GPRS的標準化進程

2019-11-03 09:29:35

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供稿：網(wǎng)友

信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所　王志勤　　移動通信與因特網(wǎng)的結(jié)合使得移動通信業(yè)務獲得了前所未有的巨大需求。據(jù)研究機構(gòu)分析，到 2003年國際移動數(shù)據(jù)業(yè)務占移動業(yè)務的比重將達到30％。近期，我國因特網(wǎng)及數(shù)據(jù)業(yè)務需求的用戶數(shù)約為全國移動電話用戶的5％，預計到2001年將約有300萬移動數(shù)據(jù)用戶。各國運營者都將這兩者業(yè)務的融合作為滿足用戶需求、提供移動通信增值業(yè)務的重要戰(zhàn)略目標。運營者在選擇移動數(shù)據(jù)技術時應該考慮以下幾點：

　　—　保護現(xiàn)網(wǎng)投資；

　　—　提供無線接入的速率；

　　—　可有效地降低提供業(yè)務的成本；

　　—　易于向第三代平滑過渡。

　　通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務（GPRS）使得用戶能夠在端到端分組傳送模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線資源采用動態(tài)分配方式，一個用戶可分配多個時隙，一個時隙也可由多個MS共享，用戶雖然與網(wǎng)絡一直連接，但僅當有數(shù)據(jù)傳送時才占用無線信道資源。與原有的電路型業(yè)務相比較，用戶使用 GPRS業(yè)務將具有建鏈時間短，數(shù)據(jù)速率高，費用低等特點，而對于運營者來說，提供移動規(guī)模的數(shù)據(jù)業(yè)務服務，將會在無線資源利用率上有一定的提高，但同時在網(wǎng)絡設施建設上需做大量的調(diào)整。GPRS具有以下的特點：

　　—　在核心網(wǎng)絡引入分組交換平臺（GSN）

　　在SGSN和GGSN采用分組交換平臺方式，定義了基于TCP／ip的GTP協(xié)議方式來承載高層數(shù)據(jù)；

　　—　通過GGSN，實現(xiàn)了與標準In t e r ne t網(wǎng)的無縫連接在GGSN可實現(xiàn)與外部IP網(wǎng)絡的透明與非透明的連接；

　　—　以靈活的方式與GSM語音業(yè)務共存在無線與網(wǎng)絡（如Gs接口），采用了靈活的策略，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與話音業(yè)務共存；

　　—　GPRS非常適合突發(fā)數(shù)據(jù)應用業(yè)務，能高效利用信道資源在無線接口MAC／RLC層無線資源的有效管理，以及核心網(wǎng)部分適于數(shù)據(jù)傳送的分組交換方式，GPRS網(wǎng)絡適于突發(fā)性數(shù)據(jù)的有效傳送。

　　隨著第三代系統(tǒng)（UMTS）商業(yè)化進程的延遲，GPRS系統(tǒng)在技術和商業(yè)上的優(yōu)勢被越來越多的運營者所看好。在歐洲、東南亞等國家已相繼開通了GPRS業(yè)務，我國也在2001年開始引入GPRS業(yè)務。

　　本文主要從技術標準的角度，反映了GPRS在歐洲標準制訂和我國標準的制定工作情況，同時在技術上簡單比較GPRS與cd m a—1X的技術性能，最終勾畫了GPRS向UMTS演進的步驟。

GPRS在歐洲和我國的標準化進程

　　　1、GPRS在歐洲的標準化進程

　　歐洲最早是在1993年就提出了在GSM網(wǎng)上開通GPRS業(yè)務，當時GSM網(wǎng)絡在歐洲也不過剛剛開通一年，用戶對移動網(wǎng)上的數(shù)據(jù)業(yè)務也沒有很多需求，隨著用戶的迅速增加，GSM網(wǎng)絡取得了世人矚目的發(fā)展。隨著Phase1，　Phase2，　Phase2＋的不斷引入，GSM向用戶不斷推出各種新業(yè)務，以滿足市場的需求。

　　GPRS的標準化工作于1997年取得重大進展，10月份ETSI（歐洲通信標準化委員會）發(fā)布了 GSM02.60　GPRS階段1業(yè)務描述。到1999年完成了相對比較穩(wěn)定的版本。由于GPRS業(yè)務是標準化工作中新引入的領域，在標準的制定過程中不斷發(fā)現(xiàn)原有標準的問題，因此修改量比較大。在初期，系統(tǒng)間不同廠家的互聯(lián)互通，尤其是終端于系統(tǒng)的互通都成為很大的問題。

　　ETSI根據(jù)實現(xiàn)的業(yè)務和功能將GPRS的整體工作分為階段1和階段2。　　按照ETSI的設想， GPRS在階段1應首先實現(xiàn)以下功能：

