GPRS的标准化进程

2019-11-03 09:29:35

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信息产业部电信传输研究所　王志勤　　移动通信与因特网的结合使得移动通信业务获得了前所未有的巨大需求。据研究机构分析，到 2003年国际移动数据业务占移动业务的比重将达到30％。近期，我国因特网及数据业务需求的用户数约为全国移动电话用户的5％，预计到2001年将约有300万移动数据用户。各国运营者都将这两者业务的融合作为满足用户需求、提供移动通信增值业务的重要战略目标。运营者在选择移动数据技术时应该考虑以下几点：

　　—　保护现网投资；

　　—　提供无线接入的速率；

　　—　可有效地降低提供业务的成本；

　　—　易于向第三代平滑过渡。

　　通用分组数据业务（GPRS）使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。由于无线资源采用动态分配方式，一个用户可分配多个时隙，一个时隙也可由多个MS共享，用户虽然与网络一直连接，但仅当有数据传送时才占用无线信道资源。与原有的电路型业务相比较，用户使用 GPRS业务将具有建链时间短，数据速率高，费用低等特点，而对于运营者来说，提供移动规模的数据业务服务，将会在无线资源利用率上有一定的提高，但同时在网络设施建设上需做大量的调整。GPRS具有以下的特点：

　　—　在核心网络引入分组交换平台（GSN）

　　在SGSN和GGSN采用分组交换平台方式，定义了基于TCP／ip的GTP协议方式来承载高层数据；

　　—　通过GGSN，实现了与标准In t e r ne t网的无缝连接在GGSN可实现与外部IP网络的透明与非透明的连接；

　　—　以灵活的方式与GSM语音业务共存在无线与网络（如Gs接口），采用了灵活的策略，实现数据与话音业务共存；

　　—　GPRS非常适合突发数据应用业务，能高效利用信道资源在无线接口MAC／RLC层无线资源的有效管理，以及核心网部分适于数据传送的分组交换方式，GPRS网络适于突发性数据的有效传送。

　　随着第三代系统（UMTS）商业化进程的延迟，GPRS系统在技术和商业上的优势被越来越多的运营者所看好。在欧洲、东南亚等国家已相继开通了GPRS业务，我国也在2001年开始引入GPRS业务。

　　本文主要从技术标准的角度，反映了GPRS在欧洲标准制订和我国标准的制定工作情况，同时在技术上简单比较GPRS与cd m a—1X的技术性能，最终勾画了GPRS向UMTS演进的步骤。

GPRS在欧洲和我国的标准化进程

　　　1、GPRS在欧洲的标准化进程

　　欧洲最早是在1993年就提出了在GSM网上开通GPRS业务，当时GSM网络在欧洲也不过刚刚开通一年，用户对移动网上的数据业务也没有很多需求，随着用户的迅速增加，GSM网络取得了世人瞩目的发展。随着Phase1，　Phase2，　Phase2＋的不断引入，GSM向用户不断推出各种新业务，以满足市场的需求。

　　GPRS的标准化工作于1997年取得重大进展，10月份ETSI（欧洲通信标准化委员会）发布了 GSM02.60　GPRS阶段1业务描述。到1999年完成了相对比较稳定的版本。由于GPRS业务是标准化工作中新引入的领域，在标准的制定过程中不断发现原有标准的问题，因此修改量比较大。在初期，系统间不同厂家的互联互通，尤其是终端于系统的互通都成为很大的问题。

　　ETSI根据实现的业务和功能将GPRS的整体工作分为阶段1和阶段2。　　按照ETSI的设想， GPRS在阶段1应首先实现以下功能：

　　　—PTP业务；

　　　—PTP　TCP／IP的用户互通；

　　　—从MS至GGSN的X.28协议，GGSN至外部PDN的X.25；

　　　—Gn，　Gb，　Gr，　G p，　Gs，　Gi接口；

　　　—对PTP和漫游的安全保障；

　　　—计费；

　　　—运营者决定的呼叫闭锁和呼叫终止，运营者呼叫过滤；

　　　—为PTM无线接口作准备工作；

　　　—匿名接入；

　　　—通过GPRS支持SMS—MO和—MT（不包括SMS—CB）。

　　而对于GPRS　Phase2标准主要应集中在以下几个方面：

　　　—点对多点多信道广播业务（PTM—M）；

　　　—点对多点群呼业务（PTM—G）；

　　　—补充业务；

　　　—与其他网络的互通（如ISDN等）。

　　根据目前已经制订的标准情况来看，很多功能由于市场和技术的不成熟尚未在GPRS阶段实现，并推迟到第三代的标准制订过程中，如PTM业务，匿名接入、补充业务，与X.25等网络方面的互通等。

