GPRS技術結構與特點

2019-11-03 09:41:37

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上海移動通信公司韓毅　　伴隨著移動通信與因特網的飛速發展，移動互聯幾乎成為一段時間以來整個通信業發展的主旋律和主要推動力，成了移動通信發展的趨勢。在這種情況下，許多應用越來越取決于移動數據是否能高速接入。市場的需求轉化為開發商們的動力，于是各種移動高速接入被不斷地開發出來。

　　作為2代的技術，GSM最初提高的數據業務只能采用電路交換方式，傳輸速率9.6Kbps（可支持V4.2協議），這遠遠不能滿足人們的需求。為此GSM PHASE2+規范中增加了HSCSD和GPRS的新型數據業務，用戶分配到的時隙不是一個，而是最多可到8個時隙。HSCSD的全稱是高速電路電路交換數據，HSCSD則是GSM環境中最終發展的電路交換資料，它通過采用新的信道編碼方式，使每信道速率從9.6Kbps提高到14.4Kbps，在不壓縮的情況下最高可達到57.6Kbit/s，系統主要通過軟件升級實現HSCSD功能。中國現在基本上已經放棄了HSCSD的發展。

　　GPRS是對GSM技術的進一步開發，它使采用GSM標準的網絡具有利用分組技術提供高速數據的能力，一些新應用以往在GSM上是不能用的，采用GPRS后將成為可能。它具有更有吸引力的無線Internet接入，從而為參予Internet的大發展敞開了大門。GPRS的產生彌補了GSM原來在數據能力上的不足，使GSM引入了目前先進的分組技術，提供了即時連接和高通過率，GPRS非常適合于電子郵件或Internet存取等“爆發性”資料應用。由于第三代移動通信也是采用的分組技術，所以采用GPRS的網絡可以擁有第三代移動通信的能力，因此國際上普遍把采用GPRS視為GSM系統從2G向3G過渡的重要途徑之一，采用了GPRS技術的GSM網絡被稱為2.5G網絡。

　　總之，GPRS的出現使GSM網絡能夠提供較高的數據傳送速率，并且用戶可以長時間附著網上，同時費用又與時間無關，而只同傳送的數據量有關。可以說使經營商和用戶的Internet接入發生了革命性的變化。

　　2 GPRS系統結構

　　GPRS（General Packet Radio Service）全稱為通用分組無線業務，它可以以最高達171Kbps的傳輸速率實現端對端的分組交換數據業務，即將需要傳輸的數據按一定的長度分組，然后把來自不同數據源的數據分組在信道上交織地進行傳輸。

　　GPRS系統有三個主要功能實體，分別是GGSN、SGSN、PCU，其中SGSN與GGSN同屬于GSN，它是GPRS網絡中最重要的網絡節點。GSN具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數據網絡，并可以連到GPRS寄存器。GSN主要作用是完成移動臺和各種數據網絡之間的數據傳送和格式轉換。GSN在物理上可以是一種類似于路由器的獨立設備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。

　　SGSN稱為服務GPRS支持節點，主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，進行移動性管理、尋呼、加密、數據壓縮、通話量測試，并且提供到PCU和GGSN間接口Gb、Gn，在移動臺和GGSN之間完成移動分組數據的發送和接收。

　　GGSN稱為網關GPRS支持節點，主要是起網關作用，提供SGSN和PDN（Packet Data Network）之間的接口Gn、Gi，通過SGSN有關MS路徑的路由信息進行位置更新。它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN、PSPDN和LAN等，因此也稱GGSN為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網中的GPRS分組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP/ip或X.25網絡。

　　PCU稱為分組控制單元、錯誤發送檢測和自動重發。PCU使GSM系統在無線上初步具有了分組傳輸的能力。　　這三部分的功能實體需要在系統中增加硬件，除此之外還需要對原有GSM網絡的MSC/VLR、HLR、BSC和BTS進行軟件升級，此時的GSM網絡才算基本完成了從2G到2.5G的過渡。

　　除了原有的GSM規范中具有的接口，GPRS系統中還引入下列新的網絡接口：

Gn，GSN主干網接口，用于各種GSM之間。

Gb，BSS和SGSN之間的接口。

Gr，SGSN和HLR之間的接口。

Gp，不同的GSM網絡之間的接口。

Gs，SGSN和MSC之間的接口。

3 GPRS的無線資源

　　GPRS是疊加在GSM網絡上的，因此它可以充分利用GSM網絡的資源，包括無線資源。

　　在無線信道的分配上，在一個小區內GPRS的PDTCH可以和GSM電路交換業務的信道共存。網絡的基站子系統BSS可提供無線資源的動態分配，通過對業務資源進行監視，當GPRS業務繁忙且電路交換業務空閑時，BSS將一定數量的TCH信道轉換為PDTCH；當GPRS業務空閑時，BSS將一定數量的PDCH轉換為TCH，從而允許運莒者根據需要分配電路和分組業務的無線資源，保證了采用了GPRS的GSM網絡能同時提供話音和數據業務。