　　　—PTP業(yè)務；

　　　—PTP　TCP／IP的用戶互通；

　　　—從MS至GGSN的X.28協(xié)議，GGSN至外部PDN的X.25；

　　　—Gn，　Gb，　Gr，　G p，　Gs，　Gi接口；

　　　—對PTP和漫游的安全保障；

　　　—計費；

　　　—運營者決定的呼叫閉鎖和呼叫終止，運營者呼叫過濾；

　　　—為PTM無線接口作準備工作；

　　　—匿名接入；

　　　—通過GPRS支持SMS—MO和—MT（不包括SMS—CB）。

　　而對于GPRS　Phase2標準主要應集中在以下幾個方面：

　　　—點對多點多信道廣播業(yè)務（PTM—M）；

　　　—點對多點群呼業(yè)務（PTM—G）；

　　　—補充業(yè)務；

　　　—與其他網(wǎng)絡的互通（如ISDN等）。

　　根據(jù)目前已經(jīng)制訂的標準情況來看，很多功能由于市場和技術的不成熟尚未在GPRS階段實現(xiàn)，并推遲到第三代的標準制訂過程中，如PTM業(yè)務，匿名接入、補充業(yè)務，與X.25等網(wǎng)絡方面的互通等。

　　GPRS的標準分為3類或稱3個階段（見注），這3個階段將分別制定18個新標準并對幾十個現(xiàn)有標準進行修訂，以實現(xiàn)GPRS。其中新制定的標準有：

　　注：階段1是指在標準制訂過程中對業(yè)務的描述，階段2制訂整體實現(xiàn)的技術方案，階段3制訂涉及到接口的具體協(xié)議。

　　主要所涉及到修改標準包括：

　　05系列　無線接口物理層和無線指標

　　04系列　無線接口層三信令

　　09.02　MAP協(xié)議，增加Gr和Gd接口協(xié)議

　　08　系列　Abis接口和TRAU幀結(jié)構(gòu)改變

　　03系列空閑模式程序等內(nèi)容

　　　　11系列相應設備的測試規(guī)范

　　12.系列網(wǎng)管系列規(guī)范（主要涉及性能和統(tǒng)一內(nèi)容）

　　　　2、GPRS在我國的標準化工作進展情況

　　我國目前對于GPRS的標準化工作是在無線通信研究組（CWTS）的第二工作組進行。根據(jù)CWTS 的工作劃分，第二工作組主要負責GSM、GPRS以及第三代核心網(wǎng)的工作。

　　考慮到各廠家之間的兼容性，我國目前制訂的GPRS相關規(guī)范選取了相對比較穩(wěn)定的版本，基本依據(jù)R98　SMG　31bis會議文件制定的。

　　所制訂的規(guī)范主要分為規(guī)范和測試規(guī)范兩大類。接口和設備的技術規(guī)范已經(jīng)基本完成報批，部分標準已經(jīng)發(fā)布。測試規(guī)范正在制訂中，今年內(nèi)都會完成，并將作為信息產(chǎn)業(yè)部入網(wǎng)檢測的主要依據(jù)，因此待測試規(guī)范制訂后會正式啟動GPRS設備的入網(wǎng)工作。

　　作為標準的主要制定的單位信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所將作為入網(wǎng)測試的主要承擔單位，測試終端、基站子系統(tǒng)和交換子系統(tǒng)設備。

GPRS與cdma—1X的技術比較

　　1、GPRS技術

　　GPRS作為2.5代的技術，其用戶數(shù)據(jù)與第三代相比仍然有一定的差距。

　　GPRS可采用CS—1到CS—4的信道編碼速率。但目前設備僅能夠提供CS—1和CS—2的編碼速率。

　　采用CS—1和CS—2信道編碼方案時，信道編碼速率僅為9.05　Kbi t／s和13.4Kbi t／s（包括RLC塊字頭）。能保證實現(xiàn)小區(qū)的100％和90％覆蓋時，滿足同頻道干擾C／I＜9dB要求。在無線頻率規(guī)劃上基本與現(xiàn)有電路設計相同。

　　雖然CS—3和CS—4編碼方案信道編碼速率為15.6Kbi t／s和21.4Kbi t／s（包括RLC塊字頭），但僅能適合于滿足較高的C／I值的特殊地區(qū)使用。

　　GPRS網(wǎng)絡依附于原有的GSM網(wǎng)絡之上。目前，網(wǎng)絡還主要提供電話業(yè)務，初期一個小區(qū)一般考慮固定分配一個頻道（載波）即8個信道（時隙）用于分組數(shù)據(jù)業(yè)務。一般第一代GPRS移動臺的多時隙工作能力小于4個時隙。因此在目前網(wǎng)絡中移動用戶的接入速率也就在20—30k b／s之間。

