GPRS技术

第四部分GPRSGeneralPacketRadioService通用分组无线业务GPRS简介GPRS的网络结构内容提要GPRS简介GPRS概述GPRS：GeneralPacketRadioService是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSMPhase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、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，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。GPRS系统的构成方法(1)在GSM系统中引入3个主要组件服务支持结点(SGSN,ServingGPRSSupportingNode)网关支持结点(GGSN,GatewayGPRSSupportNode)分组控制单元(PCU)(2)对GSM的相关部件进行软件升级GPRS系统原理图MSCSGSNGGSNPCUBSCBTS分组交换业务通道电路交换业务通道PSTNISDNPLMNPDNInternetETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1(E-GSM)频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。如表1.1所示了GSM和GPRS的工作频段。GPRS系统原理GPRS的工作频段900MHz频段G1频段上行频率(原E－GSM)885-890MHzP频段上行频率890-915MHzG1频段下行频率(原E－GSM)930-935MHzP频段下行频率935-960MHz双工间隔45MHz载频间隔200kHz1800MHz频段上行频率1710-1755MHz下行频率1805-1850MHz双工间隔95MHz载频间隔200kHz1900MHz频段上行频率1850-1910MHz下行频率1930-1990MHz双工间隔80MHz载频间隔200kHz现有的GSM移动台(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)才可以用于GPRS系统。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。GPRS移动台GPRS定义了3类MS：GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。GPRS采用分组交换技术。定义了新的GPRS无线信道：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上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9.05–171.2kbit/s的数据传输速率(每用户)。GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。GPRS的主要特点GPRS终端能提供的数据业务速率GPRS采用了与GSM不同的四种信道编码方案–Cs-1:9.05kbit/s，要求C/I=10.8dB–Cs-2:13.4kbit/s，要求C/I=12.8dB–Cs-3:15.6kbit/s，要求C/I=13.7dB–Cs-4:21.4kbit/s，要求C/I=17.2dB–GPRS终端最高速率（理论值）实际网络和终端能支持GPRS最高速率为1u为1个上行Cs-1，为9.05kbit/s；4D为4个下行Cs-1，为4×9.05=36.2kbit/s；GPRS的主要特点GPRS的主要特点GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。GPRS也允许短消息业务(SMS)经GPRS无线信道传输。GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。GPRS的主要特点在GSMPLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRSPLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供(或支持)一系列的交互式电信业务。GPRS的业务承载业务用户终端业务附加业务承载业务支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。点对点业务(PTP)点对多点业务(PTM)点对多点广播(PTM-M)业务点对多点群呼(PTM-G)业务多点传播(IP-M)业务IPGPRS的业务用户终端业务GPRS的业务基于PTP的用户终端业务会话报文传送检索遥信基于PTM的用户终端业务分配调度会议预定发送地区选路GPRS支持电信业务，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。附加业务GPRS的业务简称名称简称名称CLIP主叫线路识别表示CW呼叫等待CLIR主叫线路识别限制HOLD呼叫保持CoLP连接线路识别表示MPTY多用户业务CoLR连接线路识别限制CUG封闭式的用户群CFU无条件呼叫转移AoCI资费信息通知CFB移动用户遇忙呼叫转移BAOC禁止所有呼叫CFNRy无应答呼叫转移BOIC禁止国际呼出CFNRc无法到达的移动用户呼叫转移BAIC禁止所有呼入GPRSGPRS业务的具体应用信息业务传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。交谈GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中。网页浏览GPRS业务的具体应用文件共享及协同性工作分派工作非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。企业E-mail因特网E-mailGPRS业务的具体应用交通工具定位该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告其他人其所处的位置。静态图像远程局域网接入文件传送GPRS的优势及存在问题GPRS的技术优势资源利用率高对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了得到多少、支付多少的原则。实际上，GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。传输速率高GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1秒。支持IP协议和X.25协议GPRS的优势及存在问题GPRS存在问题GPRS会发生包丢失现象实际速率比理论值低终端不支持无线终止功能调制方式不是最优存在转接时延GPRS存在问题GPRS会发生包丢失现象实际速率比理论值低GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称其GPRS终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对GPRS市场是否可以成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。启用GPRS服务时，用户将根据服务内容的流量支付费用，GPRS终端会装载WAP浏览器。但是，未经授权的内容也会发送给终端用户，更糟糕的是用户要为这些垃圾内容付费。GPRS存在问题终端不支持无线终止功能调制方式不是最优GPRS采用基于GMSK（GaussianMinimum-ShiftKeying）的调制技术，相比之下，EDGE基于一种新的调制方法8PSK（eight-phase-shiftkeying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。存在转接时延GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。GPRS存在问题GPRS发展动向GPRS是GSM向3G迈进的一个重要步骤，根据ETSI对GPRS发展的建议，GPRS从试验到投入商用后，分为两个发展阶段，第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务；第二阶段是EDGE的GPRS，简称E-GPRS。从移动通信市场的走势来看，国外移动通信运营商已开始涉及多媒体服务的领域，使用户可以用手机在股票市场上进行交易，办理银行转账业务等。目前全世界已有近百个运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。较为著名的有英国的BTCellNET、德国的T-Mobile等地的运营商。2000年12月21日，中国移动通信集团公司在京宣布：正式启动称为移动梦网的GPRS网络建设。2001年6月，中国移动GPRS一期工程已完成，2001年10月正式投入商用。GPRS的网络结构GPRS系统的基本逻辑结构•SignallingandDataTransferInterface•SignallingInterfaceDGiGnGbCEGpGsMSC/VLRMSBSSPCUTEPDNUmGrAHLROtherPLMNSGSNGGSNGdSM-SCSMS-GMSCSMS-IWMSCGGSNSGSNGnSIMSmBTSBGCGGaGaBillingSystemDNSBGGcGPRS系统的基本网络结构ABCGPRS系统的基本组成分组控制单元（PCU）：主要用于完成RLC/MAC功能和与Gb接口的转换。PCU在物理实现上可以有三种方式：CCUCCUPCUBTSBSCGSNGbUmCCUCCUPCUBTSBSCGSNCCUCCUPCUBTSBSCGSNAbisGbGbPCU工程实际连接图服务GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全功能和接入控制和路由选择等功能。SGSN与HLR之间的Gr接口用于SGSN与HLR之间传送移动性管理的相关信令。SGSN与SMS-GMSC/SMS-IWMSC之间的Gd接口用于经GPRS传送短消息业务。SGSN与MSC/VLR之间的Gs接口用于SGSN与MSC/VLR配合实现诸如联合位置更新、经由GPRS进行CS寻呼等功能。GPRS系统的基本网络结构GPRS系统的基本组成（续上）网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRSPLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。GGSN与HLR之间的Gr接口为可选接口，用于GGSN向HLR查询MS的路由信息。SGSN和GGSN可以独立设置，也可以合设。同一PLMN中的GSN之间通过Gn接口进行通信，不同PLMN中的GSN之间通过Gp接口进行通信。GPRS系统的基本网络结构GPRS系统的基本组成（续上）边界网关（BG）：边界网关