GPRS技术结构与特点

2019-11-03 09:41:37

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

上海移动通信公司韩毅　　伴随着移动通信与因特网的飞速发展，移动互联几乎成为一段时间以来整个通信业发展的主旋律和主要推动力，成了移动通信发展的趋势。在这种情况下，许多应用越来越取决于移动数据是否能高速接入。市场的需求转化为开发商们的动力，于是各种移动高速接入被不断地开发出来。

　　作为2代的技术，GSM最初提高的数据业务只能采用电路交换方式，传输速率9.6Kbps（可支持V4.2协议），这远远不能满足人们的需求。为此GSM PHASE2+规范中增加了HSCSD和GPRS的新型数据业务，用户分配到的时隙不是一个，而是最多可到8个时隙。HSCSD的全称是高速电路电路交换数据，HSCSD则是GSM环境中最终发展的电路交换资料，它通过采用新的信道编码方式，使每信道速率从9.6Kbps提高到14.4Kbps，在不压缩的情况下最高可达到57.6Kbit/s，系统主要通过软件升级实现HSCSD功能。中国现在基本上已经放弃了HSCSD的发展。

　　GPRS是对GSM技术的进一步开发，它使采用GSM标准的网络具有利用分组技术提供高速数据的能力，一些新应用以往在GSM上是不能用的，采用GPRS后将成为可能。它具有更有吸引力的无线Internet接入，从而为参予Internet的大发展敞开了大门。GPRS的产生弥补了GSM原来在数据能力上的不足，使GSM引入了目前先进的分组技术，提供了即时连接和高通过率，GPRS非常适合于电子邮件或Internet存取等“爆发性”资料应用。由于第三代移动通信也是采用的分组技术，所以采用GPRS的网络可以拥有第三代移动通信的能力，因此国际上普遍把采用GPRS视为GSM系统从2G向3G过渡的重要途径之一，采用了GPRS技术的GSM网络被称为2.5G网络。

　　总之，GPRS的出现使GSM网络能够提供较高的数据传送速率，并且用户可以长时间附着网上，同时费用又与时间无关，而只同传送的数据量有关。可以说使经营商和用户的Internet接入发生了革命性的变化。

　　2 GPRS系统结构

　　GPRS（General Packet Radio Service）全称为通用分组无线业务，它可以以最高达171Kbps的传输速率实现端对端的分组交换数据业务，即将需要传输的数据按一定的长度分组，然后把来自不同数据源的数据分组在信道上交织地进行传输。

　　GPRS系统有三个主要功能实体，分别是GGSN、SGSN、PCU，其中SGSN与GGSN同属于GSN，它是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN主要作用是完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN在物理上可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。

　　SGSN称为服务GPRS支持节点，主要作用是记录移动台的当前位置信息，进行移动性管理、寻呼、加密、数据压缩、通话量测试，并且提供到PCU和GGSN间接口Gb、Gn，在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。

　　GGSN称为网关GPRS支持节点，主要是起网关作用，提供SGSN和PDN（Packet Data Network）之间的接口Gn、Gi，通过SGSN有关MS路径的路由信息进行位置更新。它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等，因此也称GGSN为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/ip或X.25网络。

　　PCU称为分组控制单元、错误发送检测和自动重发。PCU使GSM系统在无线上初步具有了分组传输的能力。　　这三部分的功能实体需要在系统中增加硬件，除此之外还需要对原有GSM网络的MSC/VLR、HLR、BSC和BTS进行软件升级，此时的GSM网络才算基本完成了从2G到2.5G的过渡。

　　除了原有的GSM规范中具有的接口，GPRS系统中还引入下列新的网络接口：

Gn，GSN主干网接口，用于各种GSM之间。

Gb，BSS和SGSN之间的接口。

Gr，SGSN和HLR之间的接口。

Gp，不同的GSM网络之间的接口。

Gs，SGSN和MSC之间的接口。

3 GPRS的无线资源

　　GPRS是叠加在GSM网络上的，因此它可以充分利用GSM网络的资源，包括无线资源。

　　在无线信道的分配上，在一个小区内GPRS的PDTCH可以和GSM电路交换业务的信道共存。网络的基站子系统BSS可提供无线资源的动态分配，通过对业务资源进行监视，当GPRS业务繁忙且电路交换业务空闲时，BSS将一定数量的TCH信道转换为PDTCH；当GPRS业务空闲时，BSS将一定数量的PDCH转换为TCH，从而允许运莒者根据需要分配电路和分组业务的无线资源，保证了采用了GPRS的GSM网络能同时提供话音和数据业务。

　　GSPS无线信道逻辑上分为两大类，见表一：

信道类型	信道名称	逻辑信道	MS/BSS间方向
业务信道	分组数据信道	PDTCH	双向
控制信道	分组公共信道	PBCCH	BSS向MS
		PRACH	MS向BSS
		PAGCH	BSS向MS
		PPCH	BSS向MS
	分组独立控制信道	PACCH	双向
	分组独立控制信道	PTCCH	双向