　　因此在初期，分組數(shù)據(jù)業(yè)務量較小，系統(tǒng)和終端設備的多時隙能力有限，大數(shù)據(jù)量受限。

　　當然，當系統(tǒng)和終端提供CS—3和CS—4編碼，且多時隙能力有所提高后，GPRS的數(shù)據(jù)速率將會達到。　

　cd m a—2000　1X技術

　　1998年，ITU要求各成員單位提交移動通信的候選技術。美國TIA提交的技術最后被接受為 Mul t i—Ca r r ie r（多載波）模式，即IMT—2000　MC模式。

　　其基本指導思想是用一個或多個載波（類似于TRX）組成一個統(tǒng)一的物理信道。通常，將使用一個載波構(gòu)成一個物理信道的方式叫做1X；將使用三個載波構(gòu)成一個物理信道的方式叫做3X。

采用這種方式的主要目的是與第二代通信系統(tǒng)兼容，當采用1X方式的時候，其帶寬、發(fā)射功率和帶外輻射等基本射頻指標與IS95系統(tǒng)完全相同，所以，1X系統(tǒng)可以與第二代移動通信系統(tǒng)共享相同功率放大器、天線等射頻設備，且無線覆蓋也可以與第二代移動通信系統(tǒng)相同。

　　雖然1X也作為IMT—2000　MC模式被列為第三代候選標準之一，一般來說，1X的基本無線傳輸速率達不到TIU規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)的要求。

　　到目前為止，1X系統(tǒng)可以達到的無線分組數(shù)據(jù)的傳輸速率為153.2k b p s。但由于CDMA系統(tǒng)的特性，1X系統(tǒng)不能實現(xiàn)完全的分組數(shù)據(jù)概念。當沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，CDMA系統(tǒng)必須保持一個基本信道以實現(xiàn)基本的功率控制和軟切換等功能。通常，這個基本的信道是9.6k b p s的信道，即一個基本的語音信道。

　　在第二代移動通信系統(tǒng)中，CDMA領域沒有形成一個完整的分組網(wǎng)絡標準體系。雖然，IS95B標準已經(jīng)可以支持分組業(yè)務，但由于沒有統(tǒng)一的標準，各個公司都采用內(nèi)部標準提供分組功能。所以，第二代系統(tǒng)實際上不能提供統(tǒng)一的分組業(yè)務。cd m a2000系統(tǒng)的關鍵技術進步之一是分組網(wǎng)絡。從這個角度來說，1X系統(tǒng)也僅僅與GPRS系統(tǒng)相當，也就是說，是2.5G系統(tǒng)。

　　cd m a2000系統(tǒng)的分組核心網(wǎng)絡是直接基于IP網(wǎng)絡的，這是與GPRS最大的不同點。事實上， 3GPP2在分組網(wǎng)絡部分的主要工作是定義網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，幾乎所有的協(xié)議都直接引用IP協(xié)議。

GPRS是GSM向第三代（UMTS）過渡不可逾越的一個階段

　　　1　UMTS的標準化進程

　　對于基于W—CDMA無線技術的第三代移動通信—UMTS，根據(jù)市場的需要，其標準分為兩個階段：

　　—第一階段R99的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要是基于演進的GPRS網(wǎng)絡，在2000年3月全套標準已經(jīng)凍結(jié)，其 RTT技術規(guī)范已經(jīng)完成，無線子系統(tǒng)和核心網(wǎng)接口以及基站自系統(tǒng)內(nèi)部接口基于ATM，大部分廠家可在2002年左右開始提供設備。

　　—第二階段R2000（已分為R4和R5兩個階段）的網(wǎng)絡將會基于全IP網(wǎng)絡。對于RTT技術僅為進一步完善，明確個別細節(jié)，而在核心網(wǎng)提出了“全IP”的概念。2000年6月　提出核心網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的草案，2001年3月完成R4階段的標準，2001年底完成R5階段的標準草案。其商用設備將在2003 年以后出臺。目前“全IP”的概念仍在討論中，即使R5僅是實現(xiàn)“全IP”的第一步，許多工作已經(jīng)安排到R6和R7階段。

