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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通信中，GSM通信網(wǎng)絡(luò)的使用人數(shù)最多，中國目前的大部分移動 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，人們開始想到了移動互聯(lián)網(wǎng)，希望能通過手機(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)。正是在這樣的社會需求下，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織(ETSI)及時在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制定了一套移動數(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)上疊加了一個新的網(wǎng)絡(luò)，通過在新的網(wǎng)絡(luò)上增加一些 硬件設(shè)備并同時對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件升級，形成了一個新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實體，以提供端到端、廣域的無線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)在移動通信的演進(jìn)過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
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)成的實體為：
(1)MS：移動臺，用戶的移動終端。
(2)BSS：基站子系統(tǒng)，包括一個基站控制器BSC和多個基站收發(fā)臺BTS。其中BTS負(fù)責(zé)與移動臺通過空中接口進(jìn)行通信；BSC負(fù)責(zé)控制一個或多個BTS。
(3)MSC：移動交換中心，負(fù)責(zé)一個或多個BSS。完成對MS的移動性管理和業(yè)務(wù)以及與PSTN的交換。
(4)HLR，VLR：分別負(fù)責(zé)記錄在本地注冊的用戶信息和漫游到本地的外地用戶信息。MSC通過這2個數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對用戶移動性的管理和對用戶業(yè)務(wù)的正確交換。
(5)EIR，AUC：移動設(shè)備和用戶認(rèn)證中心，負(fù)責(zé)對用戶權(quán)限的管理。
顯而易見，GSM無線網(wǎng)絡(luò)的核心為MSC，并由MSC，VLR和HLR完成語音通話的電路交換業(yè)務(wù)的移動臺接入和移動性管理。
2.2 GSM的重組新網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
GPRS移動通信系統(tǒng)是針對GSM進(jìn)行改進(jìn)而來，而這種改進(jìn)并不徹底，他們對空中接口并不 改動，只是通過一些新的定義對核心網(wǎng)進(jìn)行了大的改動，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）移動臺(MS) 必須是GPRS或GPRS/GSM雙模移動臺。因為原有的GSM網(wǎng)絡(luò)只作為語音通話來用；將GSM升級到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MS具備傳輸語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BTS仍只與基 站控制器BSC連接，沒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能同時用于GPRS網(wǎng)絡(luò)。BSC仍然同時連接許多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，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)出的無線信號為數(shù)據(jù)或語音兩種方式，此時由BTS負(fù)責(zé)識別信號的數(shù)據(jù) 形態(tài)：若僅為語音信息，則由BSC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組SC(他扮演著語音交換機(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，以控制無線信道的分配。
�。�3）對于交換機(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）和GGSN（ Gataway GPRS Support Node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點）兩個新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點，進(jìn)而在以語音業(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)，電信運營商的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的位置并為移動臺分配一個合適的SGSN。
從圖2中明顯看出，無線網(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)的移動臺接入和移動性管理；而核心網(wǎng)絡(luò)本身已經(jīng)是在IP的基礎(chǔ)上，通過GG SN接入Internet和其他的網(wǎng)絡(luò)。
2.2.2 GPRS的無線接口
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)，通過Gn接口連至GGSN；不同的GSM網(wǎng)絡(luò)通過Gp接口相連；通過基于幀中繼的Gb接口，一個或多個BSS被連至SGSN；GGSN通過Gi參考點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，通過該接口可使SGSN發(fā)送短消息。
可見，GPRS業(yè)務(wù)的實現(xiàn)可以無需變更GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，運營商只需根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，將蜂窩小區(qū)原來用于語音業(yè)務(wù)的某些頻點分給GPRS用戶使用，將該頻點的8個信道劃分為語音、數(shù)據(jù)、交換(語音和數(shù)據(jù)共用)等三種信道進(jìn)行靈活配置，使語音業(yè)務(wù)的處理仍沿用MSC/GMSC，對于新增的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用SGSN/GGSN來實現(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個關(guān)鍵特性：有效的利用無線資源和網(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)，可劃分為點到點(PTP)和多點到多點(PTM)兩種類型。點到 點業(yè)務(wù)是在兩個用戶之間提供一個或多個分組的傳輸，由業(yè)務(wù)請求者啟動，被接收者接收，他包括PTP無連接型網(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)。點到多點業(yè)務(wù)將單一信息傳送到多個用戶，有點到多點廣播(PTMM)、點到多點群呼(PTMG)和IP多點傳播業(yè)務(wù)3類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)分類如表1所示。
GPRS的服務(wù)質(zhì)量的好壞在移動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FTP方式對實現(xiàn)時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種不同等級的服務(wù)質(zhì)量的具體描述以及他們各自對應(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通信系統(tǒng)(2G)內(nèi)單調(diào)的語音 服務(wù)，而對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益迫切。第三代移動通信(3G)雖然描繪了一幅美好的圖畫 ，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) 界訂出過渡的解決方案，即所謂25G技術(shù)，以漸進(jìn)的方式將2G升級到3G。
3.1 2G向3G的演進(jìn)途徑
目前2G的每踴個標(biāo)準(zhǔn)都有一套方法將2G網(wǎng)絡(luò)升級到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)實現(xiàn)平滑過渡，同時也兼容ANSI41向3G過渡。
3.2 中國對標(biāo)準(zhǔn)的選擇
中國聯(lián)通公司在全國范圍內(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)展趨勢是向著3GPP2制定的CDMA 2000標(biāo)準(zhǔn)過渡。
中國移動公司是基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，選擇WCDMA還是TDSCDMA是建設(shè)面臨的首要問題。由于兩方面并不是互相排斥的，為此中國移動曾表示，各種標(biāo)準(zhǔn)交互使用是國際認(rèn)同趨勢。
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立信遍布全球，GSM取得空前勝利。由于市場受限，美國CDMA大廠高通和韓國的三星、LG始終無法獲得更大的商機(jī)。
從演進(jìn)方式上看，由于GSM的規(guī)模優(yōu)勢，也使得更多的國家優(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，全球已有上百家運營商開通了GPRS商用系統(tǒng)、試商用系統(tǒng)或?qū)嶒炏到y(tǒng)。GPRS技術(shù)已開始在全球的GSM網(wǎng)絡(luò)中廣泛部署。國際上有名的電信設(shè)備制造商諾基亞、西門子、愛立信、摩托羅拉等都在積極開發(fā)GPRS相關(guān)產(chǎn)品，提出一系列解決方案。
鑒于我國城市人口密集、具有全球最大商業(yè)潛能的特點，應(yīng)率先在我國高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的熱 點地區(qū)，島嶼式地自主建設(shè)TDSCDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)，以解決容量和業(yè)務(wù)量問題，逐步實現(xiàn)由我國自主研發(fā)的基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的TDSCDMA的演進(jìn)方式。
顯見，GPRS是第二代移動通信邁向第三代移動通信（3G）的過渡，是通往第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的階梯。
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摘自《現(xiàn)代電子技術(shù)》