　　GPRS的标准分为3类或称3个阶段（见注），这3个阶段将分别制定18个新标准并对几十个现有标准进行修订，以实现GPRS。其中新制定的标准有：

　　注：阶段1是指在标准制订过程中对业务的描述，阶段2制订整体实现的技术方案，阶段3制订涉及到接口的具体协议。

　　主要所涉及到修改标准包括：

　　05系列　无线接口物理层和无线指标

　　04系列　无线接口层三信令

　　09.02　MAP协议，增加Gr和Gd接口协议

　　08　系列　Abis接口和TRAU帧结构改变

　　03系列空闲模式程序等内容

　　　　11系列相应设备的测试规范

　　12.系列网管系列规范（主要涉及性能和统一内容）

　　　　2、GPRS在我国的标准化工作进展情况

　　我国目前对于GPRS的标准化工作是在无线通信研究组（CWTS）的第二工作组进行。根据CWTS 的工作划分，第二工作组主要负责GSM、GPRS以及第三代核心网的工作。

　　考虑到各厂家之间的兼容性，我国目前制订的GPRS相关规范选取了相对比较稳定的版本，基本依据R98　SMG　31bis会议文件制定的。

　　所制订的规范主要分为规范和测试规范两大类。接口和设备的技术规范已经基本完成报批，部分标准已经发布。测试规范正在制订中，今年内都会完成，并将作为信息产业部入网检测的主要依据，因此待测试规范制订后会正式启动GPRS设备的入网工作。

　　作为标准的主要制定的单位信息产业部电信传输研究所将作为入网测试的主要承担单位，测试终端、基站子系统和交换子系统设备。

GPRS与cdma—1X的技术比较

　　1、GPRS技术

　　GPRS作为2.5代的技术，其用户数据与第三代相比仍然有一定的差距。

　　GPRS可采用CS—1到CS—4的信道编码速率。但目前设备仅能够提供CS—1和CS—2的编码速率。

　　采用CS—1和CS—2信道编码方案时，信道编码速率仅为9.05　Kbi t／s和13.4Kbi t／s（包括RLC块字头）。能保证实现小区的100％和90％覆盖时，满足同频道干扰C／I＜9dB要求。在无线频率规划上基本与现有电路设计相同。

　　虽然CS—3和CS—4编码方案信道编码速率为15.6Kbi t／s和21.4Kbi t／s（包括RLC块字头），但仅能适合于满足较高的C／I值的特殊地区使用。

　　GPRS网络依附于原有的GSM网络之上。目前，网络还主要提供电话业务，初期一个小区一般考虑固定分配一个频道（载波）即8个信道（时隙）用于分组数据业务。一般第一代GPRS移动台的多时隙工作能力小于4个时隙。因此在目前网络中移动用户的接入速率也就在20—30k b／s之间。

　　因此在初期，分组数据业务量较小，系统和终端设备的多时隙能力有限，大数据量受限。

　　当然，当系统和终端提供CS—3和CS—4编码，且多时隙能力有所提高后，GPRS的数据速率将会达到。　

　cd m a—2000　1X技术

　　1998年，ITU要求各成员单位提交移动通信的候选技术。美国TIA提交的技术最后被接受为 Mul t i—Ca r r ie r（多载波）模式，即IMT—2000　MC模式。

　　其基本指导思想是用一个或多个载波（类似于TRX）组成一个统一的物理信道。通常，将使用一个载波构成一个物理信道的方式叫做1X；将使用三个载波构成一个物理信道的方式叫做3X。

采用这种方式的主要目的是与第二代通信系统兼容，当采用1X方式的时候，其带宽、发射功率和带外辐射等基本射频指标与IS95系统完全相同，所以，1X系统可以与第二代移动通信系统共享相同功率放大器、天线等射频设备，且无线覆盖也可以与第二代移动通信系统相同。

　　虽然1X也作为IMT—2000　MC模式被列为第三代候选标准之一，一般来说，1X的基本无线传输速率达不到TIU规定的第三代移动通信系统的要求。

　　到目前为止，1X系统可以达到的无线分组数据的传输速率为153.2k b p s。但由于CDMA系统的特性，1X系统不能实现完全的分组数据概念。当没有数据传输的时候，CDMA系统必须保持一个基本信道以实现基本的功率控制和软切换等功能。通常，这个基本的信道是9.6k b p s的信道，即一个基本的语音信道。

　　在第二代移动通信系统中，CDMA领域没有形成一个完整的分组网络标准体系。虽然，IS95B标准已经可以支持分组业务，但由于没有统一的标准，各个公司都采用内部标准提供分组功能。所以，第二代系统实际上不能提供统一的分组业务。cd m a2000系统的关键技术进步之一是分组网络。从这个角度来说，1X系统也仅仅与GPRS系统相当，也就是说，是2.5G系统。

　　cd m a2000系统的分组核心网络是直接基于IP网络的，这是与GPRS最大的不同点。事实上， 3GPP2在分组网络部分的主要工作是定义网络结构，几乎所有的协议都直接引用IP协议。

GPRS是GSM向第三代（UMTS）过渡不可逾越的一个阶段

　　　1　UMTS的标准化进程

　　对于基于W—CDMA无线技术的第三代移动通信—UMTS，根据市场的需要，其标准分为两个阶段：

　　—第一阶段R99的网络结构主要是基于演进的GPRS网络，在2000年3月全套标准已经冻结，其 RTT技术规范已经完成，无线子系统和核心网接口以及基站自系统内部接口基于ATM，大部分厂家可在2002年左右开始提供设备。