　　“全IP”的目標在于：

　　—　在分組領域?qū)崿F(xiàn)實時多媒體業(yè)務（綜合電路交換和分組交換網(wǎng)絡）

　　—　網(wǎng)絡采用IP的傳輸以及對于信令的支持（MAP　o ve r　IP）

　　—　為了更加靈活地創(chuàng)建業(yè)務，應實現(xiàn)業(yè)務、控制與傳輸?shù)姆蛛x

　　—　為了保護運營者的利益，應確保與R99的兼容（業(yè)務、漫游和切換等）

　　由此可見，全IP目前尚處于爭論階段，它必定會考慮與R99的兼容問題，因此R99這一階段很難逾越。

　　2　從現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡向R99　UMTS的演進

　　R99的結(jié)構(gòu)特點：

　　—　核心網(wǎng)基于演進的MSC和GSN

　　—　電路與分組業(yè)務在邏輯上是分開的

　　—　MSC與GSN在物理上可合設也可分設

　　—　移動性管理仍使用MAP協(xié)議

　　—　呼叫控制部分主要增加了多媒體業(yè)務的支持能力

　　—　Iub、Iu r、Iu p s　、Iucs均采用ATM方式

　從現(xiàn)有的基于電路交換的GSM網(wǎng)絡演進到R99的UMTS可采用以下的步驟：

　　—在現(xiàn)有網(wǎng)絡中，BSS通過A接口與MSC／VLR相連接，并通過GMSC實現(xiàn)與PSTN等網(wǎng)絡的互通，實現(xiàn)的業(yè)務以話音業(yè)務為主。移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議；

　　—當引入GPRS之后，BSS增加了Gb接口與基于分組交換的SGSN，通過GGSN與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接，其承載的業(yè)務以分組數(shù)據(jù)業(yè)務為主。移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議，僅增加了支持GPRS的部分；

　　—當引入第三代系統(tǒng)時，在無線子系統(tǒng)部分，需要新配置第三代的基站—No deB和無線網(wǎng)絡控制器（RNC）。

　　在原有的GSM網(wǎng)絡部分要支持第三代的基站子系統(tǒng)：

　　—對于支持電路業(yè)務的MSC／VLR，需要解決基于ATM的Iucs接口問題，部分廠家的設備可采用在原有設備中增加ATM插板，部分廠家一些新型的交換設備已同時提供ATM接口。

　　—　對于支持數(shù)據(jù)業(yè)務的GPRS節(jié)點，由于設備較新，GSN往往是基于ATM平臺或IP路由器，提供基于ATM的Iu p s，大部分廠家的設備（除NOKIA）都不需要更換硬件，僅需要將軟件升級。

　　由此可見，引入GPRS設備后，能夠在第三代網(wǎng)絡（R99）到來時實現(xiàn)核心網(wǎng)絡的平滑過渡。

總結(jié)

　　（1）　GPRS設備和運營需要在實踐中得到檢驗

　　—　GPRS的標準已經(jīng)在SMG31（2000年4月）基本完善，較好地解決了兼容等問題；大量GPRS 設備從1999年底試驗室版本已經(jīng)在2000年第三季度成為商用版本1.0；

　　—　我國的試驗目前僅限于功能測試，對于大話務量、網(wǎng)絡優(yōu)化、流量控制等性能方面尚沒有進行測試，有一些測試設備廠家也僅僅是在實驗室中進行。可以說，像網(wǎng)絡優(yōu)化、流量控制算法等方面的問題往往只能在擁有大量實際用戶的網(wǎng)絡中才能夠發(fā)現(xiàn)問題。

　　—　對于無線In t e r ne t業(yè)務國際上還沒有定型的用戶業(yè)務模型，很難進行網(wǎng)絡的規(guī)劃和優(yōu)化，這對于設備生產(chǎn)廠家和運營者都是需要在實踐中摸索；

　　—　大部分的終端設備廠家2001年第二季度才大規(guī)模地生產(chǎn)GPRS終端，且現(xiàn)有終端設備最多支持上行1個時隙＋下行3個時隙。由于我國移動市場比較大，設備廠家也比較多，不同廠家的互聯(lián)一直是一個令人關注的問題。不同終端設備與網(wǎng)絡設備的兼容問題，需要通過入網(wǎng)檢測和實際運行不斷發(fā)現(xiàn)問題。

　　（2）　GPRS業(yè)務的發(fā)展有賴于業(yè)務應用的開發(fā)　　在日本無線數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展得快，不僅因為其計算機普及率很高，更重要的是在日本有上千家的信息供應商，開發(fā)的業(yè)務適合用戶的口味。而在引入GPRS之后，目前能夠開展的主要是WAP業(yè)務，我國的運營者是否能夠聯(lián)合業(yè)務應用的開發(fā)商，創(chuàng)造出好的業(yè)務，這將是GPRS在我國是否能夠成功的關鍵。

　　（3）　GPRS作為向第三代網(wǎng)絡平滑過渡的一個準備階段，對于運營者可積累寶貴的運營經(jīng)驗，GPRS為GSM系統(tǒng)向第三代網(wǎng)絡的平滑演進奠定了基礎。運營者可以積累一些分組核心網(wǎng)絡、無線IP業(yè)務等方面的運營經(jīng)驗，這些都是進一步運營第三代網(wǎng)絡所不可缺少的寶貴財富。

摘自《中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)》

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