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3.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系河北 石家莊050016
摘 要：從GSM的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施出發(fā)，闡述了GPRS的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成以及相應(yīng)的業(yè)務(wù)特性和服務(wù)質(zhì)量，分析了從2 G到3G的演進(jìn)中GPRS所處的地位及其發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：2G；3G；GPRS；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；演進(jìn)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動(dòng)通信中，GSM通信網(wǎng)絡(luò)的使用人數(shù)最多，中國(guó)目前的大部分移動(dòng) 通信網(wǎng)絡(luò)就是GSM系統(tǒng)。由于最初的GSM標(biāo)準(zhǔn)主要是考慮支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)和少量電路交換方式的 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此GSM網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音通信是電路交換方式。20世紀(jì)90年代以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們開(kāi)始想到了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，希望能通過(guò)手機(jī)享受各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(包括收發(fā)Email、進(jìn)行Internet瀏覽等)。正是在這樣的社會(huì)需求下，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織(ETSI)及時(shí)在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制定了一套移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使GSM與Internet相結(jié)合，重組的新網(wǎng)絡(luò)稱為通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）。顯然該網(wǎng)絡(luò)既有電路交換又有分組交換，后稱2.5G系統(tǒng)。2000年以后，該技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作被轉(zhuǎn)移到3GPP。
由于GPRS只是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在新的網(wǎng)絡(luò)上增加一些 硬件設(shè)備并同時(shí)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，以提供端到端、廣域的無(wú)線IP連接。因此，筆者從人們熟知的GSM網(wǎng)絡(luò)（如圖1所示）入手，進(jìn)而討論GPRS網(wǎng)絡(luò)（如圖2所示）的形成，最后分析了GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在移動(dòng)通信的演進(jìn)過(guò)程中所處的地位及其發(fā)展前景。
2 GPRS網(wǎng)絡(luò)的形成及特點(diǎn)
2.1 GSM的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施
圖1給出了GSM系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖1中網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的實(shí)體為：
(1)MS：移動(dòng)臺(tái)，用戶的移動(dòng)終端。
(2)BSS：基站子系統(tǒng)，包括一個(gè)基站控制器BSC和多個(gè)基站收發(fā)臺(tái)BTS。其中BTS負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)通過(guò)空中接口進(jìn)行通信；BSC負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)BTS。
(3)MSC：移動(dòng)交換中心，負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)BSS。完成對(duì)MS的移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)以及與PSTN的交換。
(4)HLR，VLR：分別負(fù)責(zé)記錄在本地注冊(cè)的用戶信息和漫游到本地的外地用戶信息。MSC通過(guò)這2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶移動(dòng)性的管理和對(duì)用戶業(yè)務(wù)的正確交換。
(5)EIR，AUC：移動(dòng)設(shè)備和用戶認(rèn)證中心，負(fù)責(zé)對(duì)用戶權(quán)限的管理。
顯而易見(jiàn)，GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心為MSC，并由MSC，VLR和HLR完成語(yǔ)音通話的電路交換業(yè)務(wù)的移動(dòng)臺(tái)接入和移動(dòng)性管理。
2.2 GSM的重組新網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
GPRS移動(dòng)通信系統(tǒng)是針對(duì)GSM進(jìn)行改進(jìn)而來(lái)，而這種改進(jìn)并不徹底，他們對(duì)空中接口并不 改動(dòng)，只是通過(guò)一些新的定義對(duì)核心網(wǎng)進(jìn)行了大的改動(dòng)，使得第二代系統(tǒng)能夠支持分組業(yè)務(wù)接入Internet。
2.2.1 GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)“GSM+Internet”的方略，形成了圖2所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
