从2G到3G演进的中介技术GPRS

2019-11-03 09:25:10

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来源：转载

供稿：网友

刘彩霞1，刘波粒2，李新民3

1.河北师范大学物理学院河北石家庄050016

2.河北师范大学职技学院电子系河北石家庄050031

3.河北化工医药职业技术学院机电工程系河北石家庄050016

　　摘　要：从GSM的网络设施出发，阐述了GPRS的网络构成以及相应的业务特性和服务质量，分析了从2 G到3G的演进中GPRS所处的地位及其发展前景。

　　关键词：2G；3G；GPRS；网络结构；演进方式

　　Abstract： Based on the GSM network installations, the article introduced the network compo nents of GPRS, its relevant professional property and service quality,analyzed t he status and development prospects of the GPRS in the evaluation from 2G to 3G

　　KeyWords：2G；3G；GPRS；network structure；evaluation way

　　1 引言

　　在全球所有的第二代移动通信中，GSM通信网络的使用人数最多，中国目前的大部分移动通信网络就是GSM系统。由于最初的GSM标准主要是考虑支持语音业务和少量电路交换方式的数据业务，因此GSM网络的语音通信是电路交换方式。20世纪90年代以后，随着互联网技术的迅猛发展，人们开始想到了移动互联网，希望能通过手机享受各种高速数据业务(包括收发Email、进行Internet浏览等)。正是在这样的社会需求下，欧洲电信标准化组织(ETSI)及时在GSM系统的基础上制定了一套移动数据通信技术标准，使GSM与Internet相结合，重组的新网络称为通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）。显然该网络既有电路交换又有分组交换，后称2.5G系统。2000年以后，该技术的标准化工作被转移到3GPP。

　　由于GPRS只是在现有GSM网络的基础上叠加了一个新的网络，通过在新的网络上增加一些硬件设备并同时对原有网络进行软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，以提供端到端、广域的无线ip连接。因此，笔者从人们熟知的GSM网络（如图1所示）入手，进而讨论GPRS网络（如图2所示）的形成，最后分析了GPRS网络技术在移动通信的演进过程中所处的地位及其发展前景。

　　2 GPRS网络的形成及特点

　　2.1 GSM的网络设施

　　图1给出了GSM系统的典型网络结构。



　　图1中网络构成的实体为：

　　(1)MS：移动台，用户的移动终端。

　　(2)BSS：基站子系统，包括一个基站控制器BSC和多个基站收发台BTS。其中BTS负责与移动台通过空中接口进行通信；BSC负责控制一个或多个BTS。

　　(3)MSC：移动交换中心，负责一个或多个BSS。完成对MS的移动性管理和业务以及与PSTN的交换。

　　(4)HLR，VLR：分别负责记录在本地注册的用户信息和漫游到本地的外地用户信息。MSC通过这2个数据库来实现对用户移动性的管理和对用户业务的正确交换。

　　(5)EIR，AUC：移动设备和用户认证中心，负责对用户权限的管理。

　　显而易见，GSM无线网络的核心为MSC，并由MSC，VLR和HLR完成语音通话的电路交换业务的移动台接入和移动性管理。

　　2.2 GSM的重组新网络GPRS网络系统

　　GPRS移动通信系统是针对GSM进行改进而来，而这种改进并不彻底，他们对空中接口并不改动，只是通过一些新的定义对核心网进行了大的改动，使得第二代系统能够支持分组业务接入Internet。

　　2.2.1 GPRS的网络结构

　　为了实现“GSM+Internet”的方略，形成了图2所示的网络结构。

　　新增的功能模块主要包括：

　　（1）移动台(MS) 必须是GPRS或GPRS/GSM双模移动台。因为原有的GSM网络只作为语音通话来用；将GSM升级到GPRS网络后，由于GPRS网络内的MS具备传输语音的电路交换以及传输数据的分组交换两种方式，为此功能与用途更加多样化。

　　（2）将原有的GSM基站(BSS)子系统作了相应的软硬件扩展。由于基站收发台BTS仍只与基站控制器BSC连接，没有增加新的硬件接口，仅在BTS上增加了软件单元(CCU)，显然GSM网络原有的BTS能同时用于GPRS网络。BSC仍然同时连接许多BTS，为增设数据分组的处理能力，B SC不仅需要软件升级，还要增加与SGSN连接的新的分组控制单元 (PCU) 硬件接口。

　　在GPRS网络中，MS发出的无线信号为数据或语音两种方式，此时由BTS负责识别信号的数据形态：若仅为语音信息，则由BSC将数据传输到MSC(他扮演着语音交换机的角色)；若含有数据信息，则由BSC中的PCU新接口，从话音业务中分离出数据业务，并将数据传输到SGSN，以控制无线信道的分配。

　　（3）对于交换机(SS)子系统(如HLR，VLR，MSC等)，只需在原有的设备中加入支持GPRS网络的软件。

　　（4）在核心网络引入SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS业务支持节点）和GGSN（ Gataway GPRS Support Node，GPRS网关支持节点）两个新的网络设备节点，进而在以语音业务为主的基础上增加了数据业务。在GPRS网络中，通常由单一的SGSN负责某一区域网络的服务，电信运营商的PLMN中包括许多的SGSN，但只有很少数的GGSN，SGSN的数量远多于GGSN。GGSN对GPRS核心网的功能是根据分组IP地址找到MS的位置并为移动台分配一个合适的SGSN。

　　从图2中明显看出，无线网络的核心已经由MSC变成了SGSN，而MSC，VLR和HLR只是负责传统电路交换业务的移动台接入和移动性管理；而核心网络本身已经是在IP的基础上，通过GG SN接入Internet和其他的网络。

