GPRS系统基础知识

1．概述
  GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时，GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
  构成GPRS系统的方法是：
  (1) 在GSM系统中引入3个主要组件
   GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
   GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
   分组控制单元(PCU)
  (2) 对GSM的相关部件进行软件升级
  GPRS系统原理如图1.1所示图。
  
  图1.1 GPRS系统原理图
  ETSI指定了GSM900、1800和1900三个工作频段用于GSM，其中GSM900频段还有G1(E-GSM)频段和P频段。相应地，GPRS也工作于这三个频段，包括GSM900的G1频段和P频段，当然，GPRS可以限制每个小区只工作于P频段。表1.1 GSM和GPRS的工作频段
  900MHz频段G1频段上行频率(原E－GSM)880 --- 890MHzP频段上行频率890 --- 915MHzG1频段下行频率(原E－GSM)925 --- 935MHzP频段下行频率935 --- 960MHz双工间隔45MHz载频间隔200kHz1800MHz频段上行频率1710 ---1785MHz下行频率1805 ---1880MHz双工间隔95MHz载频间隔200kHz1900MHz频段上行频率1850 ---1910MHz下行频率1930 ---1990MHz双工间隔80MHz载频间隔200kHz
  现有的GSM移动台(MS)，不能直接在GPRS中使用，需要按GPRS标准进行改造(包括硬件和软件)才可以用于GPRS系统。GPRS定义了3类MS：
   A类可同时工作于GPRS和GSM；
   B类可在GPRS和GSM之间自动切换工作；
   C类可在GPRS和GSM之间人工切换工作。
  GPRS被认为是2G向3G演进的重要一步，不仅被GSM支持，同时也被北美的IS-136支持。
  1.2 GPRS的主要特点
   GPRS采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。
   定义了新的GPRS无线信道，且分配方式十分灵活：每个TDMA帧可分配1到8个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。
GPRS采用了与GSM不同的信道编码方案，定义了CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种编码方案。
   GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
   GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。支持特定的点到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。 (录入编辑：电路图电路网www.dltdl.com)
   GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它支持四种不同的QoS级别。GPRS能在0.5 ---1秒之内恢复数据的重新传输。GPRS的计费一般以数据传输量为依据。
   在GSM PLMN中，GPRS引入两个新的网络节点：一个是GPRS服务支持节点(SGSN)，它和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元，实现安全功能和接入控制。节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。
   GPRS的安全功能同现有的GSM安全功能一样。身份认证和加密功能由SGSN来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前GSM中的一样，不过GPRS使用的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。GPRS移动设备(ME)可通过SIM访问GPRS业务，不管这个SIM是否具备GPRS功能。
   蜂窝选择可由一个MS自动进行，或者基站系统指示MS选择某一特定的蜂窝。MS在重选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知网络。
在MS和SGSN之间建立一个逻辑链路，使得MS可进行如下操作：接收基于GPRS的的SMS服务、经由SGSN的寻呼、GPRS数据到来通知。
   为了收发GPRS数据，MS会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使MS可被相应的GGGSN所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。
   用户数据在MS和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的GPRS协议信息打包并在MS和GGSN之间传输。这种透明的传输方法缩减了GPRS PLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。
   GPRS可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。
   GPRS的核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。
  
  1.3 GPRS的业务
  GPRS是一组新的GSM承载业务，是以分组模式在PLMN和与外部网络互通的内部网上传输。在有GPRS承载业务支持的标准化网络协议的基础上，GPRS网络管理可以提供(或支持)一系列的交互式电信业务。
  
  1. 承载业务
  支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能。提供点对点业务、点对多点业务两种承载业务。
  a. 点对点业务(PTP)
  点对点业务在两个用户之间提供一个或多个分组的传输。包括两种点到点业务：
  b. 点对多点业务(PTM)
  点对多点业务是将单一信息传送到多个用户。GPRS PTM业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用户的能力。包括有三种PTM业务：
   点对多点广播(PTM-M)业务---是将信息发送给当前位于某一地区的所有用户的业务。
   点对多点群呼(PTM-G)业务---是将信息发送给当前位于某一区域的特定用户子群的业务。
   IP多点传播(IP-M)业务---是定义为IP协议序列一部分的业务。
  2. 用户终端业务
  GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。如表1-1所示。
  表1-1 GPRS用户终端业务分类
  基于PTP的用户终端业务会话报文传送检索遥信基于PTM的用户终端业务分配调度会议预定发送地区选路
  3. 附加业务
GSM第2阶段附加业务不适用于PTM-M。如表1-2所示。
  表1-2 GPRS附加业务的应用
  
  简称 名称CLIP主叫线路识别表示CLIR主叫线路识别限制CoLP连接线路识别表示CoLR 连接线路识别限制CFU无条件呼叫转移CFB移动用户遇忙呼叫转移CFNRy 无应答呼叫转移CFNRc 无法到达的移动用户呼叫转移CW 呼叫等待HOLD呼叫保持MPTY多用户业务CUG封闭式的用户群AoCI资费信息通知BAOC禁止所有呼叫BOIC禁止国际呼出BAIC禁止所有呼入(录入编辑：电路图电路网www.dltdl.com)
  1.4 GPRS业务的具体应用
  GPRS业务主要有以下应用。
  (1) 信息业务
  传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、新闻标题、娱乐、交通信息等等。
  (2) 交谈
  人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交谈和讨论。由于GPRS与因特网的协同作用，GPRS将允许移动用户完全参与到现有的因特网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，GPRS在这方面具有很大的优势。
  (3) 网页浏览
由于电路交换传输速率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此GPRS更适合于因特网浏览。
  (4) 文件共享及协同性工作
  移动数据使文件共享和远程协同性工作变得更加便利。这就可以使在不同地方工作的人们可以同时使用相同的文件工作。
  (5) 分派工作
  非话音移动业务能够用来给外出的员工分派新的任务并与他们保持联系。同时业务工程师或销售人员还可以利用它使总部及时了解用户需求的完成情况。
  (6) 企业E-mail
  在一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员工办公室里的PC上的企业E-mail系统使员工与办公室保持联系就非常重要。GPRS能力的扩展，可使移动终端接转PC机上的E-mail，扩大企业E-mail应用范围。
  (7) 因特网E-mail
  因特网E-mail可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱业务。在网关管业务的情况下，无线mail平台将信息从SMTP转化成SMS，然后发送到SMS中心。
  (8) 交通工具定位
任何一个具有GPS接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。
  (9) 静态图像
  例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使用GPRS可以将图像从与一个GPRS无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其他接收设备，并且可以实时打印。