新增的功能模塊主要包括：
�。�1）移動(dòng)臺(tái)(MS) 必須是GPRS或GPRS/GSM雙模移動(dòng)臺(tái)。因?yàn)樵械腉SM網(wǎng)絡(luò)只作為語(yǔ)音通話來(lái)用；將GSM升級(jí)到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MS具備傳輸語(yǔ)音的電路交換以及傳輸數(shù)據(jù)的分組交換兩種方式，為此功能與用途更加多樣化。
�。�2）將原有的GSM基站(BSS)子系統(tǒng)作了相應(yīng)的軟硬件擴(kuò)展。由于基站收發(fā)臺(tái)BTS仍只與基 站控制器BSC連接，沒(méi)有增加新的硬件接口，僅在BTS上增加了軟件單元(CCU)，顯然GSM網(wǎng)絡(luò)原有的BTS能同時(shí)用于GPRS網(wǎng)絡(luò)。BSC仍然同時(shí)連接許多BTS，為增設(shè)數(shù)據(jù)分組的處理能力，B SC不僅需要軟件升級(jí)，還要增加與SGSN連接的新的分組控制單元 (PCU) 硬件接口。
在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，MS發(fā)出的無(wú)線信號(hào)為數(shù)據(jù)或語(yǔ)音兩種方式，此時(shí)由BTS負(fù)責(zé)識(shí)別信號(hào)的數(shù)據(jù) 形態(tài)：若僅為語(yǔ)音信息，則由BSC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組SC(他扮演著語(yǔ)音交換機(jī)的角色)；若含有數(shù)據(jù)信息，則由BSC中的PCU新接口，從話音業(yè)務(wù)中分離出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊GSN，以控制無(wú)線信道的分配。
�。�3）對(duì)于交換機(jī)(SS)子系統(tǒng)(如HLR，VLR，MSC等)，只需在原有的設(shè)備中加入支持GPRS網(wǎng)絡(luò)的軟件。
�。�4）在核心網(wǎng)絡(luò)引入SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和GGSN（ Gataway GPRS Support Node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而在以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在GPRS網(wǎng)絡(luò)中，通常由單一的SGSN負(fù)責(zé)某一區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，電信運(yùn)營(yíng)商的PLMN中包括許多的SGSN，但只有很少數(shù)的GGSN，SGSN的數(shù)量遠(yuǎn)多于GGSN。GGSN對(duì)GPRS核心網(wǎng)的功能是根據(jù)分組IP地址找到MS的位置并為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)合適的SGSN。
從圖2中明顯看出，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心已經(jīng)由MSC變成了SGSN，而MSC，VLR和HLR只是負(fù)責(zé)傳統(tǒng)電路交換業(yè)務(wù)的移動(dòng)臺(tái)接入和移動(dòng)性管理；而核心網(wǎng)絡(luò)本身已經(jīng)是在IP的基礎(chǔ)上，通過(guò)GG SN接入Internet和其他的網(wǎng)絡(luò)。
2.2.2 GPRS的無(wú)線接口
圖2中，除了原有BSS與MS之間的接口Um外，其他的新增接口皆為GPRS新型網(wǎng)絡(luò)接口，主要 有：SGSN通過(guò)Gs接口連接MSC(以幫助GPRS網(wǎng)絡(luò)更有效率地處理電路與數(shù)據(jù)交換的呼叫信號(hào))，通過(guò)Gn接口連至GGSN；不同的GSM網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gp接口相連；通過(guò)基于幀中繼的Gb接口，一個(gè)或多個(gè)BSS被連至SGSN；GGSN通過(guò)Gi參考點(diǎn)提供與外部分組交換網(wǎng)絡(luò)的交互工作；SGSN和GGS N均可與HLR通信，并各自通過(guò)Gr和Gc接口獲得路由信息和用戶詳細(xì)資料；Gd是SGSN連接SMS- GMSC及SMSIWMSC之間的接口，通過(guò)該接口可使SGSN發(fā)送短消息。
可見(jiàn)，GPRS業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)可以無(wú)需變更GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)營(yíng)商只需根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，將蜂窩小區(qū)原來(lái)用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的某些頻點(diǎn)分給GPRS用戶使用，將該頻點(diǎn)的8個(gè)信道劃分為語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、交換(語(yǔ)音和數(shù)據(jù)共用)等三種信道進(jìn)行靈活配置，使語(yǔ)音業(yè)務(wù)的處理仍沿用MSC/GMSC，對(duì)于新增的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用SGSN/GGSN來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GPRS在基站子系統(tǒng)定義了專用的分組信道，采用了新的編碼方式，提高了空中接口的數(shù)據(jù)傳輸速率；在核心網(wǎng)部分引入了分組域，采用了分組交換的方式，突破了電路交換網(wǎng)64 kb/s的限制。以充分體現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)關(guān)鍵特性：有效的利用無(wú)線資源和網(wǎng)絡(luò)，支持完全的透明IP傳輸。
2.3GPRS的業(yè)務(wù)特性及服務(wù)質(zhì)量