　　GSPS無線信道邏輯上分為兩大類，見表一：

信道類型	信道名稱	邏輯信道	MS/BSS間方向
業務信道	分組數據信道	PDTCH	雙向
控制信道	分組公共信道	PBCCH	BSS向MS
		PRACH	MS向BSS
		PAGCH	BSS向MS
		PPCH	BSS向MS
	分組獨立控制信道	PACCH	雙向
	分組獨立控制信道	PTCCH	雙向

　　PDTCH用于數據業務的傳送，相當于語音業務中的話音信道，一個手機可以同時使用多個PDTCH，一個PDTCH也可以為多個手機服務。

　　PBCCH是對GPRS手機的廣播信道，相當于GSM中的BCCH；PPCH用于向手機發送尋呼信息響應，并給手機請求一個或多個PDTCH；PAGCH用于給手機分配一個或多個PDTCH。

　　PACCH總是和PDTCH一起分配給手機使用，它可以將功率控制、確認等信令信息傳送給特定的手機；PTCCH用于GPRS手機的定時同步。

　　在GPRS業量不大的情況下，GPRS邏輯信道一般采用PDTCH+PACCH+PTCCH組合，允許GPRS與電路業務共用BCCH和CCCH。隨著業務量的增大，GPRS邏輯信道可以按以下方式組合到物理信道上：

　　i）PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

　　ii）PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

　　GPRS規范中定義了4種信道編碼方式，它們是CS-1--GS-4，其數據速率分別為9.05kB/S，13.4kb/s，15.6Kb/s，21.4Kb/s。在GPRS傳送過程中，網絡能夠根據監視和測量的結果，動態地選擇信道編碼方式，以達到最大的無線吞吐量。由于GPRS允許一個用戶同時可以獲得最多8個PDTCH的服務，因此在理想環境下，該用戶可以得到最高21.4kb/s*8=171.2kb/s的速率。由于規范制訂和產品開發的原因，目前商用的GPRS系統均采用CS-1和CS-2編碼方式，而且一般建設初期，每個小區只提供少量的PDCH，例如3-4個，因此提供的速率不會特別高。

　　4 GPRS系統的特點

　　GPRS是一個采用分組傳輸技術的業務平臺，即支持TCP/IP協議也支持X.25協議，幾乎可以支持除交互式多媒體業務以外的所有數據應用業務，其特點如下：

　　1）雙向兼容性

　　GPRS系統采用開放式結構，向GSM反向兼容。這從它在定義無線邏輯信道上可以看出，當小區的PCCCH和PBCCH無效或沒有使用，GPRS手機可以通過GSM的CCCH、BCCH來獲得服務。

　　同時，由于在無線部分采用分組方式傳送數據，使現有的電路交換型的GSM網可以向分組交換網過渡，最終成為3G系統。

2）合理分配資源

　　GPRS允許手機長時間附著網上，從而大大節省了用戶接入時間，但這也對系統提出了合理分配資源的問題，這方面GPRS還是解決得比較成功的。

　　傳統GSM在通話接續過程中要為手機分配固定信道，直至通信結束。而GPRS系統中，系統只在數據傳送時申請分配信道，數據傳送完畢立刻釋放信道，因此節約了對寶貴的無線信道的占用，使突發型數據業務可以更好的利用資源。

3）傳輸速率高：

　　GPRS支持4種編碼方式（CS-1、CS-2、CS-3 、CS-4），并采用附加虛擬時隙技術，使多用戶共享一時隙的多時隙合并傳輸技術，使得現有GSM網的數據速率可從9.6Kbps提高到171.2Kbps。

　　4）接入速度快：

　　GPRS核心網本身是一個分組型數據網，支持IP協議，因此可與其它分組數據網絡（如Internet網）進行無縫、直接連接，能很快建立呼叫，不用像電路型業務那樣需要等待，快于電路型數據業務。

5）可永久連接：

　　由于分組型傳輸不占信道，因此用戶可以長時間保持與外部數據網的連接，而不必進行頻繁的連接和斷開操作，真正實現“永遠在線，永遠連接”。

6）計費手段提高：

　　由于采用了分組交換技術，并且吸取了過去電路交換時數據業務只能按時長計費的弱點，GPRS被設計成可以采用按流量計費。從而節省用戶上網費用，大大推動了無線移動互聯網業務的發展。

　　分組的環境能夠提供靈活的計費方式，一些GPRS運用較早的運營者就提出了按內容計費，按時延計費，甚至可以采取廣告計費的方式。這些方式的可實現性大大拓展了用戶和運營者的選擇余地。

7）豐富的數據業務：

　　GPRS可根據應用的類型和網絡資源的實際情況、網絡質量，靈活選擇服務質量參數，支持4種QOs，能實現話音資源和數據資源的動態分配，能從低速到高速實現Internet所能提供的一切業務。除能提供點對點、點對多點、補充業務和增強型短消息業務，還能提供VPN業務，真正實現移動辦公功能。

　　綜上所述，GPRS作為第二代向第三代的過渡技術，是使用最廣的能夠解決移動通信與IP結合的技術方案，它可以充分利用現有GSM網絡，使運營商在GSM全網范圍內推出移動分組數據業務。中國移動作為世界上用戶最多的移動運營商之一，目前正積極引入GPRS，一期工程已經完成，二期工程也在啟動，隨著GPRS在中國的推廣應用，中國的移動用戶必將得到更全面、更先進的服務。

CHINA通信網組稿

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