　　PDTCH用于数据业务的传送，相当于语音业务中的话音信道，一个手机可以同时使用多个PDTCH，一个PDTCH也可以为多个手机服务。

　　PBCCH是对GPRS手机的广播信道，相当于GSM中的BCCH；PPCH用于向手机发送寻呼信息响应，并给手机请求一个或多个PDTCH；PAGCH用于给手机分配一个或多个PDTCH。

　　PACCH总是和PDTCH一起分配给手机使用，它可以将功率控制、确认等信令信息传送给特定的手机；PTCCH用于GPRS手机的定时同步。

　　在GPRS业量不大的情况下，GPRS逻辑信道一般采用PDTCH+PACCH+PTCCH组合，允许GPRS与电路业务共用BCCH和CCCH。随着业务量的增大，GPRS逻辑信道可以按以下方式组合到物理信道上：

　　i）PBCCH+PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

　　ii）PCCCH+PDTCH+PACCH+PTCCH

　　GPRS规范中定义了4种信道编码方式，它们是CS-1--GS-4，其数据速率分别为9.05kB/S，13.4kb/s，15.6Kb/s，21.4Kb/s。在GPRS传送过程中，网络能够根据监视和测量的结果，动态地选择信道编码方式，以达到最大的无线吞吐量。由于GPRS允许一个用户同时可以获得最多8个PDTCH的服务，因此在理想环境下，该用户可以得到最高21.4kb/s*8=171.2kb/s的速率。由于规范制订和产品开发的原因，目前商用的GPRS系统均采用CS-1和CS-2编码方式，而且一般建设初期，每个小区只提供少量的PDCH，例如3-4个，因此提供的速率不会特别高。

　　4 GPRS系统的特点

　　GPRS是一个采用分组传输技术的业务平台，即支持TCP/IP协议也支持X.25协议，几乎可以支持除交互式多媒体业务以外的所有数据应用业务，其特点如下：

　　1）双向兼容性

　　GPRS系统采用开放式结构，向GSM反向兼容。这从它在定义无线逻辑信道上可以看出，当小区的PCCCH和PBCCH无效或没有使用，GPRS手机可以通过GSM的CCCH、BCCH来获得服务。

　　同时，由于在无线部分采用分组方式传送数据，使现有的电路交换型的GSM网可以向分组交换网过渡，最终成为3G系统。

2）合理分配资源

　　GPRS允许手机长时间附着网上，从而大大节省了用户接入时间，但这也对系统提出了合理分配资源的问题，这方面GPRS还是解决得比较成功的。

　　传统GSM在通话接续过程中要为手机分配固定信道，直至通信结束。而GPRS系统中，系统只在数据传送时申请分配信道，数据传送完毕立刻释放信道，因此节约了对宝贵的无线信道的占用，使突发型数据业务可以更好的利用资源。

3）传输速率高：

　　GPRS支持4种编码方式（CS-1、CS-2、CS-3 、CS-4），并采用附加虚拟时隙技术，使多用户共享一时隙的多时隙合并传输技术，使得现有GSM网的数据速率可从9.6Kbps提高到171.2Kbps。

　　4）接入速度快：

　　GPRS核心网本身是一个分组型数据网，支持IP协议，因此可与其它分组数据网络（如Internet网）进行无缝、直接连接，能很快建立呼叫，不用像电路型业务那样需要等待，快于电路型数据业务。

5）可永久连接：

　　由于分组型传输不占信道，因此用户可以长时间保持与外部数据网的连接，而不必进行频繁的连接和断开操作，真正实现“永远在线，永远连接”。

6）计费手段提高：

　　由于采用了分组交换技术，并且吸取了过去电路交换时数据业务只能按时长计费的弱点，GPRS被设计成可以采用按流量计费。从而节省用户上网费用，大大推动了无线移动互联网业务的发展。

　　分组的环境能够提供灵活的计费方式，一些GPRS运用较早的运营者就提出了按内容计费，按时延计费，甚至可以采取广告计费的方式。这些方式的可实现性大大拓展了用户和运营者的选择余地。

7）丰富的数据业务：

　　GPRS可根据应用的类型和网络资源的实际情况、网络质量，灵活选择服务质量参数，支持4种QOs，能实现话音资源和数据资源的动态分配，能从低速到高速实现Internet所能提供的一切业务。除能提供点对点、点对多点、补充业务和增强型短消息业务，还能提供VPN业务，真正实现移动办公功能。

　　综上所述，GPRS作为第二代向第三代的过渡技术，是使用最广的能够解决移动通信与IP结合的技术方案，它可以充分利用现有GSM网络，使运营商在GSM全网范围内推出移动分组数据业务。中国移动作为世界上用户最多的移动运营商之一，目前正积极引入GPRS，一期工程已经完成，二期工程也在启动，随着GPRS在中国的推广应用，中国的移动用户必将得到更全面、更先进的服务。

CHINA通信网组稿

上一篇：采用协处理器的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ手机设计

下一篇：Bluetooth——快速发展的小范围无线通信技术