消息通知、呼叫管理、E－mail、報文發送、電子商務、繪圖與定位、新聞、體育、銀行業務、在線查址查號和企業網等業務。NOKIA7110手機支持WAP協議。4結束語隨著社會的發展和信息化時代的到來，隨著能提供真正全球漫游、支持多媒體業務且有足夠容量的第三代移動通信的發展，移動數據業務的應用需求將越來越廣泛，同時各種移動數據業務通信的新技術也會不斷出現和發展，他們在不同的時期和不同的應用領域將會發揮各自的作用，共同促進全球信息化的進步。摘自《移動通信》

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