GPRS是一組新的GSM承載業(yè)務(wù)，可劃分為點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)和多點(diǎn)到多點(diǎn)(PTM)兩種類(lèi)型。點(diǎn)到 點(diǎn)業(yè)務(wù)是在兩個(gè)用戶之間提供一個(gè)或多個(gè)分組的傳輸，由業(yè)務(wù)請(qǐng)求者啟動(dòng)，被接收者接收，他包括PTP無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(PTPCLNS)和PTP面向連接的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(PTPCON S)。點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)將單一信息傳送到多個(gè)用戶，有點(diǎn)到多點(diǎn)廣播(PTMM)、點(diǎn)到多點(diǎn)群呼(PTMG)和IP多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)3類(lèi)PTM業(yè)務(wù)。用戶終端業(yè)務(wù)可以分為基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)和基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)，具體的用戶終端業(yè)務(wù)分類(lèi)如表1所示。
GPRS的服務(wù)質(zhì)量的好壞在移動(dòng)圖像傳輸方面比在文件傳輸方面更容易影響用戶的感受，視 頻傳輸需要更高的帶寬和固定的分組傳輸延遲，而文件傳輸通過(guò)FTP方式對(duì)實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要保障一定的吞吐量就可以處理一些分組延遲的情況。GPRS的3種不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量的具體描述以及他們各自對(duì)應(yīng)的用戶群如表2所示。
3 3G演進(jìn)方式及GPRS的發(fā)展前景
隨著技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們已不再滿足于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)內(nèi)單調(diào)的語(yǔ)音 服務(wù)，而對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益迫切。第三代移動(dòng)通信(3G)雖然描繪了一幅美好的圖畫(huà) ，卻由于2G與3G標(biāo)準(zhǔn)之間的規(guī)格技術(shù)存在許多差異和其他種種原因而全面推遲商用，致使業(yè) 界訂出過(guò)渡的解決方案，即所謂25G技術(shù)，以漸進(jìn)的方式將2G升級(jí)到3G。
3.1 2G向3G的演進(jìn)途徑
目前2G的每踴個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有一套方法將2G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到3G，即：
�。�1）向CDMA 2000的演進(jìn)方式可能的路線是IS95(或CDMA One) → CDMA20001x (CDMA 2000單載波系統(tǒng)) → CDMA 2000-3x (CDMA 2000三載波系統(tǒng))或WCDMA。
�。�2）向WCDMA的演進(jìn)方式可能的路線是GSM→GPRS→EDGE→WCDM A。
�。�3）向TDSCDMA的演進(jìn)方式路線尚不明朗，可能基于GSM MAP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，同時(shí)也兼容ANSI41向3G過(guò)渡。
3.2 中國(guó)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇
中國(guó)聯(lián)通公司在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)了CDMA網(wǎng)絡(luò)，采用了基于ANSI41的IS95 CDMA核心網(wǎng)絡(luò)，今后的發(fā)展趨勢(shì)是向著3GPP2制定的CDMA 2000標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡。
中國(guó)移動(dòng)公司是基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，選擇WCDMA還是TDSCDMA是建設(shè)面臨的首要問(wèn)題。由于兩方面并不是互相排斥的，為此中國(guó)移動(dòng)曾表示，各種標(biāo)準(zhǔn)交互使用是國(guó)際認(rèn)同趨勢(shì)。
3.3 GPRS的發(fā)展前景
在2G通信標(biāo)準(zhǔn)上，CDMA One比GSM標(biāo)準(zhǔn)慢了7年，這7年間，歐洲大廠諾基亞與愛(ài)立信遍布全球，GSM取得空前勝利。由于市場(chǎng)受限，美國(guó)CDMA大廠高通和韓國(guó)的三星、LG始終無(wú)法獲得更大的商機(jī)。
從演進(jìn)方式上看，由于GSM的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，也使得更多的國(guó)家優(yōu)先考慮WCDMA或TDSCDMA的演進(jìn)方略。而該演進(jìn)方略的2.5G過(guò)渡技術(shù)是GPRS，為此GPRS技術(shù)就顯得尤為耀眼。目前，全球已有上百家運(yùn)營(yíng)商開(kāi)通了GPRS商用系統(tǒng)、試商用系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)。GPRS技術(shù)已開(kāi)始在全球的GSM網(wǎng)絡(luò)中廣泛部署。國(guó)際上有名的電信設(shè)備制造商諾基亞、西門(mén)子、愛(ài)立信、摩托羅拉等都在積極開(kāi)發(fā)GPRS相關(guān)產(chǎn)品，提出一系列解決方案。
鑒于我國(guó)城市人口密集、具有全球最大商業(yè)潛能的特點(diǎn)，應(yīng)率先在我國(guó)高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的熱 點(diǎn)地區(qū)，島嶼式地自主建設(shè)TDSCDMA無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，以解決容量和業(yè)務(wù)量問(wèn)題，逐步實(shí)現(xiàn)由我國(guó)自主研發(fā)的基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的TDSCDMA的演進(jìn)方式。
顯見(jiàn)，GPRS是第二代移動(dòng)通信邁向第三代移動(dòng)通信（3G）的過(guò)渡，是通往第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的階梯。
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摘自《現(xiàn)代電子技術(shù)》