　　2.2.2 GPRS的无线接口

　　图2中，除了原有BSS与MS之间的接口Um外，其他的新增接口皆为GPRS新型网络接口，主要有：SGSN通过Gs接口连接MSC(以帮助GPRS网络更有效率地处理电路与数据交换的呼叫信号)，通过Gn接口连至GGSN；不同的GSM网络通过Gp接口相连；通过基于帧中继的Gb接口，一个或多个BSS被连至SGSN；GGSN通过Gi参考点提供与外部分组交换网络的交互工作；SGSN和GGS N均可与HLR通信，并各自通过Gr和Gc接口获得路由信息和用户详细资料；Gd是SGSN连接SMS- GMSC及SMSIWMSC之间的接口，通过该接口可使SGSN发送短消息。

　　可见，GPRS业务的实现可以无需变更GSM网络的基础设施，运营商只需根据数据业务的需求，将蜂窝小区原来用于语音业务的某些频点分给GPRS用户使用，将该频点的8个信道划分为语音、数据、交换(语音和数据共用)等三种信道进行灵活配置，使语音业务的处理仍沿用MSC/GMSC，对于新增的数据业务采用SGSN/GGSN来实现。为了处理数据业务，GPRS在基站子系统定义了专用的分组信道，采用了新的编码方式，提高了空中接口的数据传输速率；在核心网部分引入了分组域，采用了分组交换的方式，突破了电路交换网64 kb/s的限制。以充分体现GPRS网络的2个关键特性：有效的利用无线资源和网络，支持完全的透明IP传输。

　　2.3GPRS的业务特性及服务质量

　　GPRS是一组新的GSM承载业务，可划分为点到点(PTP)和多点到多点(PTM)两种类型。点到点业务是在两个用户之间提供一个或多个分组的传输，由业务请求者启动，被接收者接收，他包括PTP无连接型网络业务(PTPCLNS)和PTP面向连接的网络业务(PTPCON S)。点到多点业务将单一信息传送到多个用户，有点到多点广播(PTMM)、点到多点群呼(PTMG)和IP多点传播业务3类PTM业务。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，具体的用户终端业务分类如表1所示。

　　GPRS的服务质量的好坏在移动图像传输方面比在文件传输方面更容易影响用户的感受，视频传输需要更高的带宽和固定的分组传输延迟，而文件传输通过FTP方式对实现时只需要保障一定的吞吐量就可以处理一些分组延迟的情况。GPRS的3种不同等级的服务质量的具体描述以及他们各自对应的用户群如表2所示。

　　3 3G演进方式及GPRS的发展前景

　　随着技术的成熟和网络的发展，人们已不再满足于第二代移动通信系统(2G)内单调的语音服务，而对移动数据业务的需求日益迫切。第三代移动通信(3G)虽然描绘了一幅美好的图画，却由于2G与3G标准之间的规格技术存在许多差异和其他种种原因而全面推迟商用，致使业界订出过渡的解决方案，即所谓25G技术，以渐进的方式将2G升级到3G。

　　3.1 2G向3G的演进途径

　　目前2G的每踊个标准都有一套方法将2G网络升级到3G，即：

　　（1）向CDMA 2000的演进方式可能的路线是IS95(或CDMA One) → CDMA20001x (CDMA 2000单载波系统) → CDMA 2000-3x (CDMA 2000三载波系统)或WCDMA。

　　（2）向WCDMA的演进方式可能的路线是GSM→GPRS→EDGE→WCDM A。

　　（3）向TDSCDMA的演进方式路线尚不明朗，可能基于GSM MAP网实现平滑过渡，同时也兼容ANSI41向3G过渡。

　　3.2 中国对标准的选择

　　中国联通公司在全国范围内建设了CDMA网络，采用了基于ANSI41的IS95 CDMA核心网络，今后的发展趋势是向着3GPP2制定的CDMA 2000标准过渡。

　　中国移动公司是基于GSM/GPRS网络的演进，选择WCDMA还是TDSCDMA是建设面临的首要问题。由于两方面并不是互相排斥的，为此中国移动曾表示，各种标准交互使用是国际认同趋势。

　　3.3 GPRS的发展前景

　　在2G通信标准上，CDMA One比GSM标准慢了7年，这7年间，欧洲大厂诺基亚与爱立信遍布全球，GSM取得空前胜利。由于市场受限，美国CDMA大厂高通和韩国的三星、LG始终无法获得更大的商机。

　　从演进方式上看，由于GSM的规模优势，也使得更多的国家优先考虑WCDMA或TDSCDMA的演进方略。而该演进方略的2.5G过渡技术是GPRS，为此GPRS技术就显得尤为耀眼。目前，全球已有上百家运营商开通了GPRS商用系统、试商用系统或实验系统。GPRS技术已开始在全球的GSM网络中广泛部署。国际上有名的电信设备制造商诺基亚、西门子、爱立信、摩托罗拉等都在积极开发GPRS相关产品，提出一系列解决方案。

　　鉴于我国城市人口密集、具有全球最大商业潜能的特点，应率先在我国高数据业务量的热点地区，岛屿式地自主建设TDSCDMA无线接入网络，以解决容量和业务量问题，逐步实现由我国自主研发的基于GSM/GPRS网络的TDSCDMA的演进方式。

　　显见，GPRS是第二代移动通信迈向第三代移动通信（3G）的过渡，是通往第三代移动通信网络的阶梯。

　　参考文献

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摘自《现代电子技术》

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