　　—第二阶段R2000（已分为R4和R5两个阶段）的网络将会基于全IP网络。对于RTT技术仅为进一步完善，明确个别细节，而在核心网提出了“全IP”的概念。2000年6月　提出核心网网络结构的草案，2001年3月完成R4阶段的标准，2001年底完成R5阶段的标准草案。其商用设备将在2003 年以后出台。目前“全IP”的概念仍在讨论中，即使R5仅是实现“全IP”的第一步，许多工作已经安排到R6和R7阶段。

　　“全IP”的目标在于：

　　—　在分组领域实现实时多媒体业务（综合电路交换和分组交换网络）

　　—　网络采用IP的传输以及对于信令的支持（MAP　o ve r　IP）

　　—　为了更加灵活地创建业务，应实现业务、控制与传输的分离

　　—　为了保护运营者的利益，应确保与R99的兼容（业务、漫游和切换等）

　　由此可见，全IP目前尚处于争论阶段，它必定会考虑与R99的兼容问题，因此R99这一阶段很难逾越。

　　2　从现有GSM网络向R99　UMTS的演进

　　R99的结构特点：

　　—　核心网基于演进的MSC和GSN

　　—　电路与分组业务在逻辑上是分开的

　　—　MSC与GSN在物理上可合设也可分设

　　—　移动性管理仍使用MAP协议

　　—　呼叫控制部分主要增加了多媒体业务的支持能力

　　—　Iub、Iu r、Iu p s　、Iucs均采用ATM方式

　从现有的基于电路交换的GSM网络演进到R99的UMTS可采用以下的步骤：

　　—在现有网络中，BSS通过A接口与MSC／VLR相连接，并通过GMSC实现与PSTN等网络的互通，实现的业务以话音业务为主。移动性管理协议采用MAP协议；

　　—当引入GPRS之后，BSS增加了Gb接口与基于分组交换的SGSN，通过GGSN与外部互联网相连接，其承载的业务以分组数据业务为主。移动性管理协议采用MAP协议，仅增加了支持GPRS的部分；

　　—当引入第三代系统时，在无线子系统部分，需要新配置第三代的基站—No deB和无线网络控制器（RNC）。

　　在原有的GSM网络部分要支持第三代的基站子系统：

　　—对于支持电路业务的MSC／VLR，需要解决基于ATM的Iucs接口问题，部分厂家的设备可采用在原有设备中增加ATM插板，部分厂家一些新型的交换设备已同时提供ATM接口。

　　—　对于支持数据业务的GPRS节点，由于设备较新，GSN往往是基于ATM平台或IP路由器，提供基于ATM的Iu p s，大部分厂家的设备（除NOKIA）都不需要更换硬件，仅需要将软件升级。

　　由此可见，引入GPRS设备后，能够在第三代网络（R99）到来时实现核心网络的平滑过渡。

总结

　　（1）　GPRS设备和运营需要在实践中得到检验

　　—　GPRS的标准已经在SMG31（2000年4月）基本完善，较好地解决了兼容等问题；大量GPRS 设备从1999年底试验室版本已经在2000年第三季度成为商用版本1.0；

　　—　我国的试验目前仅限于功能测试，对于大话务量、网络优化、流量控制等性能方面尚没有进行测试，有一些测试设备厂家也仅仅是在实验室中进行。可以说，像网络优化、流量控制算法等方面的问题往往只能在拥有大量实际用户的网络中才能够发现问题。

　　—　对于无线In t e r ne t业务国际上还没有定型的用户业务模型，很难进行网络的规划和优化，这对于设备生产厂家和运营者都是需要在实践中摸索；

　　—　大部分的终端设备厂家2001年第二季度才大规模地生产GPRS终端，且现有终端设备最多支持上行1个时隙＋下行3个时隙。由于我国移动市场比较大，设备厂家也比较多，不同厂家的互联一直是一个令人关注的问题。不同终端设备与网络设备的兼容问题，需要通过入网检测和实际运行不断发现问题。

　　（2）　GPRS业务的发展有赖于业务应用的开发　　在日本无线数据业务发展得快，不仅因为其计算机普及率很高，更重要的是在日本有上千家的信息供应商，开发的业务适合用户的口味。而在引入GPRS之后，目前能够开展的主要是WAP业务，我国的运营者是否能够联合业务应用的开发商，创造出好的业务，这将是GPRS在我国是否能够成功的关键。

　　（3）　GPRS作为向第三代网络平滑过渡的一个准备阶段，对于运营者可积累宝贵的运营经验，GPRS为GSM系统向第三代网络的平滑演进奠定了基础。运营者可以积累一些分组核心网络、无线IP业务等方面的运营经验，这些都是进一步运营第三代网络所不可缺少的宝贵财富。

摘自《中国信息产业网》

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